DE102014204034A1

DE102014204034A1 - Abgasturbolader mit einem Wastegateventil oder einer variablen Turbinengeometrie

Info

Publication number: DE102014204034A1
Application number: DE102014204034.5A
Authority: DE
Inventors: Jörg Jennes
Original assignee: Bosch Mahle Turbo Systems GmbH and Co KG
Current assignee: BMTS Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2014-03-05
Filing date: 2014-03-05
Publication date: 2015-09-10

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abgasturbolader (1) mit einem Wastegatventil (2) oder einer variablen Turbinengeometrie (3) sowie mit einer Stelleinrichtung (4), die über eine Regelstange (5) mit einem Verstellhebel (6) des Wastegateventils (2) oder der variablen Turbinengeometrie (3) gekoppelt ist. Erfindungswesentlich ist dabei, dass an dem Verstellhebel (6) eine Kulissenführung (9) vorgesehen ist, in welche ein an der Regelstange (5) angeordneter Kulissenstein (10) eingreift. Hierdurch kann insbesondere der Verschleiß deutlich reduziert werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abgasturbolader mit einem Wastegateventil oder einer variablen Turbinengeometrie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Abgasturbolader.
Um die Leistung eines Abgasturboladers schnell und einfach an individuelle Anforderungen anpassen zu können, weisen Abgasturbolader oftmals ein Wastegateventil oder eine variable Turbinengeometrie auf, wobei das Wastegateventil bedarfsabhängig geöffnet werden kann, um Abgas an einer Turbine des Abgasturboladers vorbeizuleiten. In gleicher Weise werden bei einem Abgasturbolader mit einer variablen Turbinengeometrie die verstellbaren Leitschaufeln derart verstellt, dass das auf das Turbinenrad strömende Abgas dieses überströmen kann, ohne zu viel Leistung zu erzeugen. Generell werden bei variablen Turbinengeometrien und kleiner Abgasmenge die Leitschaufeln flach gestellt, wodurch sich ein geringerer Querschnitt zwischen den einzelnen Leitschaufeln ergibt, was dazu führt, dass das Abgas schneller strömt und damit das Turbinenrad zu einer schnelleren Drehung anregt. Auf der anderen Seite wird durch die schnellere Drehung des Turbinenrades auch das Verdichterrad schneller gedreht und fördert mehr Frischluft, wodurch ein höherer Ladedruck erzeugt werden kann. Mit zunehmender Abgasmenge werden die Leitschaufeln steiler gestellt. Der Querschnitt vergrößert sich, die Anströmung des Turbinenrads bleibt aber optimal und der Ladedruck sowie die Turbinenleistung bleiben annähernd konstant.
Um das Wastegateventil bzw. die variable Turbinengeometrie steuern zu können, ist eine Stelleinrichtung vorgesehen, beispielsweise eine Druckdose, die über eine Regelstange mit einem Verstellhebel des Wastegateventils bzw. der variablen Turbinengeometrie gekoppelt ist.
Nachteilig bei bislang bekannten Stelleinrichtungen ist jedoch, dass die Regelstange üblicherweise über einen fest mit dieser längsendseitig verbundenen Pin mit dem Verstellhebel gekoppelt ist, woraus sich aufgrund der induzierten Kräfte und der damit verbundenen Flächenpressung (Punkt- oder Linienkontakt) hohe Kräfte an der Koppelstelle ergeben, die zumindest mittel- oder langfristig zu einem erhöhten Verschleiß führen. Ein derartig erhöhter Verschleiß wiederum führt zu Nachteilen in der Regelbarkeit des Wastegateventils bzw. der variablen Turbinengeometrie und erfordert ein turnusmäßiges Nachjustieren. Die zuvor beschriebenen Kräfte und der damit verbundene erhöhte Verschleiß werden durch die Auslenkung der Regelstange aufgrund der Drehung des Verstellhebels zusätzlich erhöht, was sich ebenfalls nachteilig auswirkt.