DE2941704C2

DE2941704C2 - Abgasturbolader mit Turbinen-Bypass für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2941704C2
Application number: DE2941704A
Authority: DE
Inventors: Ken Yokohama Kanagawa Yamane
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1978-10-16
Filing date: 1979-10-15
Publication date: 1982-06-16
Also published as: GB2033007A; JPS5554634A; GB2033007B; DE2941704A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Abgasturbolader werden in zunehmendem Maße im Zusammenhang mit Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen eingesetzt. Der Druck der Auspuffgase der Maschine dreht eine Abgasturbine, die unmittelbar mit dem Pumpenrad eines Luftverdichters in Verbindung steht, der komprimierte Ansaugluft dem Einlaß der Maschine zuführt und dadurch die verfügbare Luftmenge und damit die Leistung der Maschine erhöht.

Die durch den erhöhten Ladedruck bewirkte Leistungssteigerung nimmt jedoch nicht linear über den gesamten Drehzahlbereich zu. Daher ist ein Ladedruck oberhalb eines bestimmten Grenzwertes unerwünscht, und zwar insbesondere deshalb, weil bei Benzin-Brennkraftmaschinen die Möglichkeit einer unerwünschten Frühzündung besteht und diese Möglichkeit mit zunehmendem Ladedruck wahrscheinlicher wird. Es ist daher bekannt, bei zunehmendem Ladedruck einen zunehmend größeren Anteil der Auspuffgase an der Turbine vorbeizuführen. Dies geschieht mit Hilfe eines Auslaßventils in einer die Turbine umgehenden Bypass-Leitung. Dieses Auslaßventil wird durch ein Betätigungsorgan gesteuert, das auf einen Druck der Ladeluft oberhalb eines vorgegebenen Grenzwertes anspricht und das Auslaßventil öffnet, so daß eine weitere Zunahme des Turbinendrehmoments verhindert wird.

Das Betätigungsorgan ist im allgemeinen derart aufgebaut, daß der Druck der Ladeluft eine Membran τ verschiebt, die das Auslaßventil steuert Ein Problem bei herkömmlichen Vorrichtungen diese«¹ Art besteht darin, die richtige Anbringung des Betätigungsorgans sicherzustellen. Andernfalls ist die Arbeitsweise und Lebensdauer unzureichend.

ίο F i g. 1 der Zeichnung, auf die später näher eingegangen werden soll, zeigt beispielsweise ein Betätigungsorgan, das zusammen mit einer Abdeckplatte mit Hilfe von Schrauben 3 über einen Arm 4 an einem Gehäuse des Luftkompressors des Turboladers befestigt ist Eine

is Ventilstange 5 erstreckt sich von dem Betätigungskanal 1 in den Bypass- oder Umgehungs-Kanal 7 und trägt an ihrem Ende innerhalb des Kanals 7 einen Ventilteller 6, der den Kanal öffnet oder schließt Eine Steuerdruckleitung 8 führt die unter Druck stehende Luft von dem Kompressor zu. Die Vorrichtung der F i g. 1 besteht aus verhältnismäßig vielen Einzelteilen und erfordert erhebliche Sorgfalt bei der Montage. Insbesondere ist es schwierig, das Betätigungsorgan in die richtige Position zu bringen, so daß die Ventilstange 5 gleichmäßige Hübe durchführt Unzureichende Steifigkeit des Armes 4 kann die Bewegung der Ventilstange 5 beeinträchtigen. Wenn das Betätigungsorgan demontiert und anschließend wieder montiert oder durch ein anderes Betätigungsorgan ersetzt werden soll, besteht die

jo Gefahr, daß es in einer gegenüber der Ausgangsposition geringfügig versetzten Position angebracht wird oder einen geringfügig anders eingestellten Ansprechdruck aufweist, da übliche Herstellungstoleranzen in Kauf genommen werden müssen. Da das Betätigungsorgan in der Nähe des Umgehungs-Kanals montiert werden muß, besteht die Gefahr, daß es der Wärmestrahlung der Auspuffgase ausgesetzt wird. Die Wärme, die unmittelbar an das Auslaßventil gelangt, wird über die Ventilstange an die Membran Oberwagen, so daß diese weich werden kann und vielfach zerstört wird.

