EP1418311A1 - Variable geometry vanes array for a turbocharger - Google Patents
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- EP1418311A1 EP1418311A1 EP02025181A EP02025181A EP1418311A1 EP 1418311 A1 EP1418311 A1 EP 1418311A1 EP 02025181 A EP02025181 A EP 02025181A EP 02025181 A EP02025181 A EP 02025181A EP 1418311 A1 EP1418311 A1 EP 1418311A1
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- rocker arm
- ring
- guide
- guide vane
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
- F01D17/10—Final actuators
- F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
- F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
- F01D17/16—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
- F01D17/165—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes for radial flow, i.e. the vanes turning around axes which are essentially parallel to the rotor centre line
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2220/00—Application
- F05D2220/40—Application in turbochargers
Definitions
- the invention relates to a guide vane of variable geometry for turbines, in particular for a turbocharger.
- the invention relates to such a guide vane, which has a ring of guide vanes arranged around a central axis, which in turn are each pivotable about a pivot axis and with their Swivel axes are mounted in a blade ring around the central axis.
- An adjustment ring is provided for pivoting, which in turn is relative to the blade bearing ring is pivotable about the central axis, as well as a connecting gear, via that the adjustment ring with the blades for adjusting their angular position in each case their pivot axes are connected and an opening in the first of the connecting links has, in which a second link is slidably guided.
- the invention is therefore based on the object of a connecting gear on a guide vane to create of the type mentioned above, which works more reliably, especially for the adjustment Adjustment torque exerted on the guide vanes during its adjustment approximately also corresponds to the counter-moment acting on the guide vanes.
- this object is achieved in a surprisingly uncomplicated manner solved that the second link as pivotally guided on the associated ring Handlebar is formed, and that the second link in an approximately radial direction dips into the opening of the first link.
- the known sliding block transmission is made by a transmission replaced, which is a combination of a steering gear (there is a swivel and a sliding movement) with a crank or crank loop gear (the immersion movement the handlebar into the opening is roughly similar to the movement of a piston a steam locomotive) and possibly referred to as "rocker arm gear” could be.
- a transmission replaced which is a combination of a steering gear (there is a swivel and a sliding movement) with a crank or crank loop gear (the immersion movement the handlebar into the opening is roughly similar to the movement of a piston a steam locomotive) and possibly referred to as "rocker arm gear” could be.
- this will make an almost perfect fit of the adjusting torque to the moments acting on the guide vanes.
- the handlebar could be attached to the respective pivot shaft of a guide vane be and immerse in an opening of the first link, which is on the adjusting ring is stored.
- the second connecting link formed as a pivotally guided handlebar on the associated ring , and the second connecting member in an approximately radial direction into the opening of the first link.
- the simplest training of the interacting pair of handlebars and Opening could be that the handlebar is designed as a round rod, which in a cylindrical bore of the first actuator is immersed.
- this requires one very precise guidance on a relatively short route. That's why it is preferred if the pivotable handlebar (rocker arm) has an angular cross-section, possibly with rounded corners, in particular has an approximately square cross section, because practice has shown that leadership problems do not arise with this. It is an additional axial degree of freedom of the handlebar or rocker arm is given.
- the opening of the first adjusting member as a groove, in particular as against the Guide vanes facing groove, is formed, in which one simply in the axial direction Direction. Above all, this makes it easier to put all of the handlebars in their associated Insert openings.
- a turbocharger 1 has a turbine housing part 2 and an associated compressor housing part 3, which along an axis of rotation R are arranged.
- the turbine housing part 2 is partially shown in section, so that therein a vane bearing ring 6 forming a radially outer guide vane, distributed over the circumference Guide blades 7 about their pivot axes 8 passing through the blade bearing ring 6 twisted so that they form nozzle cross sections between each other, depending on the location of the guide vanes 7, namely radial (as shown) or more tangential, larger or are smaller and the turbine rotor 4 located in the middle on the axis R more or less with the supplied via a feed channel 9 and a central nozzle 10 discharged exhaust gas of an engine to a via the turbine rotor 4 to drive compressor rotor 21 seated on the same shaft.
- an actuating device 11 In order to control the movement or the position of the guide vanes 7, there is an actuating device 11 provided.
- This can be of any nature in itself, but it is preferred if, in a conventional manner per se, it has a control housing 12 which controls the control movement a tappet member 14 attached to it controls its movement via an adjustment gear with a link part 16 and a rocker arm 17 on a rear the paddle bearing ring 6 (left behind in Fig. 1) located adjustment ring 5 in a light Implement rotary movement of the same. the details of this link gear will be explained later.
- the guide vanes 7 are moved with respect to the shafts 8 their rotational position relative to the turbine rotor 4 so adjusted that they are approximately tangential extending one extreme position in an approximately radially extending other extreme position are adjustable.
- the exhaust gas supplied via the supply channel becomes one Internal combustion engine more or less fed to the turbine rotor 4 before it the axial connector 10 extending along the axis of rotation R emerges again.
- a relatively narrow space 13 remains around the blades 7, allowing free movement to allow.
- this bucket space 13 may not be significantly larger than that Width of the blades 7, because then the exhaust gas energy would suffer leakage losses.
- the bucket space 13 must not be too small, because then the blades 7 could jam.
- Fig. 2 is to clarify the interaction of the blade bearing ring only dash-dotted lines indicated, so that behind it the rocker arm 17 in circular holes 18 immerses.
- the rocker arms 17 are each by means of pivot pins 19 mounted on the adjusting ring 5 and each extend in an approximately radial direction (from which direction, however, they swing out a little to one side and the other).
- the adjusting ring 5 is used here instead of a pneumatic control housing from an electric motor 12 'to a slight rotary movement around the central R axis driven.
- the electric motor 12 ' can be part of a control loop, as described in one of the above-mentioned U.S.
- Patents 5,123,246; 5,444,980 and 6,148,793 is described, which essentially work with characteristic parameters of the internal combustion engine.
- it may be advantageous to include the temperature of a in the control loop Include catalyst as a parameter, for example, to bypass the turbocharger By-pass line, be it via an exhaust manifold of the internal combustion engine by-pass line connecting directly to the catalyst or via a so-called Wastegate to connect to the catalyst (to heat it up quickly after starting).
- This is an invention that is independent of the other features described here. This allows the hot exhaust gas to avoid cooling in the turbocharger directly be fed to the catalyst for heating.
- the algorithm or link of the measured temperature value with the motor-specific values can be Fuzzy control or a neural network - i.e. thus a weighting function.
- the pivot pins thus shift 19 by a certain angular amount compared to the stationary Swivel shafts 8 on which the guide vanes 7 are seated. But with that, too Swivel shafts with a special movement and torque characteristic within of the blade bearing ring 6 pivoted. It turns out that the maximum surface pressure of rocker arm 17 relative to the surfaces of the opening 18 or vice versa is low, so that wear is low and reliability is high. Because that Pressing is always at least approximately perpendicular to the respective surface, so that there is no one-sided burden.
