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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen durch Abgas
angebtriebenen Turbolader, bei dem ein einzelner pneumatischer
Auslöser das Abflußtorventil und eine drehbare Leitschaufel
auslöst, welche den Flußbereich des Turbineneinlaßteils variiert.
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Durch Abgas angetriebene Turbolader wandeln die in den Abgasen
des Motors verlorerre Energie so um, daß diese einen Kompressor
antreibt, welcher die einströmende Luft so unter Druck setzt, daß
das Luftansaugsystem des Motors geladen wird, wodurch die zu
Verfügung stehende Motorleistung erhöht wird. Ein Problem bei
durch Abgas angetriebenen Turboladern, die bei Kraftfahrzeugen
angewendet werden, ist das Problem der "Turbo-Verzögerung", das
heißt, der Verzögerung von dem Zeitpunkt an dem das Fahrzeug vom
Stillstand beschleunigt wird, bis genügend Druck von dem
Turbolader-Kompressor entwickelt worden ist, um eine nennenswerte
Steigerung der Motorleistung zu bewirken. Eine Möglichkeit zur
Reduzierung der Turboverzögerung, stellt die Variierung des
Flußbereichs des Turbineneinlaßteils dar. Auf diese Weise werden
Abgase mit geringer Strömung durch den reduzierten Durchlaß
beschleunigt, wodurch für die notwendige Leistung zur schnellen
Beschleunigung des Turbinenrads gesorgt wird. Bei steigender
Abgasmenge vergrößert sich der Flußbereich des
Turbineneinlaßteils, so daß das Einlaßwirbelenergievolumen des
Abgases die geeignete Leistung erzeugt, um die notwendige
Ansaugluftmenge unter Druck zu setzen.
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Das Patent CB-A-284609 offenbart eine Kompressorregelung für ein
Luftfahrzeug, wobei die Abgase auf Bodenhöhe über ein
Überlaufventil zur Luftumgebung entlüftet werden. Bei einer
bestimmten Höhe schnappt das Überlaufventil zu, um die Turbine
des Kompressors mit Leistung zu versorgen. Bei nachfolgenden
höheren Höhen schließen sich weitere Ventile, um die Strömung zu
dem Kompressor zu verhindern, um einen höheren Druck aufzubauen
und um die Turbinendrehzahl zu erhöhen. Ein einzelner
pneumatischer Auslöser betätigt die Ventile, und dieser Auslöser
wird über einen Luftdrucksensor geregelt, der auf
Einlaßkanaldruck anspricht, um ein Ventilregelglied auszudehnen,
wenn der Druck im Ansaugbereich sinkt. Dieses Schriftstück wird
dazu verwendet, den Oberbegriff zu Anspruch 1 zu bilden.
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Das Patent FR-A-2.359.973 offenbart eine Turboladerventil-
Anordnung, wobei der Luftansaugdruck des Motors direkt einen
Hülsenschieber betätigt, um so nach und nach den Durchflußbereich
zu dem Turbolader zu vergrößern. Sobald die Hülse eine bestimmte
Position erreicht hat, tritt sie in Kontakt mit einem zweiten
Hülsenschieber, der anfangs die Zufuhr zu dem Turbinenrad erhöht
und der dann ermöglicht, daß Abgase das Rad umgehen.
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Das Patent GB-A-917600 offenbart einen Turbolader mit einem
Überlaufventil und einem Speiseventil, die durch einen
pneumatisch-hydraulischen Auslöser betätigt werden. Anfangs ist
das Speiseventil geschlossen und das Überlaufventil offen. Wenn
sich der Öldruck auf eine sichere Höhe aufbaut, so öffnet sich
das Speiseventil und der Überlauf schließt sich. Wenn der
Verdichtungsdruck des Kompressors eine bestimmte Höhe übersteigt,
so wird das Auslaßglied des Auslösers eingezogen, um das
Überlaufventil zu öffnen, um so zu hohe Turbinendrehzahlen zu
vermeiden.