F i g. 2 zeigt ein anderes bekanntes Betätigungsorgan 11, dessen Gehäuse 11a über einen Ansatz 12a an dem Turbinen-Gehäuse 12 mit Hilfe eines Haltebandes 13 befestigt ist. Diese Vorrichtung ist insoweit noch ungünstiger als diejenige der F i g. 1, als die Temperatur der Auspuffgase (800-900⁰C) über das Turbinen-Gehäuse 12, das Gehäuse 11a des Betätigungsorgans und die verhältnismäßig kurze Ventilstange 5 auf die Membran 14 übertragen wird, deren Funktionsfähigkeil dadurch stark beeinträchtigt wird.

Im übrigen haben beide bekannten Lösungen den Nachteil, daß die Steuerdruckleitung 8 zur Zuführung des Ladedrucks in ihrer Form relativ kompliziert ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

V) Abgasturbolader der gattungsgemäßen Art derarl auszubilden, daß trotz vereinfachter Montage die Funktionsfähigkeit des Bypass-Systems sicherer wird.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs.

ho Bei dem erfindungsgemäßen Abgasturbolader wird die dem Betätigungsorgan des Ventils zugeführte Wärme und insbesondere die in Richtung der Membran gelangende Wärme absorbiert durch das auf verhältnismäßig niedriger Temperatur liegende Kompressorge-

*> hause, so daß die Membran gegenüber Beschädigung und Zerstörung geschützt wird. Im übrigen ist es nicht notwendig, besondere Sorgfalt auf die Positionierung des Ventil-Bctätigiingsorgans zu verwenden, so daß die

Montage in einfacher Weise erfolgen kann. Das Betätigungsorgan für das Ventil ist kompakt ausgebildet und besteht aus verhältnismäßig wenigen Teilen, so daß auch insoweit die Montage erleichtert wird. Die Hubbewegung des Ventilbetätigungsorgans wird durch äußere Einflüsse nicht beeinträchtigt

Aus der US-PS 24 70 565 ist ein Kompressor bekannt, der ein Ventil aufweist, das bei erhöhten Gegendrücken oder Druckwellen, die von einem nachgeschalteten Verbraucher ausgehen, den Auslaß des Kompressors unmittelbar mit dem Einlaß verbindet und damit eine Beeinflussung des Kompressor-Laufrades verringert Die öffnung dieses Ventils liegt unmittelbar in dem Kompressor-Gehäuse, während das Gehäuse des Betätigungsorgans direkt an das Kompressorgehäuse angeflanscht ist Obgleich damit eine zusammenhängende Gehäuseeinheit für den Kompressor und das Ventil mit dessen Betätigungsorgan entsteht, beruht diese Konstruktion erkennbar nicht auf thermischen Erwägungen, sondern darauf, daß eine Kompressor-Umgehung, und nicht eine Turbinen-Umgehung verwendet wird. Die Steuerung eines Umgehungs-Kcnals der Turbine mit einem am Kompressorgehäuse angebrachten Betätigungsorgan wird damit nicht nahegelegt Im übrigen verlaufen die Steuerdruckleitungen des Betätigungsorgans von diesem frei zu dem Verbraucher. Insgesamt besteht daher nur geringe Obereinstimmung mit der Erfindung.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie die bereits erwähnten bekannten Lösungen anhand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine perspektivische, teilweise aufgeschnittene Darstellung einer bekannten Vorrichtung;

Fig.2 ist ein Schnitt einer weiteren bekannten Vorrichtung;

Fig.3A ist eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Betätigungsorgans, das an einem Kompressor befestigt ist;

Fig.3B ist ein Schnitt entlang der Linie B-B in Fig.3A;

Fig.4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform eines Betätigungsorgans;

F i g. 5 zeigt eine Schnittdarstellung einer weiteren Abwandlung des Betätigungsorgans.