- the adjusting ring 5 is a relatively narrow ring, the inner limit of which is shown 2 is approximately where the dash-dotted contour 6 'of the blade bearing ring 6 can be seen.
- the adjusting ring can thus be placed on the ends of the pivot shafts 8 be stored and centered. But because of the translation ratio between Adjusting ring 5 and adjusting shafts 8 the latter rotate faster than adjusting ring 5, it is advantageous to have a free at the ends of at least part of the pivot shafts 8 mount rotatable bearing roller 22, as can be seen particularly from FIG. 3.
- rocker arms 17 are mounted on the adjusting ring 5 results in a simple one and easily producible form of the unit from guide vanes 7 and pivot shafts 8, as illustrated in FIG. 3.
- the reverse would also be the case conceivable by a link part corresponding to part 16 instead of the pivot pin 19 arranged and the rocker arms 17 protrude at right angles from the pivot shafts would.
- this would complicate the manufacture of the unit shown in FIG. 3.
- the rings 5 and 6 and a mounting ring 23 can be seen. Between the mounting ring 23 and the blade bearing ring 6 extends the blade space 13 in which the Ring of guide vanes 7 is accommodated around the central axis R. In the paddle bearing ring 6 are then again the swivel shafts 8 which are not visible here (cf. FIG. 3) stored, which are preferably formed in one piece with the respective guide blade 7, such as this is also illustrated in FIG. 3.
- a part 16 'forming the backdrop is again provided, however a groove 18 'which runs transversely to its pivot axis and is open towards the adjusting ring has, which forms the respective rocker arm 17 receiving opening.
- the Rocker arms 17 can be particularly in this embodiment with flat surfaces on the Press the inner surface of the groove 18 'and are thus a uniform, low surface pressure exposed. In order to maintain these flat surfaces, it is advantageous if the respective rocker arms 17 which can be pivoted about the pivot pin 19 have an angular cross section, at most with rounded corners, in particular an approximately square cross-section has.
- FIGS. 5-7 There is in everyone the figures only a single backdrop part 16 in different positions together with the associated rocker arm 17 shown.
- the adjusting ring 5 moves in the direction the arrow a (clockwise), it can be seen from a comparison of FIGS. 5 to 7 that also pivot the pivot lever 17 clockwise about its pivot point 19. This latter pivoting makes up about 40 ° in the present example, while the Pivotal movement of the adjusting ring 5 is much smaller. This results - depending on the consideration - an over or a reduction effect.
- the lower end surface 17a closes in cross section approximately rectangular rocker arm 17 with the outer surface of the link part 16 flush.
- the introduction of force is low and the rocker arm 17 thus covers the as Groove 18 'formed opening completely.
- This groove 18 ' is of those not shown here Guide vanes facing away, but constructions would be conceivable in which they are the guide vanes are facing, but such constructions are more complicated and space-consuming and therefore not preferred.
- the cross-sectional shape of the Rocker arm 17 will preferably be a quadrangular, but also other cross-sectional shapes are conceivable without changing the basic function. For example a (not preferred) hexagonal cross-sectional shape would be conceivable. Further would be conceivable that the rocker arms 17 are approximately T-shaped, the crossbar of the T as a cover surface over the end face of the link part 16 and one Tribe of the T forming rib engages in the groove 18 '. However, this would be the axial Increase the size of the building somewhat and would also bring a more difficult shape to manufacture with himself.
- FIG. 8 is an embodiment variant with cranked rocker arms in a position which corresponds approximately to that of FIG. 5 (Closed position of the guide vanes 7, maximum moment acting on them). It can be seen that the closed position of the guide vanes 7 (for example during braking operation) is approximately reached when the fork 28 is at least almost parallel to one Middle plane P3 lies.
- the invention is not so limited; rather could the fork 28 instead of mutually parallel fork tines also have curved, if one special modification of the characteristic is desired.
- the adjusting ring 5 is attached to the blade bearing ring 6 (not shown) Bearing rollers 24 stored and so a little further away from the pivot shafts 8, so that the length of the rocker arm 17 increases compared to the previous embodiments.
- bearing rollers 24 stored and so a little further away from the pivot shafts 8, so that the length of the rocker arm 17 increases compared to the previous embodiments.
- cylindrical rollers 22 for storage of the adjusting ring 5 distributed over the circumference, for example, only three such roles 22 may be provided. However, if you want cylindrical rollers 22 instead of bearing rollers 24 (Fig. 3) use, this leads to problems when using a groove 18 'as an opening.
- the adjusting ring 5 has a square sliding block 25 attached to its circumference is pivotable about an axis of rotation 26. On this sliding block 25 one grips with one Shaft 27 pivotable fork 28 forming the associated link. On the shaft 27 is an adjusting arm 29 is attached, either from the geometric axis of the shaft 27 Plunger 14 of the control housing 12 (see FIG. 1) or can be pivoted by the servo motor 12 ', to pivot the adjustment ring 5 about the central axis R via the fork 28.
- the crank is so dimensioned that two planes P1, P2 through the central axis R with each other an angle Include ⁇ .
- This angle ⁇ is relatively small and should be a maximum of 12 ° but preferably below, so that it is a maximum of 9 °. In practice, there was an angle ⁇ of maximum 6 °, e.g. about 2 ° found to be particularly favorable.
- This angle ⁇ becomes with a small pressure drop in room 13 (FIG. 1) be large and decrease with the enlargement of the guide vanes 7 acting load (i.e., Fig. 8 shows the smallest, in this embodiment occurring angle ⁇ ).
- the Angle ⁇ is for the respective construction (occurring forces, surface pressure between Opening 18 or 18 'and outer surface of the rocker arm, available actuating forces) to choose, but should preferably be between 25 ° and 15 °, for example approximately 20 °. In the present exemplary embodiment, it is somewhat between 21 ° and 22 °, is in the preferred range of 20 ° ⁇ 2 °.
- Another definition can be defined by the offset angle ⁇ between those offset by the offset Reach sections of the rocker arm 17 extending longitudinal axes A, A '.
- This angle ⁇ should be in the range of 170-120 ° and preferably about 140 ° be.
- this arrangement can produce significantly more force can be induced, which means that the rotary actuator (12 or 12 ') is considerably relieved.
- cranked rocker arms 17 ' is - based on the positions 5-7 - in the area between the positions of FIGS. 6 and 7 more adjustment implemented with less force. But the more the position of the rocker arms 17 ' approaches that corresponding to FIG. 5, the greater the force.
- FIG. 1 shows the characteristic curve of a conventional guide vane c 1 in a turbocharger in comparison with the course c 2 of a guide vane according to the invention.