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Das Patent DE-A-2.558.878 offenbart einen Turbolader mit einem
Klappenventil, das durch einen pneumatischen Auslöser geregelt
wird, welcher über den Verdichtungsdruck des Kompressors
betrieben wird. Zuerst öffnet das Ventil nur einen Zufuhrkanal zu
der Turbine, jedoch bei sich aufbauendem Verdichtungsdruck steigt
die Ventilöffnung entsprechend, wenn sich der Arm des Auslösers
einzieht, wodurch schrittweise ein zweiter Zufuhrkanal wie der
erste geöffnet wird. Wenn der Zufuhrbereich zu der Turbine
maximal ist, so sorgt eine weitere Druckerhöhung dafür, daß der
Auslöser das Ventilsfunktionsglied weiter einzieht und einen
Umgehungskanal öffnet, um so einen Gegendruck auf den Motor zu
vermeiden.
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Bereitgestellt wird gemäß der vorliegenden Erfindung, ein durch
Abgas angetriebener Turbolader, der folgendes umfaßt: ein
Gehäuse, eine drehbar in dem genannten Gehäuse angebrachte Welle,
ein Turbinenrad und ein Kompressorrad, welches in dem genannten
Gehäuse an der genannten Welle zur Drehung mit dieser angebracht
ist, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Gehäuse einen
Turbineneinlaßteil und einen Kompressoreinlaßteil abgrenzt, zur
entsprechenden Übertragung von Abgas an das genannte Turbinenrad
und zur Übertragung von umgebender Luft an das genannte
Kompressorrad, wobei das Gehäuse ferner einen Turbinenauslaßteil
und einen Kompressorauslaßteil abgrenzt, zur entsprechenden
Übertragung von Abgasen und Druckluft von dem genannten Gehäuse,
ein Abflußtorventil zur Entlüftung des genannten
Turbineneinlaßteils, eine Flußbereichs-Steuereinrichtung zum
Variieren des Flußbereichs des genannten Turbineneinlaßteils,
wobei die Einrichtung von einer minimalen Flußbereichsposition
bis zu einer maximalen Flußbereichsposition bedient werden kann,
einen einzelnen pneumatischen Auslöser, der auf die Druckhöhe in
dem genannten Kompressorauslaßteil anspricht, um sequentiell
sowohl die genannte Flußbereichs-Steuereinrichtung als auch das
genannte Abflußtorventil zu betätigen, dadurch gekennzeichnet,
daß der genannte pneumatische Auslöser ein Auslaßelement und eine
Verbindungseinrichtung aufweist, welche das genannte
Auslaßelement sowohl mit der genannten Flußbereichs-
Steuereinrichtung als auch mit dem genannten Abflußtorventil
verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Auslaßelement
schrittweise von einer eingezogenen zu einer ausgezogenen
Position bedient werden kann, als Reaktion auf schrittweise
steigende Druckhöhen in dem genannten Kompressorauslaßteil, und
wobei die genannte Verbindungseinrichtung einen Winkelhebel
aufweist, der zur Drehung um eine Achse an dem genannten Gehäuse
angebracht ist und der mit dem genannten Auslaßelement verbunden
ist, um dadurch gedreht zu werden, wenn das genannte
Auslaßelement von der genannten eingezogenen Position an die
genannten ausgezogenen Positionen bewegt wird, eine erste
Hebeleinrichtung zum Betrieb der genannten Flußsteuereinrichtung
und eine zweite Hebeleinrichtung zum Betrieb des genannten
Abflußtorventils, und wobei eine Steuereinrichtung den
Winkelhebel mit den genannten ersten und zweiten
Hebeleinrichtungen zwischenverbindet.
