DE102019218047A1

DE102019218047A1 - Turbolader mit verstellgeometrie

Info

Publication number: DE102019218047A1
Application number: DE102019218047.7A
Authority: DE
Inventors: Jang Sin Lee; Jun Hee Lee
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2019-07-30
Filing date: 2019-11-22
Publication date: 2021-02-04
Also published as: KR20210014450A; US20210033002A1; CN112302786A; US11187101B2

Abstract

Ein Turbolader mit Verstellgeometrie (VGT) ist geliefert. Der VGT enthält einen Verstellring, der eine Vielzahl von Leitschaufeln dreht, die in einem Düsenring angeordnet sind, und einen Mechanismus zum Verhindern eines Absackens. Der Mechanismus zum Verhindern eines Absackens ist installiert, um den Verstellring in einer Richtung entgegen einer Richtung zu lagern, in die ein Eigengewicht des Verstellringes wirkt. Insbesondere enthält der Mechanismus zum Verhindern eines Absackens eine Stützrolle, die zum Bereitstellen eines elastischen Drucks auf einer äußeren Umfangsfläche des Verstellringes in Wälzkontakt mit demselben installiert ist.

Description

HINTERGRUND
Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Struktur eines Turboladers mit Verstellgeometrie (VGT; engl. variable geometry turbocharger) zur Aufladung mit Ansaugluft in einer Kraftmaschine und genauer eine Struktur eines VGT, die eine Stabilität beim Steuern von Leitschaufeln in demselben verbessert.
Beschreibung der verwandten Technik
Der VGT weist eine Vielzahl von Leitschaufeln zum Ändern eines Winkels auf, in dem Abgas in einer Kraftmaschine eines Fahrzeugs einem Turbinenrad zugeführt wird, und die Vielzahl an Leitschaufeln sind konfiguriert, um durch einen Verstellring und zusammen mit demselben zu wirken. Der Verstellring ist durch eine Verbindungsstruktur mit einem Aktuator verbunden. Sobald der Aktuator eine Antriebskraft zum Drehen des Verstellringes bereitstellt, drehen sich die Vielzahl von Leitschaufeln miteinander, wobei dadurch ein Einstellen einer Strömungsrate ermöglicht wird, mit der das Abgas auf das Turbinenrad auftrifft. Der Verstellring wird durch den Aktuator wiederholt gedreht, wie oben beschrieben wurde, und eine Vielzahl von Führungsrollen sind in dem Verstellring vorgesehen, um die Position des Verstellringes zu fixieren und die Drehung desselben zu führen.
Die wiederholten Drehungen des Verstellringes verursachen einen Abrieb zwischen den Führungsrollen und dem Verstellring, während die Zeit verstreicht, für die der VGT verwendet wird. Das Abriebereignis wird in einer Richtung beeinträchtigt, in die ein Eigengewicht des Verstellringes wirkt, wobei verursacht wird, dass der Verstellring im Vergleich zu einem Ausgangszustand nach unten sackt. Wenn der Verstellring nach unten sackt, verändern sich folglich die Winkel der Leitschaufeln von den Winkeln im Ausgangszustand, was zu einer verringerten Genauigkeit beim Steuern des VGT führt.
Die als verwandte Technik beschriebenen Inhalte wurden lediglich bereitgestellt, um beim Verständnis des Hintergrunds der vorliegenden Offenbarung zu helfen, und sollten nicht betrachtet werden, der verwandten Technik zu entsprechen, die jemandem mit gewöhnlichen Fähigkeiten in der Technik bekannt ist.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist, einen Turbolader mit Verstellgeometrie (VGT) zum Unterdrücken und Verhindern einer Änderung einer Position eines Verstellringes von einem Ausgangszustand gemäß der Positionsänderung während des Verstreichens der Zeit, für die der VGT verwendet wird, zu liefern, wobei dadurch eine Genauigkeit und Stabilität beim Steuern der Leitschaufeln in dem VGT verbessert werden.
Nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann ein Turbolader mit Verstellgeometrie Folgendes enthalten: einen Verstellring, der vorgesehen ist, um eine Vielzahl von Leitschaufeln zu drehen, die in einem Düsenring angeordnet sind; und einen Mechanismus zum Verhindern eines Sackens bzw. Absackens, der zum Lagern des Verstellringes in einer Richtung entgegen einer Richtung installiert ist, in die ein Eigengewicht des Verstellringes wirkt.
Der Mechanismus zum Verhindern eines Absackens kann eine Stützscheibe bzw. Stützrolle enthalten, die zum Bereitstellen eines elastischen Drucks auf einer äußeren Umfangsfläche des Verstellringes in Wälzkontakt mit demselben installiert ist. Zudem kann der Mechanismus zum Verhindern eines Absackens Folgendes enthalten: einen unteren Körper, der an dem Düsenring fixiert ist; einen oberen Körper, der in einem drehbaren Zustand relativ zu dem unteren Körper installiert ist und die Stützrolle in dem drehbaren Zustand fixiert; und eine Feder, die zum Anlegen einer elastischen Kraft in einer Drehrichtung zwischen dem unteren Körper und dem oberen Körper installiert ist.
Der untere Körper kann einen axialen Vorsprung aufweisen, um dem oberen Körper eine Drehachse breitzustellen, und die Feder kann um eine Außenfläche des axialen Vorsprungs herum eingesetzt bzw. aufgesteckt werden. Der obere Körper kann die Feder und den axialen Vorsprung umgeben und einen Arm aufweisen, der mit demselben einstückig gebildet ist, um sich in eine Richtung zu erstrecken, um die Stützrolle an einer Position zu fixieren, die von der Drehachse für den unteren Körper radial beabstandet ist.
Ferner kann der Mechanismus zum Verhindern eines Absackens installiert sein, wobei die Stützrolle eine untere äußere Umfangsfläche des Verstellringes lagert. Eine Vielzahl von Mechanismen zum Verhindern eines Absackens können an einer unteren Seite des Verstellringes installiert sein, um voneinander beabstandet zu sein. Eine Vielzahl von Führungsrollen, die an dem Düsenring fixiert sind, können in dem Verstellring angeordnet sein, um eine Position und eine Drehbewegung des Verstellringes zu führen. Jeder Mechanismus zum Verhindern eines Absackens kann zwischen den Führungsrollen installiert sein, die sich an der unteren Seite des Verstellringes befinden, um die äußere Umfangsfläche des Verstellringes zu lagern.
Figurenliste
Die Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen offensichtlicher sein, in denen:

