DE102007005445A1

DE102007005445A1 - Abgasturbolader

Info

Publication number: DE102007005445A1
Application number: DE200710005445
Authority: DE
Inventors: Karl Mayr; Stefan Dipl.-Ing. Ortmann
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2007-02-03
Filing date: 2007-02-03
Publication date: 2008-08-07

Abstract

Abgasturbolader (1) für eine Brennkraftmaschine mit einem von einem Stellelement über ein Getriebe verstellbaren Strömungsleitapparat (2), wobei das Getriebe einen von dem Stellelement verschwenkbaren Hebelarm (9) aufweist, der an der dem Stellelement abgewandten Seite einen in einer Kulisse (3) geführten Dorn (4) aufweist, mit dem durch Verschwenken des Hebelarms (9) der Strömungsleitapparat (2) verstellbar ist, wobei der Dorn (4) von einer ersten Führungsseite (3') der Kulisse (3) mit einer größeren Druckkraft beaufschlagbar ist als von einer zweiten Führungsseite (3'') der Kulisse (3) und wobei der Dorn (4) auf der der ersten Führungsseite (3') zugewandten Seite einen größeren Außenradius (R2) aufweist als auf der der zweiten Führungsseite (3'') zugewandten Seite. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird der Verschleiß des Dorns (4) wesentlich reduziert.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die Erfindung geht von der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2004 057 864 A1 aus. Aus dieser Schrift ist ein Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine bekannt, mit einem von einem Stellelement über ein Getriebe verstellbaren Strömungsleitapparat. Hierbei weist das Getriebe einen, von dem Stellelement verschwenkbaren Hebelarm auf, der an der dem Stellelement abgewandten Seite eine Kulisse aufweist. Der Strömungsleitapparat weist einen, zu der Kulisse korrespondierenden Dorn auf, der in die Kulisse formschlüssig eingreift. Beim Verschwenken des Hebelarms wird der Strömungsleitapparat verdreht, wobei durch diese Verdrehung die Leitschaufeln in dem Leitapparat den Neigungswinkel ändern, wodurch die Abgasdurchsatzmenge verändert wird.
Durch die, an den Leitschaufeln anliegende Gaskraft, wird beim Betrieb der Brennkraftmaschine der Dorn einseitig stärker belastet, was zu einem erhöhten Verschleiß des Dornes führt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Maßnahme aufzuzeigen, mit der der Verschleiß des Dornes verringert wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Dornes wird die Kontaktpressung zwischen der Kulisse und dem Dorn verringert. Dies führt zu einem geringeren Verschleiß und somit zu einer längeren Lebensdauer des Abgasturboladers. Darüber hinaus führt die erfindungsgemäße Ausgestaltung zu einer geringeren Laufzeitveränderung der Regelbarkeit des Abgasturboladers (hierunter wird die Veränderung des Ansteuertastverhältnisses verstanden). Außerdem führt die erfindungsgemäße Ausgestaltung zu einem verbesserten Verhalten bezüglich der Verstellhysterese des Abgasturboladers über die Lebensdauer. Weiter kann die erfindungsgemäße Ausgestaltung für jede vorwiegend einseitig belastete mechanische Verbindung, die eine Bewegung durch die Übertragung von Kontaktflächen zweier Körper vollzieht, umgesetzt werden.
Die Ausgestaltungen gemäß der Patentansprüche 2 und 3 entsprechen zwei besonders bevorzugten Ausführungsvarianten.
Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 4 entspricht ebenfalls zwei besonders bevorzugten Ausführungsvarianten.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispieles in vier Figuren näher erläutert.
1 zeigt einen Schnitt durch einen Abgasturbolader mit einem Strömungsleitapparat.
1a zeigt eine Ausschnittsvergrößerung aus 1 mit dem erfindungsgemäß ausgestalteten Dorn.
1b zeigt eine zweite Ausschnittsvergrößerung aus 1 des erfindungsgemäß ausgestalteten Dornes 4.
2 zeigt eine geometrische Ausgestaltung des Dornes 4.
Im Folgenden gelten in allen Figuren für gleiche Bauteile die gleichen Bezugsziffern.
1 zeigt einen Schnitt durch einen dreidimensional dargestellten Abgasturbolader 1 mit verstellbaren Leitschaufeln. Der Abgasturbolader weist einen, von einem nicht dargestellten Stellelement verstellbaren Strömungsleitapparat 2 auf. Der Strömungsleitapparat 2 ist radial außen (koaxial) um eine Turbine 8 des Abgasturboladers 1 angeordnet. Der Strömungsleitapparat 2 weist einen Verstellring 10 mit einer Kulisse 3 auf, in der ein Dorn 4 eines nicht dargestellten Hebelarms, der Teil eines nicht näher dargestellten Getriebes ist, gelagert ist. Durch Verschwenken des Hebelarms mit dem nicht dargestellten Stellelement wird der Verstellring 10 verdreht, wodurch über einen weiteren Hebel 9 radial innen liegende Strömungsleitschaufeln 2' ihren Anstellwinkel gegenüber einer Strömung in dem Abgasturbolader 1 ändern. Durch diese Verstellung werden sowohl Menge als auch Strömungsgeschwindigkeit eines Abgases, welches durch einen Einströmbereich 1' einströmt und von den Leitschaufeln 2' auf die Turbine 8 geleitet wird, verändert. Eine Einströmrichtung des Abgases ist schematisch durch einen Pfeil dargestellt.