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Nachstehend wird nun ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung in bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben,
in denen folgendes gilt:
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Figur 1 zeigt eine Perspektivansicht eines Abgasturboladers,
der gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung hergestellt
worden ist;
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Figur 2 zeigt eine Querschnittsansicht der Länge nach, des
mittleren Gehäuseteils und des Turbinengehäuses des in der Figur
1 dargestellten Turboladers;
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Figur 3 zeigt eine bruchstückartige Querschnittsansicht
entlang der Linien 3-3 aus Figur 2;
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Figur 4 zeigt eine bruchstückartige Querschnittsansicht
entlang der Linien 4-4 aus Figur 3;
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Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung der
Zwischenverbindungen zwischen den Verbindungen des
Aulösemechanismuses für die drehbare Leitschaufel und des
Abflußtors für den in der Figur 1 dargestellten Turbolader;
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Figur 6 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linien 5-
5 aus Figur 1; und
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die Figuren 7, 8 und 9, zeigen schematische Darstellungen,
welche die relativen Positionen der verschiedenen Komponenten des
Auslösemechanismuses zur Regelung der drehbaren Leitschaufel und
des Abflußtorventils in verschiedenen Betriebspositionen
abbilden.
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In bezug auf die Zeichnungen, umfaßt ein allgemein durch die
Bezugsnummer (10) bezeichneter Abgasturbolader ein Gehäuse, das
allgemein mit der Nummer (12) bezeichnet wird. Das Gehäuse (12)
umfaßt einen mittleren Gehäuseteil (14), einen
Turbinengehäuseteil (16) und einen Kompressorgehäuseteil (18).
Der Turbinengehäuseteil (16) umfaßt einen Abgaseinlaß (20), der
mit dem Abgassammler des Fahrzeugmotors verbunden ist, und der
Turbinengehäuseteil umfaßt einen Abgasauslaß (22), der mit dem
Abgassystem des Motors verbunden ist. Der Kompressorgehäuseteil
(18) ist mit einem Umlufteinlaß (24) und einem Druckluftauslaß
(26) versehen. Der Druckluftauslaß (26) ist mit dem
Luftinduktionssystem des Fahrzeugs verbunden, und der
Umlufteinlaß (24) ist mit einem geeigneten Filter (nicht
abgebildet) verbunden.
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Ein Befestigungsträger (28) ist an dem Kompressorgehäuseteil (18)
angebracht. Der Befestigungsträger (28) umfaßt obere und untere
Arme (30, 32), die einen Verbindungszusammenbau, der allgemein
mit (34) bezeichnet ist, tragen, und welcher nachstehend genau
beschrieben wird. Der Verbindungszusammenbau (34) umfaßt einen
Hebel (36), der den Verbindungszusammenbau mit einer
Betätigungsangel (38) verbindet, welche eine Welle (40) dreht,
auf der ein drehbares Abflußtorventil (42) (Figuren 3 und 4)
angebracht ist. Der Verbindungszusammenbau (34) umfaßt ferner
einen zweiten Hebel (44), der den Verbindungszusammenbau (34) mit
einer Angel (46) (Figur 3) verbindet, welche eine Welle (48)
dreht, die eine Leitschaufel (50) betätigt, die sich drehbar in
dem Abgaseinlaßteil (52) befindet. Die Funktionsweise der
Leitschaufel 50) wird nachstehend genau beschrieben.
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Der Befestigungsträger (28) umfaßt ferner einen Querträger (54),
der den oberen und den unteren Arm (30, 32) miteinander
verbindet. Ein herkömmlicher Druckluftkanister (56) ist an dem
Querträger (54) angebracht. Da es sich bei dem Druckluftkanister
(56) um eine herkömmliche Art handelt, wird dieser hier nicht
genauer beschrieben. In dem Kanister (56) ist ein Plattenventil
(nicht abgebildet) angebracht, welches den Kanister (56) in eine
atmosphärische Kammer, die über den Anschluß (59) mit der
Luftumgebung in Verbindung steht, teilt, und in eine Druckkammer,
die über die Druckleitung (60) mit dem Auslaß des
Kompressorgehäuseteils (18) in Verbindung steht. Die Druckleitung
(60) steht in Verbindung mit dem Anschluß (63) an dem
Kompressorgehäuseteil (18) (Figur 2). Das Plattenventil arbeitet
als Auslaßglied (62), welches das Plattenventil mit dem
Verbindungszusammenbau (34) verbindet. Eine kleine, in dem
Kanister (56) angebrachte Rückholfeder (nicht abgebildet) drängt
das Plattenventil und somit das Auslaßglied (62), weg von dem
Träger (54) des Befestigungsträgers (28). Demgemäß wird das
Auslaßglied (62) als Folge auf die steigenden Druckhöhen in dem
Kompressorauslaßteil in Richtung des Turbinengehäuseteils (16)
gedrängt, es wird jedoch weg von dem Turbinengehäuseteil (16)
gedrängt, als Folge auf sinkende Druckhöhen in dem
Kompressorauslaßteil.
