DE69816373T2

DE69816373T2 - Turbine with adjustable stator geometry

Info

Publication number: DE69816373T2
Application number: DE69816373T
Authority: DE
Inventors: John Frederick High Burton Huddersfield Parker
Original assignee: Holset Engineering Co Ltd
Current assignee: Cummins Turbo Technologies Ltd
Priority date: 1997-06-10
Filing date: 1998-05-26
Publication date: 2004-04-15
Anticipated expiration: 2018-05-27
Also published as: EP0884454A1; GB9711892D0; JPH1162511A; DE69816373D1; JP4128269B2; EP0884454B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Turbine mit veränderlicher Geometrie, die eine verschiebbare Seitenwand des Turbineneintrittskanals einschließt.The present invention relates to a variable turbine Geometry, which is a sliding side wall of the turbine inlet duct includes.

Das U.S.Patent Nr. 5522697 beschreibt eine bekannte Turbine mit veränderlicher Geometrie, in der ein Turbinenlaufrad montiert ist, um sich um eine vorgegebene Achse innerhalb eines Gehäuses zu drehen. Ein Eintrittskanal zum Turbinenlaufrad wird zwischen einer stationären Wand des Gehäuses und einer Seitenwand definiert, die relativ zur stationären Wand verschiebbar ist, um die Breite des Eintrittskanals zu steuern. Die Seitenwand wird auf Stangen getragen, die sich parallel zur Drehungsachse des Rades erstrecken, und die Stangen werden axial relativ zum Gehäuse verschoben, um so die Position zu steuern, die von der Seitenwand eingenommen wird.U.S. Patent No. 5522697 describes a known turbine with variable Geometry in which a turbine impeller is mounted to fit around a given one Axis within a housing to turn. An entry channel to the turbine impeller is between a stationary one Wall of the housing and defines a side wall that is relative to the stationary wall is slidable to control the width of the inlet channel. The side wall is supported on bars that are parallel to the Axis of rotation of the wheel extend, and the rods become axial relative to the housing shifted so as to control the position from the side wall is taken.

Die Stangen werden mittels eines pneunatischen Betätigungselementes verschoben, das außerhalb des Gehäuses montiert ist, wobei das pneumatische Betätigungselement einen Kolben antreibt. Der Kolben des Betätigungselementes ist mit einem Hebel gekoppelt, der sich von einer Welle erstreckt, die drehbar vom Gehäuse gehalten wird, so daß die Verschiebung des Hebels die Drehung der Welle bewirkt. Eine Gabel mit zwei beabstandeten Armen ist auf der Welle in einem Hohlraum montiert, der innerhalb des Gehäuses definiert wird. Das Ende eines jeden Armes der Gabel wird in einem Schlitz in einer entsprechenden Haltestange der Seitenwand aufgenommen. Die Verschiebung des Kolbens des Betätigungselementes bewirkt, daß sich die Arme drehen und die Seitenwand in der axialen Richtung im Ergebnis des Ineinandergreifens zwischen den Armen und den Haltestangen der Seitenwand antreiben.The rods are by means of a pneumatic actuating element moved that outside of the housing is mounted, the pneumatic actuating element being a piston drives. The piston of the actuator is coupled to a lever that extends from a shaft that rotatable from the housing is held so that the shift of the lever causes the shaft to rotate. A fork with two spaced apart Arms is mounted on the shaft in a cavity that is inside of the housing is defined. The end of each arm of the fork is in one Slit added in a corresponding handrail on the side wall. The displacement of the piston of the actuating element causes the Arms rotate and the sidewall in the axial direction as a result of interlocking between the arms and the handrails of the Drive the side wall.

In einer mit angemeldeten Anmeldung mit dem gleichen Prioritätsdatum wie diese Anmeldung wird eine Turbine mit veränderlicher Geometrie beschrieben, in der das äußere Betätigungselement, das mechanisch mit der Seitenwand gekoppelt ist, durch eine Kolben- und Zylinderanordnung innerhalb des Gehäuses ersetzt wird. Beim Steuern der axialen Position der Seitenwand mit sowohl den konventionellen äußeren Betätigungselementanordnungen als auch den Anordnungen, die sich auf einen Kolben und Zylinder innerhalb des Gehäuses verlassen, gab es Probleme. Insbesondere erwies es sich als schwierig, die Seitenwand zu steuern, während sie sich einer vollständig geschlossenen Position nähert, d. h., einer Position, in der sich die Breite des Turbineneintrittskanals einem Miminum nähert.In a with registered registration with the same priority date like this application, a variable geometry turbine is described, in which the outer actuator, the mechanically coupled to the side wall by a piston and cylinder assembly is replaced within the housing. When steering the axial position of the sidewall with both the conventional outer actuator assemblies as well as the arrangements that relate to a piston and cylinder inside the case left, there were problems. In particular, it turned out to be difficult to control the sidewall while yourself one completely approaching closed position, d. i.e., a position in which the width of the turbine inlet duct approaches a miminum.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die vorangehend umrissenen Probleme zu verhindern oder zu lindern.It is a goal of the present Invention to prevent the problems outlined above or to alleviate.