- the bucket torque M s in Nm is compared to the adjustment angle ⁇ of the adjustment lever 29 (FIG. 8) which absorbs the moments. It can be seen that the greatest moment M s at 0 ° (di compared to the radial orientation -20 °), that is to say it is reached when the guide blades 7 and the adjusting lever 29 are in the position shown in FIG to withstand the greatest moment acting on them. To the right, however, the torque drops sharply, but never reaches a zero value up to 40 ° (ie in relation to the radial orientation + 20 °).
- the curve c 2 drops to a moment from zero soon after its intersection D2 (end of the working range) and is therefore approximately symmetrical within the working range between zero load (in points D2) and braking load (upper left point), which is represents a further advantage of the construction according to the invention.
- the adjustment angle for curve c 1 is smaller than for c 2 .
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Leitgitter variabler Geometrie für Turbinen, insbesondere für einen Turbolader. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein solches Leitgitter, welches einen um eine zentrale Achse herum angeordneten Kranz von Leitschaufeln, die ihrerseits jeweils um eine Schwenkachse herum verschwenkbar sind und mit ihren Schwenkachsen in einem einen Schaufellagerring rund die zentrale Achse gelagert sind. Zur Verschwenkung ist ein Verstellring vorgesehen, der seinerseits relativ zum Schaufellagerring um die zentrale Achse verschwenkbar ist, sowie ein Verbindungsgetriebe, über das der Verstellring mit den Schaufeln zum Verstellen von deren Winkellage jeweils um ihre Schwenkachsen verbunden ist und bei dem erstes der Verbindungsglieder eine Öffnung aufweist, in der ein zweites Verbindungsglied verschiebbar geführt ist.The invention relates to a guide vane of variable geometry for turbines, in particular for a turbocharger. In particular, the invention relates to such a guide vane, which has a ring of guide vanes arranged around a central axis, which in turn are each pivotable about a pivot axis and with their Swivel axes are mounted in a blade ring around the central axis. An adjustment ring is provided for pivoting, which in turn is relative to the blade bearing ring is pivotable about the central axis, as well as a connecting gear, via that the adjustment ring with the blades for adjusting their angular position in each case their pivot axes are connected and an opening in the first of the connecting links has, in which a second link is slidably guided.
Zum Verstellen der Leitschaufeln eines Leitgitters variabler Geometrie sind bereits die verschiedensten Getriebe, wie aus der US-A-4,179,247 oder der US-A-5,146,752, bekannt geworden. Gerade die letztere zeigt, wie umständlich die einzelnen Teile des Leitgitters am Gehäuse zu montieren sind, da verschiedene Teile ineinander gesteckt, gepaßt und miteinander verbunden werden müssen, insbesondere beim Einbau in einen Turbolader - oder zumindest in eine Turbineneinheit.To adjust the guide vanes of a guide grid of variable geometry are already the various gears, as known from US-A-4,179,247 or US-A-5,146,752 become. The latter in particular shows how cumbersome the individual parts of the guide grille are to be mounted on the housing, since different parts are inserted into one another, fit together and must be connected to each other, especially when installed in one Turbocharger - or at least in a turbine unit.
Nun ist aus der US-A-5,028,208 ein Leitgitter der eingangs genannten Art bekannt geworden. Dabei sitzen an Schwenkwellen der Leitschaufeln Hebel, deren Ende mit einer Gabelöffnung versehen ist. In dieser Gabelöffnung gleitet ein sich mit seiner Längsachse etwa parallel zur zentralen Achse erstreckender Stein oder Stift, der mit dem Verstellring bewegt wird (Kulissensteingetriebe). Der Nachteil dieses Getriebes ist, daß gerade dann, wenn die auf die Leitschaufeln durch das Gas wirkenden Kräfte auf diese das größte Drehmoment ausüben, das vom Verstellring ausgeübte Drehmoment relativ gering ist. Dies ist bei Verbrennungsmotoren geringerer Leistung auch ein geringeres Problem. Ein merkliches Problem (auch hinsichtlich Abnutzung etc.) wird es aber besonders bei Verbrennungsmotoren mit höherer Leistung. Now a guide grill of the type mentioned has become known from US-A-5,028,208. There are levers on swivel shafts of the guide vanes, the ends of which are connected to a Fork opening is provided. A longitudinal axis slides into this fork opening Stone or pin extending approximately parallel to the central axis, with the adjusting ring is moved (sliding block gear). The disadvantage of this gearbox is that when the forces acting on the vanes from the gas are the greatest on them Apply torque, the torque exerted by the adjusting ring is relatively low. This is also less of a problem with lower power internal combustion engines. On Noticeable problem (also with regard to wear, etc.), but it is particularly with Internal combustion engines with higher performance.
Dies wird auch dann ein Problem hinsichtlich der automatischen Verstellung, insbesondere für die Steuerung eines Bremsbetriebes. Diesbezüglich ist auf die US-Patente Nr. 5,123,246; 5,444,980 und 6,148,793 zu verweisen, die alle elektronische Regelungen vorsehen.This also becomes a problem with automatic adjustment, in particular for the control of a braking operation. In this regard, reference is made to US Pat. 5,123,246; 5,444,980 and 6,148,793 refer to all electronic regulations provide.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verbindungsgetriebe an einem Leitgitter der oben genannten Art zu schaffen, das verläßlicher arbeitet, zumal das zur Verstellung auf die Leitschaufeln ausgeübte Verstellmoment in seinem Verlauf bei der Verstellung etwa auch dem Gegenmoment entspricht, das auf die Leitschaufeln wirkt.The invention is therefore based on the object of a connecting gear on a guide vane to create of the type mentioned above, which works more reliably, especially for the adjustment Adjustment torque exerted on the guide vanes during its adjustment approximately also corresponds to the counter-moment acting on the guide vanes.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe in überraschend unkomplizierter Weise dadurch gelöst, daß das zweite Verbindungsglied als am zugehörigen Ring schwenkbar geführter Lenker ausgebildet ist, und daß das zweite Verbindungsglied in annähernd radialer Richtung in die Öffnung des ersten Verbindungsgliedes eintaucht.According to the invention, this object is achieved in a surprisingly uncomplicated manner solved that the second link as pivotally guided on the associated ring Handlebar is formed, and that the second link in an approximately radial direction dips into the opening of the first link.
Durch die Erfindung wird also das bekannte Kulissensteingetriebe durch ein Getriebe ersetzt, das etwa eine Kombination eines Lenkergetriebes (es erfolgt eine Schwenk- und eine Verschiebebewegung) mit einem Kurbel- oder Kurbelschlaufengetriebe (die Eintauchbewegung des Lenkers in die Öffnung ist etwa ähnlich der Bewegung eines Kolbens einer Dampflokomotive) darstellt und gegebenenfalls als "Schlepphebelgetriebe" bezeichnet werden könnte. Wie unten noch gezeigt wird, wird dadurch eine beinahe perfekte Anpassung des Verstellmoments an die auf die Leitschaufeln wirkenden Momente erreicht.With the invention, the known sliding block transmission is made by a transmission replaced, which is a combination of a steering gear (there is a swivel and a sliding movement) with a crank or crank loop gear (the immersion movement the handlebar into the opening is roughly similar to the movement of a piston a steam locomotive) and possibly referred to as "rocker arm gear" could be. As will be shown below, this will make an almost perfect fit of the adjusting torque to the moments acting on the guide vanes.