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In bezug auf Figur 2, trägt der mittlere Gehäuseteil (28) die
Lager (64), welche drehbar eine Welle (66) lagern. Die
Schmierkanäle (67) und eine Ölwanne (68) sorgen für die
Übertragung von Schmieröl an die Lager (64). Ein Turbinenrad (70)
ist an einem Ende der Welle (66) innerhalb des
Turbinengehäuseteils (16) angebracht, und ein Kompressorrad mit
herkömmlichen Aufbau (nicht abgebildet), ist an dem
gegenüberliegenden Ende der Welle (66) in dem
Kompressorgehäuseteil (18) angebracht. Abgase werden durch den
Turbineneinlaßkanal (52) übertragen, sie strömen durch die von
dem Turbinenrad (70) getragenen Schaufeln (72) und die Abgase
werden durch den Auslaß (22) ausgestoßen.
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In bezug auf die Figuren 5 und 6, umfaßt der
Verbindungszusammenbau (34) eine Spindel (74), die sich zwischen
den Armen (30, 32) des Befestigungsträgers (28) erstreckt. Ein
Winkelhebel (769 ist an der Spindel (74) durch einen sich axial
erstreckenden Zylinder (78) drehbar befestigt. Ein Drehzapfen
(80) steht von dem Winkelhebel (76) zur Verbindung mit dem
Auslaßglied (62) des Druckluftkanisters (56) vor. Der
Verbindungszusammenbau (34) umfaßt eine Folgeeinrichtung, welche
den Winkelhebel (76), einen Leitschaufel-Auslösemitnehmer (82)
und einen Abflußtorventil-Auslösemitnehmer (84) aufweist. Der
Leitschaufel-Auslösemitnehmer (82) trägt einen Zapfen (86) (Figur
5) zur Verbindung des Mitnehmers (82) mit dem Leitschaufel-
Auslösehebel (44). Der Abflußtor-Auslösemitnehmer (84) trägt
einen Zapfen (88) zur Verbindung mit dem Abflußtor-Auslösehebel
(36). Der Leitschaufel-Auslösemitnehmer (82) steht aus dem
Zylinder (90) hervor, der sich drehbar im Eingriff mit der
Spindel (74) befindet und der neben dem Arm (30) des Trägers (28)
in einem radial vergrößerten Teil (92) endet. Der Abflußtor-
Auslösemitnehmer (84) steht aus einem Zylinder (94) hervor, der
sich koaxial zu dem Zylinder (90) befindet und von diesem drehbar
getragen wird. Ein Hebelarm (96) steht ebenfalls von dem Zylinder
(94) vor.