Entsprechend einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Turbine mit veränderlicher Geometrie bereitgestellt, die aufweist: ein Gehäuse; ein Turbinenlaufrad, das so montiert ist, daß es sich um eine vorgegebene Achse innerhalb des Gehäuses dreht; einen Gaseintrittskanal zur Turbine, der zwischen einer stationären Wand und einer verschiebbaren ringförmigen Seitenwand definiert wird, die im Gehäuse montiert ist, wobei die Seitenwand axial relativ zur stationären Wand zwischen der ersten und zweiten Position verschiebbar ist, um die Größe des Eintrittskanals zu verändern, wobei die erste Position weiter von der stationären Wand weg ist als die zweite Position; mindestens eine Feder, die die Seitenwand von der stationären Wand weg in Richtung der ersten Position vorspannt; und eine Einrichtung für das Aufbringen einer axialen Kraft auf die Seitenwand entgegen der mindestens einen Feder, um dadurch die axiale Position der Seitenwand und die Größe des Eintrittskanals zu steuern, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Feder eine nichtlineare Länge-zu-Federkraft-Kennlinie derart aufweist, daß die Resultierende der angewandten Federkraft wird einer axialen Kraft, die an der Seitenwand im Ergebnis des Gasstromes durch den Eintrittskanal angewandt wird, kontinuierlich größer wird, während die Seitenwand in Richtung der stationären Wand aus der ersten Position in die zweite Position verschoben wird.According to a first aspect The present invention uses a variable turbine Geometry provided comprising: a housing; a turbine impeller that is mounted so that it rotates about a predetermined axis within the housing; a gas inlet channel to the turbine, which is between a stationary wall and a movable one annular Side wall is defined, which is mounted in the housing, the Sidewall axially relative to the stationary wall between the first and second position is displaceable to change the size of the inlet channel, wherein the first position is farther from the stationary wall than the second Position; at least one spring that separates the side wall from the stationary wall biased away towards the first position; and a facility for the Applying an axial force to the side wall against the at least a spring to thereby adjust the axial position of the side wall and the Size of the entry channel to control, characterized in that the at least one spring a non-linear length-to-spring force characteristic has such that the Resultant applied spring force becomes an axial force, that on the side wall as a result of the gas flow through the inlet duct applied, is continuously growing while the sidewall is in the direction the stationary wall is moved from the first position to the second position.

Die Änderungsgeschwindigkeit der Federkraft mit der Verschiebung der Seitenwand kann größer werden, während die Seitenwand von der ersten Position in die zweite Position verschoben wird. Die Federkraft kann durch eine oder mehrere Federn, die oder eine jede davon eine nichtlineare Länge-zu-Federkraft-Kennlinie aufweist, oder durch zwei oder mehrere Federn geliefert werden, von denen eine jede eine lineare Länge-zu-Federkraft-Kennlinie aufweist, die aber so angeordnet sind, daß sie eine resultierende Federkraft liefern, die nichtlinear ist.The rate of change of Spring force with the displacement of the side wall can increase while the sidewall is moved from the first position to the second position becomes. The spring force can be determined by one or more springs or each of which has a non-linear length-to-spring force characteristic, or are supplied by two or more springs, each of which a linear length-to-spring force characteristic has, but which are arranged so that they have a resulting spring force supply that is non-linear.

Die Seitenwand kann an Haltestangen montiert werden, die sich parallel zur Radachse erstrecken, wobei auf die Haltestangen durch die oder jede Feder direkt eingewirkt oder diese mit einem äußeren Betätigungselement gekoppelt werden, das die oder jede Feder enthält.The side wall can be attached to handrails be mounted, which extend parallel to the wheel axis, whereby acted directly on the handrails by the or each spring or this with an external actuator be coupled, which contains the or each spring.