An sich könnte der Lenker an der jeweiligen Schwenkwelle einer Leitschaufel befestigt sein und in eine Öffnung des ersten Verbindungsgliedes eintauchen, welches am Verstellring gelagert ist. Es hat sich bei Versuchen jedoch als günstiger erwiesen, wenn das zweite Verbindungsglied als am zugehörigen Ring schwenkbar geführter Lenker ausgebildet ist, und das zweite Verbindungsglied in annähernd radialer Richtung in die Öffnung des ersten Verbindungsgliedes eintaucht.As such, the handlebar could be attached to the respective pivot shaft of a guide vane be and immerse in an opening of the first link, which is on the adjusting ring is stored. However, it has proven to be cheaper in experiments if that second connecting link formed as a pivotally guided handlebar on the associated ring , and the second connecting member in an approximately radial direction into the opening of the first link.
Die einfachste Ausbildung des miteinander zusammenwirkenden Paares aus Lenker und Öffnung könnte darin bestehen, daß der Lenker als Rundstange ausgebildet ist, die in eine zylindrische Bohrung des ersten Verstellgliedes eintaucht. Dies erfordert jedoch eine sehr genaue Führung auf einer verhältnismäßig kurzen Führungsstrecke. Deshalb ist es bevorzugt, wenn der schwenkbare Lenker (Schlepphebel) einen eckigen Querschnitt, allenfalls mit abgerundeten Ecken, insbesondere einen etwa viereckigen Querschnitt besitzt, denn die Praxis hat gezeigt, daß damit Führungsprobleme nicht auftreten. Dabei ist ein zusätzlicher axialer Freiheitsgrad des Lenkers bzw. Schlepphebels gegeben.The simplest training of the interacting pair of handlebars and Opening could be that the handlebar is designed as a round rod, which in a cylindrical bore of the first actuator is immersed. However, this requires one very precise guidance on a relatively short route. That's why it is preferred if the pivotable handlebar (rocker arm) has an angular cross-section, possibly with rounded corners, in particular has an approximately square cross section, because practice has shown that leadership problems do not arise with this. It is an additional axial degree of freedom of the handlebar or rocker arm is given.
Man muß sich natürlich vor Augen halten, daß alle diese zusammenwirkenden Teile auch montiert - und allenfalls auch leicht demontierbar - sein müssen. Deshalb ist es bevorzugt, wenn die Öffnung des ersten Verstellgliedes als Nut, insbesondere als gegen die Leitschaufeln gewandte Nut, ausgebildet ist, in die man den Lenker einfach in axialer Richtung einfügt. Dadurch ist es vor allem einfacher, sämtliche Lenker in ihre zugehörigen Öffnungen einzusetzen.One must of course keep in mind that all of these interacting parts also assembled - and possibly also easily disassembled - must be. Therefore it is preferred if the opening of the first adjusting member as a groove, in particular as against the Guide vanes facing groove, is formed, in which one simply in the axial direction Direction. Above all, this makes it easier to put all of the handlebars in their associated Insert openings.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich an hand der nachfolgenden Beschreibung von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
- Fig. 1
- einen Turbolader in Perspektivansicht, teilweise im Schnitt, an dem die vorliegende Erfindung zur Anwendung kommt;
- Fig. 2
- eine Perspektivansicht eines ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles, von dem die
- Fig. 3
- eine einzelne Verstellwelle mit Leitschaufel veranschaulicht;
- Fig. 4
- eine Perspektivansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, deren Funktion an Hand der
- Fig. 5-7
- näher erläutert wird;
- Fig. 8
- ein Teil eines leicht perspektivisch gezeigten weiteren Ausführungsbeispieles mit dem Leitschaufelkranz unter Weglassung des Schaufellagerringes; und
- Fig. 9
- ein Diagramm der Charakteristik des auf die resultierenden Leitschaufelmomentes bei unterschiedlichen Belastungen mit den Kurven eines herkömmlichen Turboladers und eines erfindungsgemäßen Turboladers.
- Fig. 1
- a turbocharger in perspective view, partly in section, to which the present invention is applied;
- Fig. 2
- a perspective view of a first embodiment of the invention, of which the
- Fig. 3
- illustrates a single adjusting shaft with a guide vane;
- Fig. 4
- a perspective view of a preferred embodiment of the invention, the function of which using the
- Fig. 5-7
- is explained in more detail;
- Fig. 8
- a part of a further embodiment shown slightly in perspective with the guide vane ring with the omission of the vane bearing ring; and
- Fig. 9
- a diagram of the characteristic of the resulting guide vane torque at different loads with the curves of a conventional turbocharger and a turbocharger according to the invention.
Gemäß Fig. 1 weist ein Turbolader 1 in üblicher Weise einen Turbinengehäuseteil 2 und
einen damit verbundenen Kompressorgehäuseteil 3 auf, die entlang einer Rotationsachse
R angeordnet sind. Der Turbinengehäuseteil 2 ist teilweise im Schnitt gezeigt, so daß
darin ein Schaufellagerring 6 ein radial äußeres Leitgitter bildende, über den Umfang verteilte
Leitschaufeln 7 um ihre den Schaufellagerring 6 durchsetzenden Schwenkachsen 8
verdreht, so daß sie zwischen einander Düsenquerschnitte bilden, die je nach der Lage
der Leitschaufeln 7, nämlich radial (wie dargestellt) oder mehr tangential, größer oder
kleiner sind und den in der Mitte an der Achse R gelegene Turbinenrotor 4 mehr oder
weniger mit dem über einen Zufuhrkanal 9 zugeführten und über einen zentralen Stutzen
10 abgeführten Abgas eines Motors beaufschlagen, um über den Turbinenrotor 4 einen
auf derselben Welle sitzenden Kompressorrotor 21 anzutreiben.1, a turbocharger 1 has a
Um die Bewegung bzw. die Lage der Leitschaufeln 7 zu steuern, ist eine Betätigungseinrichtung
11 vorgesehen. Diese kann an sich beliebiger Natur sein, doch ist es bevorzugt,
wenn sie, in an sich herkömmlicher Weise, ein Steuergehäuse 12 aufweist, das die Steuerbewegung
eines an ihr befestigten Stößelgliedes 14 steuert, dessen Bewegung über
ein Verstellgetriebe mit einem Kulissenteil 16 und einem Schlepphebel 17 auf einen hinter
dem Schaufellagerring 6 (links dahinter in Fig. 1) gelegenen Verstellring 5 in eine leichte
Drehbewegung desselben umzusetzen. die Einzelheiten dieses Verbindungsgetriebes
werden später noch erläutert.In order to control the movement or the position of the
Durch diese Drehbewegung werden über die Wellen 8 die Leitschaufeln 7 hinsichtlich
ihrer Drehlage relativ zum Turbinenrotor 4 so verstellt, daß sie aus einer etwa tangential
verlaufenden einen Extremstellung in eine etwa radial verlaufende andere Extremlage
verstellbar sind. Dadurch wird das über den Zufuhrkanal zugeführte Abgas eines
Verbrennungsmotors mehr oder weniger dem Turbinenrotor 4 zugeführt, bevor es bei
dem sich entlang der Drehachse R erstreckenden Axialstutzen 10 wieder austritt.As a result of this rotary movement, the
Zwischen dem Schaufellagerring 6 und einem ringförmigen Teil 15 des Turbinengehäuseteiles
2 verbleibt ein relativ schmaler Raum 13 um den Schaufeln 7 eine freie Beweglichkeit
zu gestatten. Natürlich darf dieser Schaufelraum 13 nicht wesentlich größer als die
Breite der Schaufeln 7 sein, weil dann die Abgasenergie Leckverluste erleiden würde.