Bei der Umlenkung des Abgases durch die Leitschaufeln 2' erzeugt der Gasdruck auf den Leitschaufeln 2' ein Drehmoment (M_Gas) auf den Verstellring 10. Dieses Drehmoment (M_Gas) hat zur Folge, dass der Dorn 4 in der Kulisse 3 einseitig mit einer Gaskraft (F_Gas) beaufschlagt wird. Das von dem Abgas erzeugte Drehmoment (M_Gas) ist in 1 schematisch durch einen Pfeil im Bereich der Leitschaufeln 2' dargestellt.
1a und 1b zeigen jeweils eine Ausschnittsvergrößerung aus 1 mit Sicht auf den Dorn 4 in der Kulisse 3. Die Gaskraft (F_Gas) ist jeweils wiederum durch einen Pfeil schematisch dargestellt. Die Kulisse 3 weist eine erste Führungsseite 3' und eine zweite Führungsseite 3'' auf. Aufgrund der Gaskraft (F_Gas) wirkt auf der ersten Führungsseite 3' stets eine größere Kraft auf den Dorn 4 ein als auf der zweiten Führungsseite 3''.
Um den Verschleiß eines gattungsgemäßen Dornes 4 zu verringern, wird daher erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Dorn 4 auf der der ersten Führungsseite 3' zugewandten Seite einen größeren Außenradius (R2) aufweist als auf der der zweiten Führungsseite 3'' zugewandten Seite. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird die Flächenpressung zwischen dem Dorn 4 und der ersten Führungsseite 3' wesentlich verringert. Hierdurch wird ein geringeres Verschleißbild erzielt, als bei bisher eingesetzten zylindrischen Bolzen. Erfindungsgemäß weist die höher belastete Seite des Bolzens 4 einen relativ großen Radius (R2) auf und die weniger belastete Seite des Bolzens 4 einen relativ kleinen Radius (R1). In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Bolzen 4 als ein Gleichdick ausgeführt. Ein Gleichdick ist eine Figur deren gegenüberliegend angelegte, parallele Tangenten für alle möglichen Winkellagen einen konstanten Abstand aufweisen (konstante „Dicke = „Gleichdick"). Bevorzugt liegen die Mittelpunkte der beiden Radien deckungsgleich, so dass die Dicke des Bolzens über den Schwenk winkel des Arbeitsbereiches der Verstelleinheit konstant bleibt. Das heißt, das Spiel in der Kulisse des Eingriffshebelstückes bleibt beim Verstellvorgang konstant.
Dieser Zusammenhang ist in 2, einer Aufsicht auf den Bolzen 4 in der Kulisse 3 nochmals dargestellt. Zwischen der ersten Führungsseite 3' und der zweiten Führungsseite 3'' der Kulisse 3 ist der Bolzen 4 gelagert. Erfindungsgemäß weist der Bolzen 4 auf der der höher belasteten Seite, einen größeren Radius (R2) auf, auf der gegenüberliegenden Seite einen kleineren Radius (R1). Die Mittelpunkte beider Radien sind deckungsgleich in einem Mittelpunkt M angeordnet. Weiter ist der Dorn besonders bevorzugt als ein Gleichdick ausgeformt, wodurch eine besonders präzise Führung erzielt wird. Eine gestrichelte Hebelarmachse 6 ist stellvertretend für den nicht dargestellten Hebelarm dargestellt. Ein zugehöriger Hebelarm-Kreisbogen 7 ist ebenfalls gestrichelt dargestellt.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Dorn 4 an dem nicht dargestellten Hebelarm angeordnet, in einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Dorn 4 auch an dem Strömungs-Leitapparat 2, bzw. dem Verstellring 10 angeordnet sein. Bei dieser Ausführung ist die Kulisse an dem Hebelarm angeordnet.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist die Regelbarkeit des Abgasturbolader-Gesamtsystems sichergestellt, da die Kinematik des Betätigungsmechanismus so ausgelegt ist, dass es selbst bei hochdynamischen Öffnungsvorgängen zu keinem Anlagewechsel (Totgang durch das Spiel der Getriebeglieder) kommt. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird die Kontaktpressung zwischen Bolzen 4 und der ersten Führungsseite 3' deutlich reduziert, was zu einem geringeren Verschleiß und somit einer längeren Lebensdauer des Abgasturboladers 1 führt. Weiter ergibt sich eine geringere Laufzeitveränderung der Regelbarkeit des Abgasturboladers, d. h. die Veränderung des Ansteuertastverhältnisses wird verringert. Weiter wird das Verhalten bezüglich der Verstellhysterese des Abgasturboladers 1 über die Lebensdauer verbessert. Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Ausgestaltung für jede vorwiegend einseitig belastete mechanische Verbindung, die eine Bewegung durch die Übertragung von Kontaktkräften zweier Körper vollzieht, umgesetzt.