Ausführungen der vorliegenden Erfindung werden jetzt als Beispiel mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die zeigen:Embodiments of the present invention will now described by way of example with reference to the accompanying drawings, they show:

1 eine Schnittdarstellung einer oberen Hälfte einer Seitenwandbaugruppe einer Turbine mit veränderlicher Geometrie, wobei die Seitenwand in einer Position gezeigt wird, in der ein Gaseintrittskanal eine minimale Breite aufweist; 1 a sectional view of an upper half of a side wall assembly of a variable geometry turbine, the side wall being shown in a position in which a gas inlet duct has a minimum width;

2 eine untere Hälfte der Seitenwandbaugruppe aus 1, wobei die Seitenwand in die vollständig offene Position verschoben ist; 2 a lower half of the sidewall assembly 1 with the side wall shifted to the fully open position;

3 eine Federanordnung für die Haltestangen der Seitenwand aus 1 und 2; 3 a spring arrangement for the handrails of the side wall 1 and 2 ;

4 eine Federanordnung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung für die Haltestangen der Seitenwand, die in 1 und 2 gezeigt werden; 4 a spring assembly in accordance with the present invention for the side wall support rods, which in 1 and 2 to be shown;

5 eine schematische Darstellung der verschiedenen Kennlinien der Federbaugruppen aus 3 und 4 und der Reaktantgaskraft und der resultierenden Kraft auf die Seitenwand bei derartigen Baugruppen; und 5 a schematic representation of the different characteristics of the spring assemblies 3 and 4 and the reactant gas force and the resulting force on the sidewall in such assemblies; and

6 eine Schnittdarstellung, die eine äußere Betätigungselementbaugruppe für die Haltestange der Seitenwand darstellt, wobei das Betätigungselement in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung abgewandelt wurde. 6 a sectional view illustrating an outer actuator assembly for the side wall support rod, the actuator being modified in accordance with the present invention.

Mit Bezugnahme auf 1 und 2 weist die veranschaulichte Turbine mit veränderlicher Geometrie auf ein Gehäuse, das durch ein Lagergehäuse 1 und ein Turbinenlaufradgehäuse 2 gebildet wird, die mit einer Ringklemme 3 zusammengeklemmt sind; und ein Turbinenlaufrad 4, das auf einer Welle 5 so montiert ist, daß es sich um eine Achse 6 dreht. Die Welle 5 wird auf Lagern innerhalb des Lagergehäuses 1 getragen. Das Turbinengehäuse 2 definiert eine Fläche 7, die zu einer Fläche 8 hin liegt, die durch eine Seitenwand 9 definiert wird. Die Seitenwand 9 in der veranschaulichten Anordnung wird aus relativ dünnem Stahl gebildet und ist im Querschnitt im allgemeinen C-förmig, aber es wird erkannt, daß die Seitenwand 9 beispielsweise ein Gußbauteil sein könnte. Schaufeln 10, die an der Seitenwand montiert sind, ragen aus der Fläche 8 in eine ringförmige Aussparung 11, die im Gehäuse definiert wird. Auf eine Seitenwand, die Schaufeln trägt, wie in der veranschaulichten Baugruppe, bezieht man sich manchmal als einen „Düsenring", aber der Begriff „Seitenwand" wird hierin verwendet.With reference to 1 and 2 the illustrated variable geometry turbine has a housing defined by a bearing housing 1 and a turbine impeller housing 2 is formed with a ring clamp 3 are clamped together; and a turbine impeller 4 that on a wave 5 is mounted so that it is about an axis 6 rotates. The wave 5 is on bearings within the bearing housing 1 carried. The turbine housing 2 defines an area 7 that become a surface 8th lying down through a side wall 9 is defined. The side wall 9 in the illustrated arrangement is formed from relatively thin steel and is generally C-shaped in cross-section, but it is recognized that the side wall 9 for example, could be a cast component. shovel 10 that are mounted on the side wall protrude from the surface 8th in an annular recess 11 that is defined in the housing. A sidewall that carries blades, as in the illustrated assembly, is sometimes referred to as a "nozzle ring", but the term "sidewall" is used herein.