Anderseits darf der Schaufelraum 13 aber auch nicht zu knapp bemessen sein, weil dann
die Schaufeln 7 klemmen könnten. Between the
In Fig. 2 ist zur Verdeutlichung des Zusammenwirkens der Schaufellagerring lediglich
strich-punktiert angedeutet, so daß man dahinter die Schlepphebel 17 in kreisrunde Bohrungen
18 eintauchen sieht. Die Schlepphebel 17 sind jeweils mittels Schwenkzapfen 19
am Verstellring 5 gelagert und erstrecken sich jeweils in annähernd radialer Richtung (aus
welcher Richtung sie allerdings nach der einen und der anderen Seite jeweils etwas ausschwenken).
Der Verstellring 5 wird hier an Stelle von einem pneumatischen Steuergehäuse
von einem Elektromotor 12' aus zu einer leichten Drehbewegung rund um die zentrale
Achse R angetrieben. Der Elektromotor 12' kann Bestandteil eines Regelkreises sein,
wie er in einem der oben erwähnten US-Patente Nr. 5,123,246; 5,444,980 und 6,148,793
beschrieben ist, die im wesentlichen mit Kennparametern des Verbrennungsmotors arbeiten.
Es kann allerdings vorteilhaft sein, in den Regelkreis etwa auch die Temperatur eines
Katalysators als Parameter einzubeziehen, beispielsweise um eine den Turbolader umgehende
By-pass-Leitung, sei es über eine den Abgassammler des Verbrennungsmotors
unmittelbar mit dem Katalysator verbindende By-pass-Leitung oder über ein sogenanntes
Wastegate, mit dem Katalysator zu verbinden (um diesen nach dem Start rasch aufzuheizen).
Darin liegt eine von den übrigen hier beschriebenen Merkmalen unabhängige Erfindung.
Damit kann das heiße Abgas zur Vermeidung von Abkühlung im Turbolader direkt
dem Katalysator zur Aufheizung zugeführt werden. Der Algorithmus bzw. die Verknüpfung
des gemessenen Temperaturwertes mit den motorspezifischen Werten kann eine
Fuzzy-Regelung oder ein neuronales Netz - d.h. also eine gewichtende Funktion - sein.In Fig. 2 is to clarify the interaction of the blade bearing ring only
dash-dotted lines indicated, so that behind it the
Wie besonders an Hand der Fig. 5-7 ersichtlich ist, verschieben sich damit die Schwenkzapfen
19 um einen bestimmten Winkelbetrag gegenüber den ortsfest angeordneten
Schwenkwellen 8, an denen die Leitschaufeln 7 sitzen. Damit aber werden auch die
Schwenkwellen mit einer besonderen Bewegungs- und Momentencharakteristik innerhalb
des Schaufellagerringes 6 verschwenkt. Dabei ergibt es sich, daß die maximale Flächenpressung
von Schlepphebel 17 auf die Flächen der Öffnung 18 bzw. umgekehrt relativ
gering ist, so daß auch die Abnützung gering und die Zuverlässigkeit hoch ist. Denn die
Pressung erfolgt stets mindestens annähernd senkrecht auf die jeweilige Fläche, so daß
keine einseitige Belastung entsteht.As can be seen particularly with reference to FIGS. 5-7, the pivot pins thus shift
19 by a certain angular amount compared to the
Der Verstellring 5 ist ein relativ schmaler Ring, dessen innere Begrenzung in der Darstellung
der Fig. 2 etwa dort liegt, wo auch die strich-punktierte Kontur 6' des Schaufellagerringes
6 zu sehen ist. Damit kann der Verstellring auf den Enden der Schwenkwellen 8
gelagert und zentriert werden. Da aber wegen des Übersetzungsverhältnisses zwischen
Verstellring 5 und Verstellwellen 8 die letzteren sich rascher drehen als der Verstellring 5,
ist es vorteilhaft, an den Enden wenigstens eines Teils der Schwenkwellen 8 eine frei
drehbare Lagerrolle 22 anzubringen, wie dies besonders aus Fig. 3 ersichtlich ist.The adjusting
Dadurch, daß die Schlepphebel 17 am Verstellring 5 gelagert sind, ergibt sich eine einfache
und leicht herstellbare Form der Einheit aus Leitschaufeln 7 und Schwenkwellen 8,
wie dies Fig. 3 veranschaulicht. Natürlich wäre aber auch eine umgekehrte Anordnung
denkbar, indem ein Kulissenteil entsprechend dem Teil 16 an Stelle der Schwenkzapfen
19 angeordnet und die Schlepphebel 17 von den Schwenkwellen rechtwinkelig abstehen
würden. Dies würde aber die Herstellung der in Fig. 3 gezeigten Einheit komplizierter gestalten.The fact that the
Während bei der Ausführung nach den Fig. 2 und 3 die von den Schlepphebeln 17 durchsetzten
Öffnungen 18 von kreisrunden Bohrungen gebildet sind, soll an Hand der folgenden
Figuren eine Ausführung gezeigt werden, die eine an dem die Kulisse bildenden Teil
16 vorgesehene, einseitig offene Nut 18' anwendet. Diese Ausführung hat sich in der
Praxis besonders bewährt und ist deshalb bevorzugt. In den folgenden Figuren besitzen
Teile gleicher Funktion dieselben Bezugszeichen wie in den vorigen Figuren, Teile ähnlicher
Funktion jeweils dasselbe Bezugszeichen, aber mit einem Zusatz.While in the embodiment according to FIGS. 2 and 3, the
In Fig. 4 sind die Ringe 5 und 6 sowie ein Montagering 23 zu sehen. Zwischen dem Montagering
23 und dem Schaufellagerring 6 erstreckt sich der Schaufelraum 13, in dem der
Kranz von Leitschaufeln 7 rund um die zentrale Achse R untergebracht ist. Im Schaufellagerring
6 sind dann wiederum die hier nicht sichtbaren Schwenkwellen 8 (vgl. Fig. 3)
gelagert, die vorzugsweise einstückig mit der jeweiligen Leitschaufel 7 geformt sind, wie
dies auch die Fig. 3 veranschaulicht.4, the
An dem in Fig. 4 linken, nach links aus dem Schaufellagerring 6 herausragenden Ende
der Schwenkwellen ist wieder ein die Kulisse bildender Teil 16' vorgesehen, der jedoch
eine quer zu seiner Schwenkachse verlaufende, gegen den Verstellring hin offene Nut 18'
aufweist, die die den jeweiligen Schlepphebel 17 aufnehmende Öffnung bildet. Die
Schlepphebel 17 können besonders bei dieser Ausführung mit ebenen Flächen auf die