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Der Verbindungszusammenbau (34) umfaßt ferner eine
Regeleinrichtung, welche eine unter Vorspannung stehende
Schraubenfeder (98) aufweist. Ein Ende (100) der Schraubenfeder
steht im Eingriff mit einer Öffnung in dem radial vergrößerten
Teil (92) des Zylinders (90), auf dem der Leitschaufel-
Auslösemitnehmer (82) angebracht ist. Das andere Ende (102) der
unter Vorspannung stehenden gewickelten Feder (98) steht im
Eingriff mit einer entsprechenden Öffnung in dem Abflußtor-
Auslösemitnehmer (84). Aufgrund ihrer Vorbelastung drängt die
Feder (98) die Mitnehmer (82) und (84) relativ zueinander an
vorbestimmte Positionen. Die Regeleinrichtung umfaßt ferner sich
axial erstreckende Mitnehmer (104, 106), die von dem Winkelhebel
(76) vorstehen, Der Mitnehmer (104) definiert eine
Eingriffsoberfläche (108), die mit der Kante des Mitnehmers (82)
eingreift, und der Mitnehmer (106) definiert eine
Eingriffsoberfläche (110) (Figur 1), die mit der Oberfläche des
Hebelarms (96) eingreift. Aufgrund der Vorspannung der Feder (98)
wird der Mitnehmer (82) nachgebend in Eingriff mit der Oberfläche
(108) gedrängt.
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Für die Funktionsweise, besonders in bezug auf die Figuren 7, 8
und 9 der Zeichnungen, zeigt die Figur 7 die Komponenten in ihren
Positionen bei stillstehendem Motor, wobei sich die Leitschaufel
(50) an der in der Figur 3 durch durchgezogene Linien
dargestellten Position befindet, wobei die Leitschaufel (50) den
Flußbereich durch den Abgaseinlaßkanal (52) minimiert, um so die
Gase in das Turbinenrad (70) zu beschleunigen. In dieser Position
ist das Auslaßglied (62) des Druckluftkanisters (56) an seine
vollständig eingezogene Position gedrängt, wie dies in den
Zeichnungen durch die Rückholfeder (nicht abgebildet), die sich
in dem Kanister (56) befindet, dargestellt ist. In diesem Zustand
hält die unter Vorspannung stehende Feder (98) den Leitschaufel-
Auslösemitnehmer (82) im Eingriff mit der Eingriffsoberfläche
(108) des sich axial erstreckenden Mitnehmers (104) des
Winkelhebels (76). Die Feder (98) drängt auch das Abflußtorventil
(42) an dessen geschlossene Position, und zwar da die Feder (98)
sowohl mit dem Mitnehmer (82) und dem Mitnehmer (84) verbunden
ist, wobei letzterer zur Betätigung des Abflußtorventils (42)
verbünden ist.
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Wenn der von dem Kompressor erzeugte Druck steigt, so betätigt
der pneumatische Auslöser (56) das Auslaßglied (62) des
Kompressors, bei Betrachtung von Figur 1, nach links, wodurch der
Winkelhebel (76) in der durch den Pfeil A in den Figuren 5, 7, 8
und 9 angezeigten Richtüng gekurbelt wird. Wenn der Winkelhebel
(76) gekurbelt wird, hält die Feder (98) den Mitnehmer (82) gegen
die Eingriffsoberfläche (108), und zwar aufgrund der Vorspannung
der Feder (98). Wenn demgemäß der Winkelhebel gekurbelt wird, so
dreht die Feder (98) den Mitnehmer (82), wodurch die Leitschaufel
(50) von der in der Figur 3 durch durchgezogene Linien
dargestellten Position an die vollständige offene Position
betätigt wird, die in der Figur 3 durch unterbrochene Linien
dargestellt ist. Die Vorspannung der Feder (98) wird zwar bei dem
Kurbeln des Winkelhebels (76) progressiv verringert, jedoch ist
die Vorspannung der Feder zu jederzeit ausreichend, um eine
ausreichende Belastung auf den Mitnehmer (84) auzuüben, so daß
das Abflußtorventil geschlossen bleibt, und so daß eine
ausreichende Belastung auf den Mitnehmer (82) beibehalten wird,
so daß der letztgenannte weiterhin im Eingriff mit der
Eingriffsoberfläche (108) verbleibt.