Dichtungsringe 12 begrenzen den Gasstrom zwischen einem Eintrittskanal 13, der zwischen den Flächen 7 und 8 definiert wird, und einer Kammer 14, die auf der Seite der Seitenwand abgelegen von den Schaufeln 10 angeordnet ist. Daher bildet die Seitenwand 9 einen ringförmigen Kolben, der innerhalb eines ringförmigen Zylinders aufgenommen wird, der die Kammer 14 definiert. Haltestangen 15, an denen die Seitenwand 9 montiert ist, erstrecken sich in die Kammer 14. Ein Eintritt 16 wird im Lagergehäuse 1 gebildet, um eine Steuerung des Druckes innerhalb der Kammer 14 zu ermöglichen. Das Erhöhen jenes Druckes bewegt die Seitenwad 9 in Richtung einer vollständig geschlossenen Position, wie in 1 gezeigt wird, wohingegen das Verringern jenes Druckes die Seitenwand 9 in Richtung einer vollständig offenen Position bewegt, wie in 2 gezeigt wird.seals 12 limit the gas flow between an inlet channel 13 that between the faces 7 and 8th is defined, and a chamber 14 that are on the side of the side wall away from the blades 10 is arranged. Therefore forms the side wall 9 an annular piston housed within an annular cylinder that defines the chamber 14 Are defined. Handrails 15 on which the side wall 9 mounted, extend into the chamber 14 , An entry 16 is in the bearing housing 1 formed to control the pressure within the chamber 14 to enable. Increasing that pressure moves the side calf 9 towards a fully closed position as in 1 is shown, whereas reducing that pressure the sidewall 9 moved towards a fully open position, as in 2 will be shown.

Mit Bezugnahme auf 3 wird eine Anordnung für die Federmontage der Haltestangen 15 im Lagergehäuse 1 veranschaulicht. In der in 3 gezeigten Anordnung, die der Seitenwand 9 der 1 und 2 in der vollständig offenen Position entspricht, erstreckt sich jede Haltestange durch eine Bohrung im Lagergehäuse 1 in einen Hohlraum 17. Der Hohlraum 17 wird zwischen dem Lagergehäuse 1 und einem weiteren Gehäusebauteil 18 definiert, das mit dem Lagergehäuse 1 gekoppelt ist. Der Druck innerhalb des Hohlraumes 17 wird in der Nähe des Luftdruckes gehalten.With reference to 3 becomes an arrangement for the spring mounting of the handrails 15 in the bearing housing 1 illustrated. In the in 3 shown arrangement, that of the side wall 9 the 1 and 2 corresponds to the fully open position, each support rod extends through a hole in the bearing housing 1 into a cavity 17 , The cavity 17 is between the bearing housing 1 and another housing component 18 defines that with the bearing housing 1 is coupled. The pressure inside the cavity 17 is kept close to the air pressure.

Der Druck innerhalb der Kammer 14 wird benutzt, um die axiale Verschiebung der Seitenwand 9 zu steuern. Es sind Einrichtungen (nicht gezeigt) für das Steuern des Druckes innerhalb der Kammer 14 in Übereinstimmung mit einem Steuerprogramm vorhanden, das auf beispielsweise die Motordrehzahl und das Drehmoment und die Turbinendrücke und -temperatur anspricht. Die Drucksteuereinrichtung ist mit dem Eintritt 16 gekoppelt.The pressure inside the chamber 14 is used for the axial displacement of the side wall 9 to control. They are devices (not shown) for controlling the pressure within the chamber 14 in accordance with a control program responsive to, for example, engine speed and torque, and turbine pressures and temperatures. The pressure control device is with the entrance 16 coupled.

Die Stange 15 wird in 3 nach links mittels einer Druckfeder 19 mit einer linearen Federkraftkennlinie vorgespannt, die zwischen dem Lagergehäuse 1 und einer Unterlegscheibe 20, die am Ende der Stange 15 gehalten wird, zusammengedrückt wird. Wenn der Eintrittskanal 13 und die Kammer 14 in die Atmosphäre entlüftet werden, wird daher die Stange 15 die in 3 gezeigte axiale Position einnehmen. Wenn der Druck innerhalb der Kammer 14 dann erhöht wird, werden die Stange 15 und die Seitenwand 9 in Richtung nach rechts in 3 um eine Entfernung verschoben, die vom angewandten Druck abhängig ist.The pole 15 is in 3 to the left by means of a compression spring 19 preloaded with a linear spring force characteristic between the bearing housing 1 and a washer 20 that are at the end of the pole 15 is held, is squeezed. If the entry channel 13 and the chamber 14 are vented into the atmosphere, therefore the rod 15 in the 3 Assume the axial position shown. If the pressure inside the chamber 14 then the rod is raised 15 and the side wall 9 towards right in 3 shifted by a distance depending on the pressure applied.