Innenfläche der Nut 18' drücken und sind so einem gleichmäßigen, geringen Flächendruck
ausgesetzt. Um diese ebenen Flächen zu erhalten, ist es vorteilhaft, wenn der jeweilige,
um den Schwenkzapfen 19 schwenkbare Schlepphebel 17 einen eckigen Querschnitt,
allenfalls mit abgerundeten Ecken, insbesondere einen etwa viereckigen Querschnitt
besitzt. At the left in Fig. 4, protruding to the left from the
An Hand der Fig. 5-7 wird nun die Funktion dieses Getriebes erläutert. Dabei ist in jeder
der Figuren nur ein einziger Kulissenteil 16 in verschiedenen Stellungen zusammen mit
dem zugehörigen Schlepphebel 17 gezeigt. Bewegt sich der Verstellring 5 in Richtung
des Pfeiles a (Uhrzeigersinn), so ist aus einem Vergleich der Fig. 5 bis 7 ersichtlich, daß
auch die Schwenkhebel 17 um ihren Schwenkpunkt 19 im Uhrzeigersinn schwenken.
Diese letztere Schwenkung macht im vorliegenden Beispiel etwa 40° aus, während die
Schwenkbewegung des Verstellringes 5 viel kleiner ist. Somit ergibt sich - je nach Betrachtung
- eine Über- bzw. eine Untersetzungswirkung.The function of this transmission will now be explained with reference to FIGS. 5-7. There is in everyone
the figures only a
In der Stellung nach Fig. 5 schließt beispielsweise die untere Endfläche 17a des im Querschnitt
etwa rechteckigen Schlepphebels 17 mit der Außenfläche des Kulissenteiles 16
bündig ab. Die Krafteinleitung ist gering und der Schlepphebel 17 überdeckt also die als
Nut 18' ausgebildete Öffnung vollständig. Diese Nut 18' ist von den hier nicht gezeigten
Leitschaufeln abgewandt, doch wären Konstruktionen denkbar, bei denen sie den Leitschaufeln
zugewandt sind, doch sind solche Konstruktionen komplizierter und platzaufwendiger
und deshalb nicht bevorzugt.5, for example, the
Bewegt sich der Verstellring 5 in Richtung des Pfeiles a um etwa 20° in eine Mittelstellung
nach Fig. 6, so taucht der Schlepphebel tiefer in die Nut 18', d.h. die Krafteinleitung wird
größer, und die Reaktionskraft Fr (d.h. die Flächenpressung zwischen der Innenseite der
Nut 18' und der Außenseite des Schlepphebels 17) entsprechend den dargestellten
Kraftpfeilen Fr wird, auf Grund des sich schließenden Leitgitters, stetig höher. Hier ist der
tiefste Eintauchpunkt des Schlepphebels 17 in die als Nut 18' ausgebildete Öffnung des
Kulissenteiles 16. In dieser Lage ist der Schlepphebel 17 bezüglich der zentralen Achse R
(vgl. Fig. 2) etwa radial ausgerichtet und der Abstand seiner Endfläche 17a von dieser
zentralen Achse R ist am geringsten. Übrigens ist an Hand der Zylinderrolle 22 (vgl. Fig.
3) in Fig. 6 auch gut zu sehen, wie der Verstellring 5 auf dieser Zylinderrolle (und natürlich
auch sämtlichen anderen, hier nicht gezeigten Zylinderrollen) gelagert ist. Hier handelt es
sich somit in vorteilhafter Weise um eine Wälzlagerung des Verstellringes 5.If the adjusting
Bei weiterer Drehung des Verstellringes 5 um etwa weitere 20° wird die Stellung nach Fig.
7 erreicht. Da die Ausbildung in diesem Ausführungsbeispiel symmetrisch ist (was, wie
später noch erläutert wird, nicht unbedingt erforderlich ist), schließt auch hier wiederum
die Endfläche 17a bündig mit der Außenfläche des Kulissenteiles 16 ab, d.h. die Innenfläche
der Nut 18' zwischen den beiden Pfeilen Fr (Fig. 7) wird zur Übertragung der Flächenpressung
weiterhin voll ausgenutzt. Bei der Drehung von Fig. 6 zur Fig. 7 induziert
aber das maximale Druckgefälle MD die maximale Flächenpressung Fr zwischen der Innenfläche
der Nut 18' zwischen den beiden Pfeilen Fr und der Außenfläche des im Querschnitt
vorzugsweise viereckigen Schlepphebels.With further rotation of the adjusting
Die obigen Erläuterungen gelten natürlich analog für eine Ausführung mit einem kreisrunden
Bohrloch 18 gemäß den Fig. 2 und 3; sie gelten aber auch im wesentlichen im Falle
einer umgekehrten Anordnung, bei der die Schlepphebel 17 an der den Teil 16 tragenden
Schwenkwelle 8 befestigt sind und in eine Öffnung eines dem Teil 16 entsprechenden
Teiles eintauchen, der an Stelle des Schwenkzapfens 19 vorgesehen wird. Es wird aber
auch verständlich, warum es vorteilhaft ist, den Schlepphebel 17 im Querschnitt eckig,
insbesondere viereckig, (evt. mit abgerundeten Ecken) auszubilden, weil ja dann die Flächenpressung
in allen Punkten senkrecht auf die Fläche wirkt.The above explanations naturally apply analogously to a version with a
Aus der oben ersichtlichen Funktion läßt sich erkennen, daß die Querschnittsform des
Schlepphebels 17 zwar bevorzugt eine viereckige sein wird, daß aber auch andere Querschnittsformen
denkbar sind, ohne die grundsätzliche Funktion zu verändern. Beispielsweise
wäre eine (nicht bevorzugte) Sechseck-Querschnittsform denkbar. Ferner wäre
denkbar, daß die Schlepphebel 17 etwa T-förmig ausgebildet sind, wobei der Querbalken
des T als Abdeckfläche über der Stirnfläche des Kulissenteiles 16 liegt und eine den
Stamm des T bildende Rippe in die Nut 18' eingreift. Dies würde allerdings die axiale
Baudimension etwas vergrößern und brächte zudem eine schwieriger zu fertigende Form
mit sich.From the function shown above it can be seen that the cross-sectional shape of the
Die zu den in den Fig. 5-7 gezeigten Stellungen der Schlepphebel gehörigen Stellungen
der Leitschaufeln 7 läßt sich am besten aus Fig. 8 herleiten, die eine Ausführungsvariante
mit gekröpften Schlepphebeln in einer Stellung zeigt, die etwa derjenigen der Fig. 5 entspricht
(Geschlossenstellung der Leitschaufeln 7, maximales auf sie wirkendes Moment).