1 eine Ansicht ist, die eine Hauptkonfiguration eines Turboladers mit Verstellgeometrie nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
2 eine Ansicht ist, die eine Ausführungsform veranschaulicht, bei der ein Mechanismus zum Verhindern eines Absackens nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung installiert ist;
3 eine Ansicht ist, die den Mechanismus zum Verhindern eines Absackens der 2 nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht; und
4 eine detaillierte Perspektivansicht ist, die den Mechanismus zum Verhindern eines Absackens der 3 nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es ist klar, dass der Ausdruck „Fahrzeug“ oder „Fahrzeug-“ oder ein anderer ähnlicher Ausdruck, der hierin verwendet wird, Kraftfahrzeuge im Allgemeinen enthält, wie beispielsweise Personenkraftwagen, die Geländefahrzeuge (SUV), Busse, Lastwagen, verschiedene Nutzfahrzeuge enthalten, Wasserfahrzeuge, die eine Vielzahl von Booten und Schiffen enthalten, Luftfahrzeuge und Ähnliches, und Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Verbrennung, Plug-In-Hybridelektrofahrzeuge, wasserstoffbetriebene Fahrzeuge und Fahrzeuge mit anderen alternativen Brennstoffen enthält (z.B. Brennstoffe, die aus anderen Rohstoffen als Erdöl gewonnen werden).
Zwar wird eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben, eine Vielzahl von Einheiten zum Durchführen des beispielhaften Prozesses zu verwenden, aber es ist klar, dass die beispielhaften Prozesse auch durch ein Modul oder eine Vielzahl von Modulen durchgeführt werden können. Zudem ist klar, dass sich der Ausdruck Steuerung/Steuereinheit auf eine Hardwarevorrichtung bezieht, die einen Speicher und einen Prozessor enthält. Der Speicher ist zum Speichern der Module konfiguriert und der Prozessor ist insbesondere zum Ausführen der Module konfiguriert, um einen oder mehrere Prozesse durchzuführen, die weiter unten beschrieben werden.
Die hierin verwendete Terminologie dient nur zum Zweck des Beschreibens bestimmter Ausführungsformen und soll die Offenbarung nicht beschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ein/eine“ und „der/die/das“ auch die Pluralformen enthalten, sofern der Kontext dies nicht anderweitig klar erkennen lässt. Es wird zudem klar sein, dass die Ausdrücke „weist auf“ und/oder „aufweisend“, wenn in dieser Beschreibung verwendet, das Vorhandensein der genannten Merkmale, ganzen Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Bauteile spezifizieren, aber nicht das Vorhandensein oder den Zusatz von einem/einer oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Bauteilen und/oder Gruppen derselben ausschließen. Wie hierin verwendet, enthält der Ausdruck „und/oder“ jedes beliebige und alle Kombinationen von einem oder mehreren der assoziierten, aufgelisteten Elemente.
Sofern nicht speziell angegeben oder aus dem Kontext offensichtlich, ist der Ausdruck „ca.“, wie hierin verwendet, als innerhalb eines Bereiches einer normalen Toleranz in der Technik, beispielsweise innerhalb von 2 Standardabweichungen des Mittelwertes, zu verstehen. „Ca.“ kann als innerhalb von 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0,5%, 0,1%, 0,05% oder 0,01% des genannten Wertes verstanden werden. Wenn nicht anderweitig aus dem Kontext klar, sind alle hierin gelieferten numerischen Werte durch den Ausdruck „ca.“ modifiziert.