Mit Bezugnahme auf 4, die eine Ausführung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, tragen Bauteile, die jenen in 3 beschriebenen äquivalent sind, die gleichen Bezugszahlen. In der Anordnung in 4 wird jedoch bemerkt, daß eine weitere Druckfeder 21, die mit der Achse 6 koaxial ist, an einem ringförmigen Haltering 22 anliegt, der die gleiche Funktion wie die Unterlegscheiben 20 in der Anordnung in 3 durchführt. Jede Haltestange 15 erstreckt sich ebenfalls durch eine koaxiale Druckfeder 19. Daher ist die Kraft, die die Stange 14 nach links in 4 treibt, die Kombination der Druckkräfte, die durch die Federn 19 und 21 angewandt werden, und jeglicher axialer Kräfte, die auf die Seitenwand 9 durch das Gas angewandt werden, das durch den Eintrittskanal 13 strömt.With reference to 4 illustrating an embodiment of the present invention carry components similar to those in Figs 3 are equivalent, the same reference numerals. In the arrangement in 4 However, it is noted that another compression spring 21 that with the axis 6 is coaxial, on an annular retaining ring 22 that has the same function as the washers 20 in the order in 3 performs. Every handrail 15 also extends through a coaxial compression spring 19 , Hence the force that is the rod 14 to the left in 4 drives, the combination of the compressive forces created by the springs 19 and 21 applied, and any axial forces on the side wall 9 be applied by the gas passing through the inlet channel 13 flows.

Die Federn 19 und 21 sind so angeordnet, daß die auf die Stangen 15 angewandte Rückstellkraft zunimmt, während sich die Fläche 8 der Seitenwand 9 der Fläche 7 nähert, die durch das Turbinengehäuse 2 definiert wird. Beispielsweise kann die Feder 21 eine derartige Länge aufweisen, wenn sie sich in ihrem entspannten Zustand befindet, daß sie nicht der Bewegung des Ringes 22 nach rechts in 4 entgegenwirkt, außer wenn die Seitenwand 9 relativ nahe an der Fläche 7 ist. Es wurde ermittelt, daß das eine vorteilhafte Eigenschaft ist, da der Druck innerhalb des Eintrittskanals 13, wobei der Druck auf die Fläche 8 wirkt, abnimmt, während sich die Fläche 8 der Fläche 7 nähert, infolge der Strömungsbedingungen innerhalb des Spaltes, der zwischen jenen zwei Flächen definiert wird.The feathers 19 and 21 are arranged so that on the poles 15 applied restoring force increases while the area is increasing 8th the side wall 9 the area 7 approaching through the turbine housing 2 is defined. For example, the spring 21 have such a length, when in its relaxed state, that it does not move the ring 22 to the right in 4 counteracts, except when the side wall 9 relatively close to the surface 7 is. It has been determined that this is an advantageous property because of the pressure within the inlet channel 13 , the pressure on the surface 8th acts, decreases while the area 8th the area 7 approaches due to the flow conditions within the gap defined between those two surfaces.

5 veranschaulicht die funktionellen Unterschiede zwischen einer Anordnung, wie beispielsweise jener bei 3 beschriebenen, bei der die Feder 19 eine lineare Federkonstante aufweist, und der Anordnung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung aus 4, bei der die Kombination der Feder 19 und 21 eine nichtlineare Federkonstante liefert. In 5 verkörpern die Kurven axiale Kräfte, die auf die Baugruppe aus Bauteilen angewandt werden, die die Seitenwand 9 umfassen, während die Entfernung zwischen den Flächen 7 und 8 (die Eintrittskanalbreite) von einem Minimum 23 (vollständig geschlossen, wie in 1 gezeigt wird) zu einem Maximum 24 (vollständig offen, wie in 2 gezeigt wird) erhöht wird. 5 illustrates the functional differences between an arrangement, such as that of 3 described in which the spring 19 has a linear spring constant, and the arrangement in accordance with the present invention 4 , where the combination of the Fe the 19 and 21 provides a non-linear spring constant. In 5 the curves embody axial forces that are applied to the assembly of components that make up the side wall 9 include while the distance between faces 7 and 8th (the entrance channel width) from a minimum 23 (completely closed, as in 1 is shown) to a maximum 24 (completely open, as in 2 is shown) is increased.