1: Abgasturbolader
1': Einströmbereich
2: Strömungs-Leitapparat
2': Leitschaufel
3: Kulisse
3': erste Führungsseite
3'': zweite Führungsseite
4: Dorn
5: zylindrischer Dorn
6: Hebelarmachse
7: Hebelarm-Kreisbogen
8: Turbine
9: Hebel
10: Verstellring

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004057864 A1 [0002]

Claims

Abgasturbolader (1) für eine Bennkraftmaschine, mit einem, von einem Stellelement über ein Getriebe verstellbaren Strömungs-Leitapparat (2), wobei das Getriebe einen von dem Stellelement verschwenkbaren Hebelarm (9) aufweist, der an der dem Stellelement abgewandten Seite einen in einer Kulisse (3) geführten Dorn (4) aufweist, mit dem durch Verschwenken des Hebelarms (9) der Strömungs-Leitapparat (2) verstellbar ist, wobei der Dorn (4) von einer ersten Führungsseite (3') der Kulisse (3) mit einer größeren Druckkraft beaufschlagbar ist als von einer zweiten Führungsseite (3'') der Kulisse (3), dadurch gekennzeichnet, dass der Dorn (4) auf der der ersten Führungsseite (3') zugewandten Seite einen größeren Außenradius (R2) aufweist als auf der der zweiten Führungsseite (3'') zugewandten Seite.
Abgasturbolader nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dorn (4) als ein Gleichdick ausgeführt ist,
Abgasturbolader nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kreismittelpunkt (M) eines kleineren Außenradius (R1) und ein Kreismittelpunkt (M) des größeren Außenradius (R2) deckungsgleich sind.
Abgasturbolader nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dorn (4) an den Hebelarm (9) und die Kulisse (3) an den Strömungs-Leitapparat (2) oder dass der Dorn (4) an den Strömungs-Leitapparat (2) und die Kulisse (3) an den Hebelarm (9) angeordnet ist.