Dabei ist ersichtlich, daß die Geschlossenstellung der Leitschaufeln 7 (etwa bei Bremsbetrieb)
ungefähr dann erreicht ist, wenn die Gabel 28 wenigstens nahezu parallel zu einer
Mittelebene P3 liegt. Allerdings ist die Erfindung nicht darauf beschränkt; vielmehr könnte
die Gabel 28 statt zueinander paralleler Gabelzinken auch gekurvte aufweisen, wenn eine
besondere Abänderung der Charakteristik erwünscht ist.The positions associated with the rocker arm positions shown in FIGS. 5-7
the
In Fig. 8 ist der Verstellring 5 auf am (nicht gezeigten) Schaufellagerring 6 befestigten
Lagerrollen 24 gelagert und so von den Schwenkwellen 8 etwas weiter entfernt, so daß
sich die Länge der Schlepphebel 17 gegenüber den vorherigen Ausführungsformen vergrößert.
Analog dazu können im Falle der Verwendung von Zylinderrollen 22 zur Lagerung
des Verstellringes 5 über den Umfang verteilt beispielsweise nur drei solcher Rollen
22 vorgesehen sein. Will man allerdings an Stelle der Lagerrollen 24 die Zylinderrollen 22
(Fig. 3) einsetzen, so führt dies zu Problemen bei der Verwendung einer Nut 18' als Öffnung.
In diesem Fall können entweder die über die Ebene des jeweiligen Schleppehebels
17 hinaus verlängerten, die Nut 18' begrenzenden Segmentteile als Lager für die Zylinderrolle
22 dienen (was nicht immer vorteilhaft ist), oder - bezogen auf Fig. 3 - man ordnet
die Zylinderrolle 22 statt an der der Leitschaufel 7 abgekehrten Stirnseite des Kulissenteiles
16 and der der Leitschaufel 7 zugekehrten Stirnseite des Kulissenteiles 16 an, in
welchem Falle die Schlepphebel 17 mit den Nuten 18' an der dem Schaufellagerring 6
abgekehrten Seite des Verstellringes 5 zusammenwirken würden, während der Verstellring
5 selbst an den so angeordneten Zylinderrollen 5 gelagert wäre. Man sieht, daß also
die Verwendung der um die Achse der jeweiligen Schwenkwelle 8 drehbaren Zylinderrollen
22 - wo immer sie angeordnet werden - eine vorteilhafte Lagerung des Verstellringes
5 ergibt und daher unabhängig von der Verwendung eines Schlepphebelgetriebes eine
eigene Erfindung darstellt.In FIG. 8, the adjusting
Der Verstellring 5 hat an seinem Umfang einen viereckigen Kulissenstein 25 befestigt, der
um eine Drehachse 26 schwenkbar ist. An diesem Kulissenstein 25 greift eine mit einer
Welle 27 schwenkbare, die zugehörige Kulisse bildende Gabel 28 an. An der Welle 27 ist
ein Verstellarm 29 befestigt, der um die geometrische Achse der Welle 27 entweder vom
Stößel 14 des Steuergehäuses 12 (vgl. Fig. 1) oder vom Servo-Motor 12' schwenkbar ist,
um über die Gabel 28 den Verstellring 5 um die zentrale Achse R zu verschwenken.The adjusting
Abweichend von vorherigen Ausführungsbeispielen mit Schlepphebeln 17, deren Längsachse
A durch den Schwenkpunkt 19 verläuft, sind hier leicht gekröpfte Schlepphebel 17'
vorgesehen, die sich als besonders günstig erwiesen haben. Die Kröpfung ist dabei so
bemessen, daß zwei Ebenen P1, P2 durch die zentrale Achse R miteinander einen Winkel
β einschließen. Dieser Winkel β ist relativ klein und sollte maximal 12° betragen, liegt
aber vorzugsweise darunter, so daß er maximal 9° beträgt. In der Praxis wurde ein Winkel
β von maximal 6°, z.B. etwa 2° als besonders günstig befunden.Deviating from previous exemplary embodiments with
Man kann die Kröpfung auch als Winkel δ zwischen der durch die geometrische Achse
der Schwenkwellen 8 und die zentrale Achse R verlaufenden Ebene P2 und der Längsachse
A der Schlepphebel 17' definieren. Dieser Winkel δ wird bei kleinem Druckgefälle
im Raum 13 (Fig. 1) groß sein und verkleinert sich mit der Vergrößerung der auf die Leitschaufeln
7 wirkenden Last (d.h. Fig. 8 zeigt den kleinsten, bei dieser Ausführungsform
vorkommenden Winkel δ). Es ist aus diesem Grunde verständlich, warum es bevorzugt
ist, die gegenseitige Winkellage der jeweiligen Öffnung 18 bzw. 18' so zu wählen (die mit
der Richtung der Längsachse A übereinstimmt), daß bei der in Fig. 8 dargestellten Geschlossenstellung
der Leitschaufeln 7 (Bremsbetrieb) die Längsachse A eines Schlepphebels
17' zur Radialebene P2 auf die zentrale Achse R einen von Null abweichenden
Winkel δ einnimmt (weil bei einer Ausrichtung der Längsachse A auf diese Radialebene in
dieser Lage der Leitschaufeln 7 der Kraft- bzw. Momentenverlauf ungünstig wäre). Der
Winkel δ ist für die jeweilige Konstruktion (auftretende Kräfte, Flächenpressung zwischen
Öffnung 18 bzw. 18' und Außenfläche der Schlepphebel, zur Verfügung stehende Stellkräfte)
zu wählen, sollte aber bevorzugt zwischen 25° und 15° liegen, beispielsweise bei
annähernd 20°. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt er etwas zwischen 21° und
22°, liegt also im bevorzugten Bereich von 20° ± 2°.One can also use the offset as an angle δ between the through the geometric axis
the
Eine andere Definition läßt sich durch den Kröpfungswinkel γ zwischen den durch die abgekröpften
Abschnitte des Schlepphebels 17 verlaufenden Längsachsen A, A' erreichen.