Die Kurve 25 in 5 verkörpert die Veränderung der axialen Kraft infolge der Reaktantgaskräfte auf die Fläche 8 der Seitenwand 9. Es wird bemerkt werden, daß, während die Kanalbreite verringert wird, die Reaktantgaskraft anfangs in einer kontinuierlichen Weise ansteigt, dann aber absinkt, während sich die Seitenwand 9 der Fläche 7 des Turbinengehäuses 2 nähert. Die Kurven 26 und 27 verkörpern die Kraft, die von der Feder 19 aus 3 angewandt wird. Die Kurven 28 und 29 verkörpern die resultierende axiale Kraft auf die Seitenwand 9, wobei sich die resultierende Kraft mit Verringerung der Kanalbreite über die Entfernung hinaus verringert, die durch die Linie 30 gezeigt wird. Daher ist bei einer Anordnung, wie sie in 3 gezeigt wird, bei der die Federn 19 lineare Kennlinien aufweisen, die axiale Position der Seitenwand 9 instabil, wenn die Eintrittskanalbreite auf eine Grenze verringert wird, die durch die Linie 30 verkörpert wird. Insbesondere wird eine Tendenz vorhanden sein, daß die Seitenwand schnell in die Position der minimalen Breite in einer nicht gesteuerten Weise sobald bewegt wird, wie sie die Position passiert, die durch die Linie 30 verkörpert wird.The curve 25 in 5 embodies the change in axial force due to the reactant gas forces on the surface 8th the side wall 9 , It will be noted that as the channel width is reduced, the reactant gas force initially increases in a continuous manner, but then decreases as the sidewall decreases 9 the area 7 of the turbine housing 2 approaches. The curves 26 and 27 embody the force of the spring 19 out 3 is applied. The curves 28 and 29 embody the resulting axial force on the side wall 9 , with the resulting force decreasing with the decrease in channel width beyond the distance through the line 30 will be shown. Therefore, in an arrangement as in 3 is shown in which the feathers 19 have linear characteristics, the axial position of the side wall 9 unstable when the entry channel width is reduced to a limit by the line 30 is embodied. In particular, there will be a tendency for the sidewall to move rapidly to the minimum width position in an uncontrolled manner as it passes the position through the line 30 is embodied.

Bei der Anordnung in 4 zeigt die Feder 21 keine Wirkung, wenn sich die Eintrittskanalbreite in dem Bereich befindet, der durch die Entfernungen zwischen den Linien 24 und 31 verkörpert wird. Sobald wie die Kanalbreite auf die Grenze verringert wird, die durch die Linie 31 verkörpert wird, drücken jedoch weitere Verringerungen der Kanalbreite sowohl die Feder 21 als auch die Federn 19 zusammen. Im Ergebnis ist die kombinierte Federkennlinie so, wie sie durch die Linien 26 und 32 verkörpert wird, und die Resultierende wird durch die Linien 28 und 33 verkörpert. Daher nimmt die Resultierende der Feder und der Reaktantgaskräfte kontinuierlich zu, während sich die Eintrittskanalbreite auf das Minimum verringert, das durch die Linie 23 verkörpert wird. Eine Instabilität in der axialen Position der Seitenwand 9 wird auf diese Weise vermieden.When arranging in 4 shows the feather 21 no effect if the entry channel width is in the area defined by the distances between the lines 24 and 31 is embodied. As soon as the channel width is reduced to the limit by the line 31 is embodied, however, further reductions in channel width both push the spring 21 as well as the feathers 19 together. As a result, the combined spring characteristic is as it is through the lines 26 and 32 is embodied, and the resultant is represented by the lines 28 and 33 embodies. Therefore, the resultant of the spring and reactant gas forces increase continuously as the inlet channel width decreases to the minimum that is through the line 23 is embodied. An instability in the axial position of the side wall 9 is avoided in this way.