1 veranschaulicht eine Teilkonfiguration eines Turboladers mit Verstellgeometrie (VGT). Eine Vielzahl an Leitschaufeln 3 können in einem Düsenring 1 drehbar installiert sein, der an einem Turbogehäuse fixiert ist. Die Drehachse jeder Leitschaufel 3 kann mit einem Verstellring 7 durch einen Verstellhebel 5 verbunden sein. Ein Aktuator 9 kann mit dem Verstellring 7 über ein Verbindungsglied 11 verbunden sein. Während der Verstellring 7 durch eine Betätigung des Aktuators 9 gedreht wird und alle Leitschaufeln 3 aufgrund der Drehung des Verstellringes 7 gemeinsam gedreht werden, kann es folglich möglich sein, eine Strömung des Abgases in das Turbinenrad, das sich in dem mittleren Abschnitt des Düsenrings 1 befindet, aber nicht gezeigt ist, durch Öffnungen einzustellen, die zwischen dem Düsenring 1 und den Leitschaufeln 3 ausgebildet sind. Insbesondere kann der Aktuator 9 durch eine Steuerung betätigt werden.
In Bezug auf die 1 bis 4 kann bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung der Turbolader mit Verstellgeometrie zumindest einen Mechanismus 13 zum Verhindern eines Absackens enthalten, der zum Lagern des Verstellringes 7 in einer Richtung entgegen einer Richtung installiert ist, in die ein Eigengewicht des Verstellringes 7 wirkt. Der Mechanismus 13 zum Verhindern eines Absackens kann eine Stützrolle 15 enthalten, die zum Bereitstellen eines elastischen Drucks auf einer äußeren Umfangsfläche des Verstellringes 7 in Wälzkontakt mit demselben installiert ist. Mit anderen Worten kann die Stützrolle 15 in Wälzkontakt mit der äußeren Umfangsfläche des Verstellringes 7 gehalten werden, um eine Reibung zu minimieren, wenn der Verstellring 7 gedreht wird, um folglich zu verhindern, dass der Verstellring 7 absackt, und eine gleichmäßigere Drehung sicherstellen.
Bei der beispielhaften Ausführungsform kann der Mechanismus 13 zum Verhindern eines Absackens Folgendes enthalten: einen unteren Körper 17, der an dem Düsenring 1 fixiert ist; einen oberen Körper 19, der in einem drehbaren Zustand relativ zu dem unteren Körper 17 installiert ist und zum Fixieren der Stützrolle 15 in dem drehbaren Zustand konfiguriert ist; und eine Feder 21, die zum Anlegen einer elastischen Kraft in einer Drehrichtung zwischen dem unteren Körper 17 und dem oberen Körper 19 installiert ist. Der untere Körper 17 kann einen axialen Vorsprung 23 enthalten, um dem oberen Körper 19 eine Drehachse breitzustellen, und die Feder kann um eine Außenfläche des axialen Vorsprungs 23 herum aufgesetzt werden. Der obere Körper 19 ist strukturiert, um die Feder 21 und den axialen Vorsprung 23 zu umgeben, und kann einen Arm 25 enthalten, der mit demselben einstückig ausgebildet ist, um sich in eine Richtung zu erstrecken, um die Stützrolle 15 an einer von der Drehachse für den unteren Körper 17 radial beabstandeten Position zu fixieren.
Folglich kann die elastische Kraft durch die Feder 21 in der Drehrichtung an den oberen Körper 19 in Bezug auf den unteren Körper 17 angelegt werden und die elastische Auflagerkraft kann der äußeren Umfangsfläche des Verstellringes 7 durch die Stützrolle 15 bereitgestellt werden. Der untere Körper 17 kann konfiguriert sein, um in dem Düsenring 1 einstückig ausgebildet zu sein. Insbesondere kann der axiale Vorsprung 23 von dem Düsenring 1 einstückig hervorstehen.
Des Weiteren kann der Mechanismus 13 zum Verhindern eines Absackens installiert sein, wobei die Stützrolle 15 eine untere äußere Umfangsfläche des Verstellringes 7 lagert. Da das Eigengewicht des Verstellringes 7 nach unten wirkt, kann mit anderen Worten die Stützrolle 15 des Mechanismus 13 zum Verhindern eines Absackens an einer unteren Seite des Verstellringes 7 installiert sein, um zu verhindern, dass der Verstellring 7 absackt. Zudem kann eine Vielzahl von Mechanismen 13 zum Verhindern eines Absackens an der unteren Seite des Verstellringes 7 installiert sein, um voneinander beabstandet zu sein.