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für einen Abgasturbolader der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Kopplung zwischen einem Verstellhebel und einer Regelstange bei einer variablen Turbinengeometrie bzw. einem Wastegateventil eines Abgasturboladers nicht mehr wie bisher über eine reine Gelenkverbindung zu realisieren, sondern eine Kulissenführung vorzusehen, durch welche einerseits ein flächiger Kontakt zwischen dem Verstellhebel und der Regelstange erreicht und damit die Flächenpressung reduziert und andererseits ein Auslenken der Regelstange aufgrund der Kulissenführung vermieden werden kann. Der erfindungsgemäße Abgasturbolader weist dabei ein Wastegateventil oder eine variable Turbinengeometrie sowie eine Stelleinrichtung auf, die über die zuvor genannte Regelstange mit dem Verstellhebel des Wastegateventils oder der variablen Turbinengeometrie gekoppelt ist. Erfindungsgemäß ist nun an dem Verstellhebel eine Kulissenführung vorgesehen, in welche ein an der Regelstange angeordneter Kulissenstein eingreift. Durch die Kulissenführung am Verstellhebel und den an der Regelstange angeordneten in die Kulissenführung eingreifenden Kulissenstein kann insbesondere auch die Auslenkung der Regelstange bei einem Drehen des Verstellhebels gänzlich vermieden werden, da in diesem Fall die Regelstange lediglich mit dem Kulissenstein innerhalb der Kulissenführung entlang geschoben wird. Die erfindungsgemäße Kopplung der Regelstange mit dem Verstellhebel bietet somit nicht nur eine deutlich reduzierte Flächenpressung, sondern zusätzlich auch eine Ausweichmöglichkeit der Regelstange durch ein Verschieben des Kulissensteins in der Kulissenführung, wodurch die zwischen dem Verstellhebel und der Regelstange auftretenden Kräfte und damit der Verschleiß nochmals reduziert werden können. Alles in Allem stellt somit die erfindungsgemäße Kopplung des Verstellhebels mit der Regelstange eine den Verschleiß signifikant reduzierende Lösung dar.
Zweckmäßig weist der Kulissenstein einen rechteckigen Querschnitt auf und ist mit zwei parallelen Außenseiten in der Kulissenführung geführt. Durch den rechteckigen Querschnitt und die parallelseitige Führung des Kulissensteins steht jeweils die komplette Seite des Kulissensteins bei einer Stellbewegung zur Kraftübertragung zur Verfügung, sodass sich die aufgebrachte Kraft über die gesamte Seitenfläche des Kulissensteins auf die Kulissenführung und damit den Verstellhebel übertragen kann. Die hierbei auftretende Flächenpressung ist deutlich geringer, als dies bei bisherigen Pinlösungen der Fall war, da diese lediglich einen punktförmigen bzw. linienförmigen Kontakt aufwiesen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist der Kulissenstein über einen Pin drehbar an der Regelstange gelagert. Der Kulissenstein weist somit einen Pin-artigen Fortsatz auf, der in einer Durchgangsöffnung der Regelstange drehbar gelagert ist. Rein theoretisch könnte selbstverständlich der Pin auch fest an der Regelstange angeordnet sein und der Kulissenstein wiederum drehbar zum Pin gelagert werden. Beide Ausführungsformen ermöglichen dabei ein vergleichsweise einfaches und leichtes Verstellen, was dazu beiträgt, die Stellkräfte insgesamt zu reduzieren, was wiederum insgesamt verschleißmindernd wirkt.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch,
1 eine Ansicht und eine Schnittdarstellung einer Hebelanordnung mit einer Regelstange und einem damit verbundenen Verstellhebel gemäß dem Stand der Technik,
2 eine Ansicht auf eine erfindungsgemäße Kopplung einer Regelstange mit einem Verstellhebel,
3 eine Schnittdarstellung entlang der Schnittebene B-B.
Entsprechend den 1 bis 3, weist ein Abgasturbolader 1 ein Wastegateventil 2 oder eine variable Turbinengeometrie 3 sowie eine Stelleinrichtung 4 auf, die über eine Regelstange 5 mit einem Verstellhebel 6 des Wastgateventils 2 oder der variablen Turbinengeometrie 3 gekoppelt ist.