Mit Bezugnahme auf 6 veranschaulicht diese im Schnitt eine äußere Betätigungselementbaugruppe, die eine konventionelle Konstruktion aufweist, ausgenommen der Ersatz bei der konventionellen Druckfeder mit linearen Kennlinien durch eine Druckfeder mit nichtlinearen Kennlinien. Ein Mechanismus für das Verbinden des Betätigungselementes aus 6 mit den Steuerstangen, wie beispielsweise jenen in 1 bis 4 gezeigten, wird beispielsweise im U.S.Patent Nr. 5522697 beschrieben.With reference to 6 this illustrates in section an outer actuator assembly which has a conventional construction, except for the replacement of the conventional compression spring with linear characteristics by a compression spring with non-linear characteristics. A mechanism for connecting the actuator 6 with the control rods, such as those in 1 to 4 is described, for example, in US Patent No. 5522697.

Mit Bezugnahme auf 6 zeigt die untere Hälfte der Fig. das Betätigungselement in seinem vollständig ausgezogenen Zustand (entsprechend der Position einer dazugehörenden Seitenwand, die vollständig geschlossen ist, wie in 1 gezeigt wird), wohingegen die obere Hälfte in 6 das Betätigungselement in seiner vollständig zurückgezogenen Position zeigt (entsprechend der dazugehörenden Seitenwand, die in der vollständig offenen Position ist, wie in 2 veranschaulicht wird). Das Betätigungselement weist eine Abdeckung auf, die durch Preßstahlbauteile 35 definiert wird, zwischen denen der periphere Rand einer Zwischenwand 36 festgeklemmt wird. Eine Kammer 37 wird auf der linken Seite der Zwischenwand 36 in 6 gezeigt, und Gas unter Druck wird mittels eines Eintrittes (nicht gezeigt) zu jener Kammer gelassen, um die axiale Bewegung der Ausgangsstange 38 des Betätigungselementes zu steuern, die mit einem schalenförmigen Element 39 verbunden ist, das an der Seite der Zwischenwand 26 abgelegen von der Kammer 37 anliegt. Eine Druckfeder 40 wird innerhalb der Abdeckung aufgenommen und liegt an einem Ende am Kolbenelement 39 und am anderen Ende an einer Klemmplatte 41 an, von der sich Bolzen 42 erstrecken, wobei die Bolzen eine zweckmäßige Einrichtung für das Befestigen des Betätigungselementes an einer Halterung (nicht gezeigt) bereitstellen. Eine Staubabschirmung 43 begrenzt das Eindringen von Verunreinigungen in das Innere der Abdeckung.With reference to 6 the lower half of the figure shows the actuating element in its fully extended state (corresponding to the position of an associated side wall which is completely closed, as in FIG 1 is shown), whereas the upper half in 6 shows the actuator in its fully retracted position (corresponding to the associated side wall which is in the fully open position, as in FIG 2 is illustrated). The actuating element has a cover, which is made of pressed steel components 35 is defined between which the peripheral edge of a partition 36 is clamped. A chamber 37 will be on the left side of the partition 36 in 6 shown, and gas under pressure is admitted to that chamber by means of an inlet (not shown) for the axial movement of the outlet rod 38 to control the actuator with a cup-shaped element 39 connected to the side of the partition 26 remote from the chamber 37 is applied. A compression spring 40 is accommodated inside the cover and lies at one end on the piston element 39 and at the other end on a clamping plate 41 from which bolts 42 extend, the bolts providing a convenient means for attaching the actuator to a bracket (not shown). A dust shield 43 limits the ingress of contaminants into the interior of the cover.

Bei einem konentionellen Betätigungselement weist die Druckfeder 40 eine lineare Federkraft-zu-Länge-Beziehung auf und zeigt daher die gleichen Steuerprobleme, wie sie in 5 mit Bezugnahme auf die in 3 gezeigte Konstruktion veranschaulicht werden. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt die Druckfeder 40 im Betätigungselement in 6 jedoch eine nichtlineare Kennlinie, um eine Leistung äquivalent der bereitzustellen, die von der in 4 veranschaulichten Federanordnung gebracht wird. Eine derartige nichtlineare Federkennlinie kann in irgendeiner zweckmäßigen Weise bewirkt werden, beispielsweise durch Ausbilden der Druckfeder 40 so, daß an einem Ende Windungen der Feder miteinander vor den Windungen am anderen Ende der Feder in Berührung kommen. Andere Anordnungen könnten natürlich in Betracht gezogen werden, beispielsweise eine Druckfeder, die im allgemeinen eher kegelförmig als zylindrisch ist, wie in 6 gezeigt wird.In the case of a conventional actuating element, the compression spring has 40 a linear spring-to-length relationship and therefore shows the same control problems as in 5 with reference to the in 3 shown construction are illustrated. In accordance with the present invention, the compression spring shows 40 in the actuator in 6 however, a non-linear characteristic to provide performance equivalent to that of the in 4 illustrated spring arrangement is brought. Such a non-linear spring characteristic can be brought about in any expedient manner, for example by forming the compression spring 40 so that at one end turns of the spring come into contact with each other before the turns at the other end of the spring. Other arrangements could of course be considered, for example a compression spring which is generally conical rather than cylindrical, as in FIG 6 will be shown.