Wie in 2 veranschaulicht, können mit anderen Worten die Mechanismen 13 zum Verhindern eines Absackens auf beiden Seiten der vertikalen Mitte des Verstellringes 7 installiert sein, um voneinander beabstandet zu sein, und dadurch ein Absacken des Verstellringes 7 stabiler verhindern. Insbesondere können eine Vielzahl von Führungsrollen 27, die an dem Düsenring 1 fixiert sind, in dem Verstellring 7 angeordnet sein, um eine Position und eine Drehbewegung des Verstellringes 7 zu führen. Wenn der Mechanismus 13 zum Verhindern eines Absackens zwischen den an der unteren Seite des Verstellringes 7 angeordneten Führungsrollen 27 (z.B. jeder Mechanismus zum Verhindern eines Absackens zwischen jeder Führungsrolle installiert ist) unter allen Führungsrollen 27 installiert ist, um die äußere Umfangsfläche des Verstellringes 7 zu lagern, können die Führungsrollen 27 und die Stützrolle 15 den Verstellring 7 entlang einer Umfangsrichtung des Verstellringes 7 auf einer inneren Umfangsfläche und der äußeren Umfangsfläche des Verstellringes 7 in abwechselnder Weise lagern und führen, um die Position und Drehbewegung des Verstellringes 7 beständig in einem stabileren und gleichmäßigen Zustand beizubehalten.
Selbst wenn ein Abrieb zwischen den Führungsrollen 27, die sich an einer oberen Seite und der inneren Umfangsfläche des Verstellringes 7 befinden, aufgrund der wiederholten Drehungen des Verstellringes 7 verursacht wird, was zu einer Situation führen kann, in der der Verstellring 7 aufgrund des Eigengewichtes desselben absackt, lagert die Stützrolle 15 des Mechanismus 13 zum Verhindern eines Absackens die untere Seite des Verstellringes 7, um ein Absacken zu verhindern. Selbst wenn ein Abrieb zwischen der Stützrolle 15 und dem Verstellring 7 verursacht wird, kann die Stützrolle 15 durch die elastische Kraft der Feder 21 zudem beständig eng an dem Verstellring 7 haftend gehalten werden. Folglich kann der Verstellring 7 beständig in einer anfangs montierten Position gehalten werden. Wenn die Position des Verstellringes 7 stabil beibehalten wird, wie oben beschrieben wurde, kann ein Winkel aller Leitschaufeln 3, die durch den Verstellring 7 angetrieben werden, zu jeder Zeit stabiler und genauer gesteuert werden, was dadurch zu einem gleichmäßigeren Aufladeeffekt des VGT führt und ein Sicherstellen einer stabilen Kraftmaschinen- bzw. Motorausgangsleistung ermöglicht.
Die vorliegende Offenbarung kann die Position des Verstellringes stabil lagern, um eine Änderung der Position des Verstellringes von einem Ausgangszustand gemäß der Änderung während des Verstreichens der Zeit, für die der VGT verwendet wird, zu unterdrücken und zu verhindern, wobei dadurch eine Genauigkeit und Stabilität beim Steuern der Leitschaufeln in dem VGT verbessert werden.
Zwar wurde die vorliegende Offenbarung in Bezug auf spezifische Ausführungsformen gezeigt und beschrieben, aber für jemanden mit gewöhnlichen Fähigkeiten in der Technik wird offensichtlich sein, dass die vorliegende Offenbarung verschieden modifiziert und geändert werden kann, ohne von dem Wesen und Bereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen, die durch die folgenden Ansprüche definiert sind.