Wie der in 1 gezeigten und aus dem Stand der Technik bekannten Hebelanordnung dabei zu entnehmen ist, ist am Längsende der Regelstange 5 ein Pin 7 (vergleiche die Schnittdarstellung A-A) angeordnet, der in eine Durchgangsöffnung 8 des Verstellhebels 6 eingreift. Bei einem Längsverstellen der Regelstange 5 wird dabei über den Pin 7 eine Kraft in den Verstellhebel 6 übertragen. Dabei liegt der Pin 7 lediglich mit einem linienförmigen oder punktförmigen Kontakt in der Durchgangsöffnung 8 des Verstellhebels 6 an, wodurch eine vergleichsweise hohe Flächenpressung und damit auch ein vergleichsweise hoher Verschleiß entstehen. Die Kräfte und der damit verbundene Verschleiß werden durch die Auslenkung der Regelstange 5 aufgrund der Drehung des Verstellhebels 6 zusätzlich verstärkt.
Um den Verschleiß und auch die Kräfte in der Kopplung der Regelstange 5 mit dem Verstellhebel 6 reduzieren zu können, schlägt die Erfindung vor, dass an dem Verstellhebel 6 eine Kulissenführung 9 (vgl. 2 und 3) vorgesehen ist, in welche ein an der Regelstange 5 angeordneter Kulissenstein 10 eingreift. Der Kulissenstein 10 besitzt dabei einen rechteckförmigen Querschnitt und ist mit zwei parallelen Außenseiten in der Kulissenführung 9 geführt. Theoretisch kann dabei der Kulissenstein 10 sogar einen quadratischen Querschnitt aufweisen. Durch die Kulissenführung 9 und den Kulissenstein 10 stehen diese beiden Komponenten in flächigem Kontakt zueinander, wodurch die Flächenpressung zwischen Kulissenstein 10 und Kulissenführung 9 deutlich reduziert werden kann. Darüber hinaus erfolgt bei der erfindungsgemäßen Kopplung und einem Verdrehen des Verstellhebels 6 kein zwingendes Ausweichen der Regelstange 5 mehr, da bei einem Verdrehen des Verstellhebels 6 der Kulissenstein 10 in der Kulissenführung 9 des Verstellhebels 6 entlang gleiten kann.
Betrachtet man die 3, so kann man erkennen, dass der Kulissenstein 10 über einen Pin 11 drehbar an der Regelstange 5 gelagert ist, wobei rein theoretisch auch denkbar ist, dass der Pin 11 fest mit der Regelstange 5 verbunden und der Kulissenstein 10 drehbar zum Pin 11 angeordnet ist.
Durch die Verwendung einer Kulissenführung 9 und eines zugehörigen Kulissensteins 10 kann die Kontaktstelle zwischen der Regelstange 5 (rod end) Verstellhebel 6 von zusätzlichen Kräften entlastet werden, da es keine Auslenkung der Regelstange 5 mehr gibt. Durch den Flächenkontakt zwischen dem Kulissenstein 10 und der Kulissenführung 9 können im Vergleich zum bisherigen Punkt- oder Linienkontakt auch die Flächenpressung und damit der Verschleiß reduziert werden. Eine Axialverstellung der Regelstange 5 erfolgt dabei in gewohnter Weise beispielsweise mittels einer Druckdose 12. Verwendet wird ein derartiger Abgasturbolader 1 üblicherweise bei einer Brennkraftmaschine 13, insbesondere in einem Kraftfahrzeug.

Claims

Abgasturbolader (1) mit einem Wastegatventil (2) oder einer variablen Turbinengeometrie (3) sowie mit einer Stelleinrichtung (4), die über eine Regelstange (5) mit einem Verstellhebel (6) des Wastegateventils (2) oder der variablen Turbinengeometrie (3) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Verstellhebel (6) eine Kulissenführung (9) vorgesehen ist, in welche ein an der Regelstange (5) angeordneter Kulissenstein (10) eingreift.
Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kulissenstein (10) einen rechteckigen Querschnitt aufweist und mit zwei parallelen Außenseiten in der Kulissenführung (9) geführt ist.
Abgasturbolader nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kulissenstein (10) einen quadratischen Querschnitt aufweist.
Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kulissenstein (10) in flächigem Kontakt zur Kulissenführung (9) steht.
Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kulissenstein (10) über einen Pin (11) drehbar an der Regelstange (5) gelagert ist.
Brennkraftmaschine (13) mit einem Abgasturbolader (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.