In Fig.3A und 3B ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Ein Betätigungsorgan Ai für das nicht gezeigte Auslaßventil umfaßt ein Gehäuse 20, das in einem Stück mit einer Wand ausgebildet ist, die einen schneckenförmigen Bereich 22 bildet, der den Auslaß eines Kompressorgehäuses 21 darstellt. D^:ese Konstruktion kann beispielsweise durch Gießen, Schmieden oder Spritzguß, beispielsweise aus Aluminium hergestellt werden. Das Gehäuse At weist einen Deckel 24 auf, der mit dem Gehäuse durch Schrauben 25 verbunden ist. Eine Membran 23 ist an ihrem Umfang luftdicht zwischen dem Gehäuse 20 und dem Deckel 24 eingespannt. Zwischen der Membran 23 und dem Deckel 24 befindet sich daher eine Kammer 26 zur Aufnahme des Steuerdrucks, und auf der gegenüberliegenden Seite der Membran 23 liegt eine weitere Kammer 27, die auf Atmosphärendruck gehalten ist. Die Kammer 27 nimmt eine Membran-Feder 29 auf, die die Membran 23 nach links in Fig.3B, d. h. in Schließrichtung des Auslaßventils drückt. Eine Ventilstange 28 ist an einem Ende mit der Membran 23 verbunden und erstreckt sich durch einr Bohrung 20a in dem Gehäuse 20. Das andere Ende der Ventilstange steht mit einem Ventilglied, wie etwa einem Ventilteller 6 gemäß F i g, 2 in Verbindung, Das Gehäuse 20 und der Deckel 24 weisen innerhalb ihrer Wände Steuerdruckleitungen 303 und 30/> auf, die eine Verbindung zwischen dem

ί Schnecken-Bereich 22 und der Kammer 26 herstellen.

Der Kompressor wird durch eine nicht gezeigte Abgas-Turbine angetrieben, die ihrerseits durch die Auspuffgase der nicht gezeigten Brennkraftmaschine angetrieben wird. Da die Drehzahl des Kompressors mit

lü der Drehzahl der Brennkraftmaschine zunimmt, fördert der Kompressor komprimierte Luft in den Einlaß der Brennkraftmaschine mit einem Druck, der entsprechend den Druck-Durchsatz-Charakteristika des Kompressors zunimmt Der Luftdruck innerhalb des Bereichs 22

π entspricht im wesentlichen dem Druck der Ladeluft innerhalb des Auslaßkanals des Kompressors. Der Druck innerhalb des Bereichs 22 wird über die Steuerdruckkanäle 30a und 30Z> in die Kammer 26 des Betätigungsorgans A\ übertragen, so daß mit zunehmendem Druck die Membran 23 in Richtung einer öffnung des Ventils, d. h. nach ;c-chts in F i g. 3B verschoben wird. Wenn diese auf die Membran 23 einwirkende Kraft ausreicht, um den Schließdruck der Feder 29 zu überwinden, wird das Auslaßventil, wie

2t etwa der Ventilteller 6 gemäß F i g. 2, der den Umgehungö-Kanal 7 gemäß Fig.2 verschließt, geöffnet, und zwar entsprechend der auftretenden Kraft so daß ein Umgehungs-Kanal gebildet wird, der die Abgasturbine umgeht, wie sie etwa in Fig.5 unter der Bezugsziffer 72 gezeigt ist. Dadurch wird ein Anstieg des Drehmoments der Turbine und damit ein Anstieg des Ausstoßes des Kompressors unterdrückt und verhindert, daß der Ladedruck über einen vorgegebenen Wert hinaus zunimmt

r> Entsprechend einem Merkmal der Erfindung ist das Gehäuse 20 des Betätigungsorgans in einem Stück mit dem Kompressorgehäuse 21 ausgebildet. Das besagt, daß das Betätigungsorgan an einer vorgegebenen Position in bezug auf das Kompressorgehäuse iestge-

•tn legt ist. Es sind daher keine Befestigungsglieder, wie Schrauben oder dgl. zur Festlegung des Betätigungsorgans in bezug auf das Kompressorgehäuse notwendig, wie es bei den bekannten Vorrichtungen der Fall ist. Dadurch ergibt sich eine kompakte Konstruktion des

4i Abgas-Turboladers mit Bypass-Ventil, und die Montage des Turboladers wird vereinfacht. Zugleich wird die Montage des Betätigungsorgans erleichtert, da eine Einstellung der Position des Betätigungsorgans nicht notwendig ist. Es treten daher keine Fehler bei der Einstellung des Betätigungsorgans auf, so daß ein gleichmäßiger und zuverlässiger Betrieb des Ventils sichergestellt ist.