Claims

Turbolader mit Verstellgeometrie, aufweisend: einen Verstellring, der vorgesehen ist, um eine Vielzahl von Leitschaufeln zu drehen, die in einem Düsenring angeordnet sind; und zumindest einen Mechanismus zum Verhindern eines Absackens, der installiert ist, um den Verstellring in einer Richtung entgegen einer Richtung zu lagern, in die ein Eigengewicht des Verstellringes wirkt.
Turbolader mit Verstellgeometrie nach Anspruch 1, wobei der zumindest eine Mechanismus zum Verhindern eines Absackens eine Stützrolle enthält, die zum Bereitstellen eines elastischen Drucks auf einer äußeren Umfangsfläche des Verstellringes in Wälzkontakt mit demselben installiert ist.
Turbolader mit Verstellgeometrie nach Anspruch 2, wobei der zumindest eine Mechanismus zum Verhindern eines Absackens Folgendes enthält: einen unteren Körper, der an dem Düsenring fixiert ist; einen oberen Körper, der in einem drehbaren Zustand relativ zu dem unteren Körper installiert ist und konfiguriert ist, um die Stützrolle in dem drehbaren Zustand zu fixieren; und eine Feder, die zum Anlegen einer elastischen Kraft in einer Drehrichtung zwischen dem unteren Körper und dem oberen Körper installiert ist.
Turbolader mit Verstellgeometrie nach Anspruch 3, wobei der untere Körper einen axialen Vorsprung aufweist, um dem oberen Körper eine Drehachse bereitzustellen, die Feder um eine Außenfläche des axialen Vorsprungs herum aufgesetzt wird und der obere Körper die Feder und den axialen Vorsprung umgibt und einen Arm aufweist, der mit demselben einstückig ausgebildet ist, um sich in eine Richtung zu erstrecken, um die Stützrolle an einer Position zu fixieren, die von der Drehachse für den unteren Körper radial beabstandet ist.
Turbolader mit Verstellgeometrie nach Anspruch 2, wobei der zumindest eine Mechanismus zum Verhindern eines Absackens installiert wird, wobei die Stützrolle eine untere äußere Umfangsfläche des Verstellringes lagert.
Turbolader mit Verstellgeometrie nach Anspruch 5, wobei eine Vielzahl von Mechanismen zum Verhindern eines Absackens an einer unteren Seite des Verstellringes installiert sind, um voneinander beabstandet zu sein.
Turbolader mit Verstellgeometrie nach Anspruch 5, wobei eine Vielzahl von Führungsrollen, die an dem Düsenring fixiert sind, in dem Verstellring angeordnet sind, um eine Position und eine Drehbewegung des Verstellringes zu führen.
Turbolader mit Verstellgeometrie nach Anspruch 7, wobei jeder Mechanismus zum Verhindern eines Absackens zwischen den sich an der unteren Seite des Verstellringes befindenden Führungsrollen unter allen Führungsrollen installiert ist, um die äußere Umfangsfläche des Verstellringes zu lagern.
Fahrzeug, aufweisend: einen Turbolader mit Verstellgeometrie, der Folgendes enthält: einen Verstellring, der vorgesehen ist, um eine Vielzahl von Leitschaufeln zu drehen, die in einem Düsenring angeordnet sind; und zumindest einen Mechanismus zum Verhindern eines Absackens, der installiert ist, um den Verstellring in einer Richtung entgegen einer Richtung zu lagern, in die ein Eigengewicht des Verstellringes wirkt.
Fahrzeug nach Anspruch 9, wobei der zumindest eine Mechanismus zum Verhindern eines Absackens eine Stützrolle enthält, die zum Bereitstellen eines elastischen Drucks auf einer äußeren Umfangsfläche des Verstellringes in Wälzkontakt mit demselben installiert ist.
Fahrzeug nach Anspruch 10, wobei der zumindest eine Mechanismus zum Verhindern eines Absackens Folgendes enthält: einen unteren Körper, der an dem Düsenring fixiert ist; einen oberen Körper, der in einem drehbaren Zustand relativ zu dem unteren Körper installiert ist und zum Fixieren der Stützrolle in dem drehbaren Zustand konfiguriert ist; und eine Feder, die zum Anlegen einer elastischen Kraft in einer Drehrichtung zwischen dem unteren Körper und dem oberen Körper installiert ist.
Fahrzeug nach Anspruch 11, wobei der untere Körper einen axialen Vorsprung aufweist, um dem oberen Körper eine Drehachse bereitzustellen, die Feder um eine Außenfläche des axialen Vorsprungs herum aufgesetzt wird und der obere Körper die Feder und den axialen Vorsprung umgibt und einen Arm aufweist, der mit demselben einstückig ausgebildet ist, um sich in eine Richtung zu erstrecken, um die Stützrolle an einer Position zu fixieren, die von der Drehachse für den unteren Körper radial beabstandet ist.