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Figur 8 zeigt die Position des Winkelhebels (76) in der Position,
in welcher die Schaufel (50) vollständig geöffnet ist, d.h., wenn
die Schaufel (50) die in Figur 3 durch unterbrochene Linien
angezeigte Position annimmt. Zwar ist der Mitnehmer (106) im
Eingriff mit dem Mitnehmer (84) dargestellt, jedoch ist es
manchmal wünschenswert in der Zeit zwischen dem Punkt an dem die
Leitschaufel (50) vollständig betätigt wird und bevor das
Abflußtor betätigt wird, eine "Ruhezone" bereitzustellen.
Demgemäß ist es ein Teil der Erfindung, einen Abstand zwischen
dem Mitnehmer (106) und dem Mitnehmer (84) bereitzustellen, wenn
die Leitschaufel (50) vollständig betätigt ist. Unabhängig davon
ob ein solcher Abstand besteht, führt ein weiteres Drehen des
Winkelhebels (76) zu einem Eingriff des Mitnehmers (106) mit dem
Mitnehmer (84). Wenn dies eintritt, so drängt ein zusätzlicher
Druck in dem Druckluftkanister (56) das Auslaßglied (62) weg von
der in der Figur 8 dargestellten Zwischenposition, in der die
Leitschaufel (50) vollständig betätigt ist. Tritt dies ein, so
bewirkt eine zusätzliche Bewegung des Auslaßglieds (62), daß der
Winkelhebel (76) den Mitnehmer (84) dreht. Die Drehung des
Mitnehmers (84) wird über den Hebel (36) zu der Angel (38)
übertragen. Wie dies in Figur 9 dargestellt ist, bewirkt eine
weitere Drehung des Winkelhebels (76), daß der sich drehende (84)
das Abflußtorventil (42) öffnet. Gleichzeitig wird die
Eingriffsoberfläche (108) von dem Mitnehmer (82) weg bewegt, da
der Mitnehmer (82) sich schon an seiner Position befindet und die
Leitschaufel vollständig geöffnet hält. Die Vorspannung der Feder
(98) hält den Mitnehmer (82) an der in den Figuren 8 und 9
dargestellten Position, obwohl die Eingriffsoberfläche (108) an
dem Winkelhebel von der Kante des Mitnehmers (82) weg bewegt
wird. Die Vorspannung auf die Feder (98) ist an der in der Figur
8 dargestellten Position am geringsten, da die Vorspannung
progressiv verringert wird, wenn der Winkelhebel (76) von der in
Figur 7 dargestellten Position an die in der Figur 8 dargestellte
Position gedreht wird.
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Während der vorstehend beschriebenen Drehung zwischen den
Positionen der Figuren 7 und 8, hält die Feder (98) die Mitnehmer
(82) und (84) im Eingriff miteinander, wenn der Winkelhebel (76)
zwischen den Positionen der Figuren 8 und 9 gedreht wird, so wird
die Vorspannung auf die Feder (98) wieder erhöht, da die Feder
(98) mit beiden Mitnehmern (82) und (84) verbunden wird, wie dies
in der Figur 6 dargestellt ist. Wenn der Winkelhebel (76)
zwischen den Positionen der Figuren 8 und 9 gedreht wird, so wird
die Vorbelastung der Feder (98) erneut erhöht, da der Mitnehmer
(82) an seiner Position verbleibt, da sich die Leitschaufel (50)
an ihrer vollständig geöffneten Position befindet und da der
Mitnehmer (84) relativ zu dem Mitnehmer (82) gedreht wird. Wenn
demgemäß der Druck in dem Kanister (56) gesenkt wird, so bringen
die Rückholfeder (nicht abgebildet) in dem Kanister und die unter
Vorspannung stehende Feder (98) die verschiedenen Komponenten an
deren Ausgangspositionen zurück, wobei festgestellt wird, daß die
unter Vorspannung stehende Feder den Mitnehmer (84) im Eingriff
mit dem Mitnehmer (106) an dem Winkelhebel (76) hält, während
dieser in die zur Richtung A entgegengesetzte Richtung gedreht
wird, und daß der Mitnehmer (104) nachfolgend in Eingriff mit dem
Mitnehmer (82) gerät, um diesen zurück an seine Ausgangsposition
zu drehen.