Dieser Winkel γ sollte im Bereiche von 170-120° liegen und vorzugsweise etwa 140°
betragen.Another definition can be defined by the offset angle γ between those offset by the offset
Reach sections of the
Wie besonders aus Fig. 9 hervorgeht, kann mit dieser Anordnung deutlich mehr Kraft
induziert werden, was bedeutet, daß der den Hebel 29 betätigende Drehsteller (12 oder
12') erheblich entlastet wird. Dabei muß allerdings im Bremspunkt (geschlossenes Leitgitter)
ein gewisser Kraftverlust in Kauf genommen werden, der aber etwa bei einem Winkel
β von 6° einem Wert von [1-cos(6°)] = 0.547% entspricht und somit verschwindend klein
ist. Bei solchen gekröpften Schlepphebeln 17' wird - bezogen auf die Stellungen nach
den Fig. 5-7 - wird im Bereich zwischen den Stellungen der Fig. 6 und 7 mehr Verstellweg
bei geringerer Kraft umgesetzt. Je mehr sich aber die Stellung der Schlepphebel 17'
derjenigen nähert, die der Fig. 5 entspricht, um so größer wird die Kraft. Messungen haben
ergeben, daß bei nur um 3° geöffneten Leitschaufeln 7, das auf sie wirkende Moment
bereits um mehr als 30% (gemessen wurden 31.25%) abfällt. Dieser SOLL-Charakteristik
für ein Getriebe wird aber durch das erfindungsgemäße Schlepphebelgetriebe, und besonders
dem nach Fig. 8, in besonderem Maße Rechnung getragen.As can be seen particularly from FIG. 9, this arrangement can produce significantly more force
can be induced, which means that the rotary actuator (12 or
12 ') is considerably relieved. However, in the braking point (closed guide grill)
a certain loss of power can be accepted, but at an angle
β of 6 ° corresponds to a value of [1-cos (6 °)] = 0.547% and thus vanishingly small
is. In such cranked rocker arms 17 'is - based on the positions
5-7 - in the area between the positions of FIGS. 6 and 7 more adjustment
implemented with less force. But the more the position of the rocker arms 17 '
approaches that corresponding to FIG. 5, the greater the force. Have measurements
reveal that with only 3 °
Die Fig. 1 zeigt den Charakteristikverlauf eines herkömmlichen Leitgitters c1 in einem
Turbolader im Vergleich mit dem Verlauf c2 bei einem erfindungsgemäßen Leitgitter. Dabei
ist das Schaufelmoment Ms in Nm dem Verstellwinkel α des die Momente aufnehmenden
Verstellhebels 29 (Fig. 8) gegenübergestellt. Es ist ersichtlich, daß das größte
Moment Ms bei 0° (d.i. gegenüber der Radialausrichtung -20°), somit also gerade dann
erreicht wird, wenn die Leitschaufeln 7 und der Verstellhebel 29 sich in der in Fig. 8 dargestellten
Lage befinden und dem größten auf sie wirkenden Moment standhalten müssen.
Nach rechts dagegen sinkt das Moment stark ab, erreicht aber bis 40° (d.i. gegenüber
der Radialausrichtung +20°) nie einen Nullwert (darf auch nicht). Zu bemerken ist
auch, daß die Kurve c2 bald nach ihrem Schnittpunkt D2 (Ende des Arbeitsbereiches) auf
ein Moment von Null sinkt und damit innerhalb des Arbeitsbereiches zwischen Nullast (im
Punkte D2) und Bremslast (linker oberer Punkt) etwa symmetrisch liegt, was einen weiteren
Vorteil der erfindungsgemäßen Konstruktion darstellt. Denn vergleichsweise hatte bei
der bekannten Konstruktion mit der Charakteristik c1 der Verstellhebel 29 einen etwas
größeren Weg von fast 43° zu durchfahren, kam aber auch viel später als die Kurve c2
auf die X-Achse, womit die Charakteristik c2 eine deutliche Asymmetrie aufwies. Dies
äußerte sich auch darin, daß das maximale Moment, dem die bekannte Konstruktion
standhalten konnte, nicht bei Winkel α = 0 lag, sondern bei etwa 5-6°. Dazu kommt, daß
der Verstellwinkel für die Kurve c1 kleiner ist als bei c2.1 shows the characteristic curve of a conventional guide vane c 1 in a turbocharger in comparison with the course c 2 of a guide vane according to the invention. The bucket torque M s in Nm is compared to the adjustment angle α of the adjustment lever 29 (FIG. 8) which absorbs the moments. It can be seen that the greatest moment M s at 0 ° (di compared to the radial orientation -20 °), that is to say it is reached when the
Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Varianten möglich; beispielsweise braucht das erfindungsgemäße Leitgitter nicht unbedingt in Turboladern eingesetzt werden, sondern ließe sich auch für andere Turbinen oder auch für Sekundärluftpumpen verwenden. Numerous variants are possible within the scope of the invention; for example, that needs Guide grids according to the invention are not necessarily used in turbochargers, but instead could also be used for other turbines or for secondary air pumps.
- 11
- Turboladerturbocharger
- 22
- TurbinengehäuseteilTurbine casing
- 33
- KompressorgehäuseteilCompressor housing part
- 44
- Turbinenrotorturbine rotor
- 55
- Verstellringadjusting
- 66
- SchaufellagerringNozzle ring
- 77
- Leitschaufelnvanes
- 88th
- Schwenkwellenpivot shafts
- 99
- Zufuhrkanalsupply channel
- 1010
- zentraler (Axial-)Stutzencentral (axial) nozzle
- 1111
- Betätigungseinrichtungactuator
- 1212
- Steuergehäusecontrol housing
- 1313
- Schaufelraumblade space
- 1414
- Stößelgliedplunger member
- 1515
- Teil v. 2Part of 2
- 1616
- Kulissenteillink part
- 1717
- Schlepphebelcam follower
- 1818
- Bohrungendrilling
- 1919
- Schwenkzapfenpivot pin
- 2020
- Antriebsarmdrive arm
- 2121
- Kompressorrotorcompressor rotor
- 2222
- Lagerrollebearing roller
- 2323
- Montageringmounting ring
- 2424
- Lagerrollebearing roller
- 2525
- Kulissensteinsliding block
- 2626
- Drehachseaxis of rotation
- 2727
- Wellewave
- 2828
- Gabelfork
Claims (8)
das zweite Verbindungsglied als am zugehörigen Ring schwenkbar geführter Schlepphebel (17) ausgebildet ist, und daß dieser Schlepphebel (17) in annähernd radialer Richtung in die Öffnung (18) des ersten Verbindungsgliedes (16) eintaucht.Guide grid of variable geometry for turbines, in particular for a turbocharger (1), which has the following:
the second link is designed as a rocker arm (17) pivotably guided on the associated ring, and that this rocker arm (17) plunges into the opening (18) of the first link (16) in an approximately radial direction.
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