Außerdem, wie es vorangehend erwähnt wird, könnten alternative Ausführungen der Erfindung zwei oder mehrere Federn einschließen, die jeweils eine lineare Länge-zu-Federkraft-Kennlinie aufweisen, die aber so angeordnet werden, daß sie eine resultierende Federkraft liefern, die nichtlinear ist. Beispielsweise könnten zwei derartige Federn eine innerhalb der anderen eingesetzt oder Ende an Ende angeordnet werden, getrennt durch eine geeignete Stütze, wie beispielsweise eine einfache Platte. Weitere mögliche Anordnungen werden dem Fachmann leicht sichtbar werden.In addition, as mentioned above, alternative embodiments of the invention could include two or more springs, each having a linear length-to-spring force characteristic, but arranged to provide a resultant spring force that is non-linear. For example, two such springs could be inserted one inside the other or placed end to end separated by a suitable support, such as a simple plate. Wei Other possible arrangements will be readily apparent to those skilled in the art.

Claims

Variable geometry turbine comprising: a housing ( 2 ); a turbine impeller ( 4 ), which is mounted so that it is about a predetermined axis within the housing ( 2 ) turns; a gas inlet channel ( 13 ) to the turbine, which is between a stationary wall ( 7 ) and a sliding annular side wall ( 8th . 9 ) is defined in the housing ( 2 ) is mounted, the side wall ( 8th . 9 ) is axially displaceable relative to the stationary wall between the first and second position by the size of the inlet channel ( 13 ) change, the first position further from the stationary wall ( 7 ) is gone as the second position; at least one feather ( 19 . 21 ; 40 ) that the side wall ( 8th . 9 ) from the stationary wall ( 7 ) biased away towards the first position; and means for applying an axial force to the side wall ( 8th . 9 ) against the at least one spring ( 19 . 21 ; 40 ) to determine the axial position of the side wall ( 8th . 9 ) and the size of the entry channel ( 13 ) to control, characterized in that the at least one spring ( 19 . 21 ) has a non-linear length-to-spring force characteristic such that the resultant of the applied spring force and an axial force acting on the side wall ( 8th . 9 ) as a result of the gas flow through the inlet channel ( 13 ) is applied, grows continuously while the side wall ( 8th . 9 ) towards the stationary wall ( 7 ) from the first position to the second position.

A variable geometry turbine according to claim 1, wherein the rate of change of the spring force increases with the displacement of the side wall while the side wall ( 8th . 9 ) from the first position to the second position.

A variable geometry turbine according to claim 2, which comprises one or more springs ( 40 ), each of which has a non-linear length-to-spring force characteristic.

A variable geometry turbine according to claim 2, which has at least two springs ( 19 . 21 ), each of which has a linear length-to-spring force characteristic, the springs ( 19 . 21 ) are arranged so that the resulting force exerted on the side wall ( 8th . 9 ) through the feathers ( 19 . 21 ) is applied is non-linear.

Variable geometry turbine according to claim 2, 3 or 4, wherein the side wall ( 8th . 9 ) on handrails ( 15 ) mounted parallel to the axis, with each support rod ( 15 ) with an appropriate compression spring ( 20 . 21 ) that acts on the handrail.

A variable geometry turbine as claimed in claim 5, wherein each support rod ( 15 ) another compression spring ( 20 . 21 ) that is coaxial with the axis.

Variable geometry turbine according to claim 1, 2 or 3, wherein the side wall ( 8th . 9 ) on handrails ( 15 ) mounted parallel to the axis, with each support rod ( 15 ) acts on a mechanism that works with an actuating element ( 36 - 43 ) is coupled outside the housing ( 2 ) mounted, the at least one spring ( 40 ) and the facility ( 36 - 39 ) for the application of an axial force by the actuating element ( 36 - 43 ) To be defined.