Da eine große Luftinenge durch den Kompressor siröiiit. wird das Kompressorgehäuse 21 auf einer

:·■ relativ niedrigen Temperatur gehalten. Obwoh¹ die Wärme der Auspuffgase durch Strahlung auf das Betätigungsorgan A\ einwirkt und über das Ventil und die Ventilstange auf die Membran 23 übertragen wird, kann diese übertragene Wärme ohne weiteres durch das

w Kompressorgehäuse 21 absorbiert werden, das mit dem Gehäuse 20 in einem Stück ausgebildet ist. Auf diese Weise wird ein Verbrennen oder eine Zerstörung der Membran 23 verhindert.

Die Steuerdruckkanäle 30a und 30i>des Betätigungs-

"■· organs A\ liegen innerhalb der Gehäusewand des Betätigungsorgans. Es ist daher nicht notwendig, gesonderte Leitungen für den Steuerdruck vorzusehen. Diese können sich nicht von Jem Gehäuse des

Betätigungsorgans oder dem Kompressor lösen, und es können keine Leckstellen durch fehlerhafte Verbindung der Leitungen entstehen.

F i g. 4 zeigt eine Abwandlung der Erfindung. Steuerdruckleitungen 51 befinden sich auf derselben Seite der Membran 21, wie die Ventilstange 28. Eine Bohrung 20a des Ventilgehäuses, durch die sich die Ventilstange 28 erstreckt, nimmt mehrere Dichtungen 53 auf. Mit 54 und 55 sind die Steuerdruckkammer und die Atmosphärendruckkammer bezeichnet, die

umgekehrter Anordnung in bezug auf die zuvor beschriebene Ausführungsform vorgesehen sind. Wenn daher der Ladedruck übermäßig zunimmt, wird die Membran 23 und damit das Ventil (71 in Fig.5) entgegengesetzt zu der bisher beschriebenen Richtung, d. h. nach links in F i g. 5 verschoben. Die Steuerdruckleitung 51 gemäß Fig.4 befindet sich innerhalb der Wand des Gehäuses 20 des Betätigungsorgans A_)t und es werden keine zusätzlichen Leitungen benötigt. In in in Fig. 5 ist mit 72 die Abgasturbine bezeichnet.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Abgasturbolader für Brennkraftmaschinen mit einem Kompressor, einer durch die Auspuffgase der Brennkraftmaschine antreibbaren Abgasturbine, die in mechanischer Antriebsverbindung mit dem Kompressor steht, einem Bypass-Kanal, der es gestattet, Auspuffgase an der Abgasturbine vorbeizuleiten, einem Auslaßventil in dem Bypass-Kanal und einem Betätigungsorgan zur Betätigung des Ventflglieds des Auslaßventils in Abhängigkeit von dem Druck der Ladeluft, das ein Gehäuse mit einer in diesem angeordneten Membran umfaßt, welche Membran das Gehäuse in eine erste, auf im wesentlichen konstanten Druck gehaltene, und eine zweite, über Steuerdruckleitungen mit dem Ladedruck verbundene Kammer unterteilt, und mit einer Ventilstange, die an einem Ende mit der Membran und am anderen Ende mit dem Ventilglied des Auslaßventil verbunden ist und durch eine der Kammern hindurchläuft, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (20) des Betätigungsorgans (A 1) und das Gehäuse (21) des Kompressors aus einem zusammenhängenden Gußteil bestehen und daß die Steuerdruckleitungen (30a, 306, 51) innerhalb der Wände des Kompressorgehäuses (21) verlaufen.

2. Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (20) des Betätigungsörgans einen Deckel (24) umfaßt, der einen Teil der Steur.rdruckleitung (3Oi^einschließt

3. Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von der zweiten, auf dem Ladedruck gehaltenen Kammer (27) eine Bohrung (20a) ausgeht, durch die sich die Ventilstange (28) erstreckt, und daß zwischen der Ventilstange und der Innenfläche der Bohrung Dichtungen (53) vorgesehen sind.