DE102008053170A1

DE102008053170A1 - Ladeeinrichtung mit variabler Turbinen-/Verdichtergeometrie, insbesondere für einen Abgasturbolader eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102008053170A1
Application number: DE102008053170A
Authority: DE
Inventors: Jasmin Haußer; Florian Rentz; Hartmut Weiss
Original assignee: Bosch Mahle Turbo Systems GmbH and Co KG
Current assignee: BMTS Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2008-10-24
Filing date: 2008-10-24
Publication date: 2010-04-29

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ladeeinrichtung mit variabler Turbinen-/Verdichtergeometrie (1), insbesondere für einen Abgasturbolader eines Kraftfahrzeugs. Eine in einem Ladeeinrichtungsgehäuse (11) positionierte variable Verstelleinrichtung (7) ermöglicht die Justierung zumindest eines minimalen Volumenstroms im niedrigen Drehzahlbereich eines Motors durch Verdrehen der variablen Verstelleinrichtung (7). Da die variable Verstelleinrichtung (7) nach Endmontage von außen nicht mehr zugänglich ist, ist zudem ein Manipulationsschutz verbessert und ein Nachweis einer nachträglichen Manipulation an der variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie (1) erleichtert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladeeinrichtung mit einer variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie, insbesondere für einen Abgasturbolader eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Ein moderner Abgasturbolader enthält zur Effizienzsteigerung eine variable Turbinen-/Verdichtergeometrie. Mehrere Leitschaufeln, die einen Volumenstrom variieren, sind dabei über einen Verstellring miteinander wirkungsverbunden, so dass alle Leitschaufeln gleichzeitig verstellbar sind. Dabei ist für eine Einstellung des Volumenstroms durch die Leitschaufeln der variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie vor allem ein minimaler Querschnitt von Gaszustromkanälen, von denen jeweils ein Gaszustromkanal zwischen zwei aufeinanderfolgenden Leitschaufeln angeordnet ist, von großer Bedeutung. Durch diesen minimalen Querschnitt der Gaszustromkanäle werden das Ansprechverhalten und die Leistung im unteren Lastbereich eines Motors definiert. Die variable Turbinen-/Verdichtergeometrie wird in der Regel von einem pneumatischen oder einem elektrischen Steller verstellt. Diese Systeme haben aus Kostengründen keine hochpräzise Kraft-Weg-Regelung, so dass sie zusätzlich durch konstruktive Maßnahmen in ihrem Verstellweg begrenzt werden müssen. Da Bauteile nach dem heutigen Stand der Technik nicht ohne Toleranzen hergestellt werden können, entsteht für jeden Zusammenbau ein unterschiedlicher Verstellweg. Um ein optimales Ansprechverhalten des Motors garantieren zu können, müssen diese Toleranzen ausgeglichen werden. Der Verstellweg kann dabei beispielsweise über zwei Anschläge, so zum Beispiel in Form von Zylinderstiften realisiert, begrenzt werden und ergibt sich aus dem Abstand zwischen diesen beiden Anschlägen. Die beiden Endpositionen des Verstellwegs bilden dabei einen minima len und maximalen Volumenstrom bzw. den minimalen und maximalen Querschnitt der Gaszustromkanäle. Wird zumindest einer der Anschläge durch eine variable Versteileinrichtung ausgebildet, kann zumindest ein extremaler Volumenstrom für jeden Zusammenbau individuell eingestellt werden. Durch solch eine variable Verstelleinrichtung zur Begrenzung zumindest eines extremalen Querschnitts der Gaszustromkanäle, können die Toleranzen der Bauteile ausgeglichen und ein definierter reproduzierbarer Volumenstrom eingestellt werden. Solch eine Einstellung erfolgt auf einem Durchflussprüfstand und nur mit den strömungsrelevanten Bauteilen sowie der variablen Verstelleinrichtung, die zumindest einen extremalen Volumenstrom der variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie begrenzt. Es wird zumindest der minimale Volumenstrom gemessen und der Verstellweg eines Verstellrings mit Hilfe der variablen Verstelleinrichtung eingestellt. Nachdem die gewünschten Endstellungen des Verstellrings und dadurch zumindest ein extremaler Volumenstrom eingestellt wurden, kann die Ladeeinrichtung fertig montiert werden.
Aus der WO 2007/134787 A1 ist ein gattungsgemäßer Abgasturbolader mit solch einer variablen Verstelleinrichtung für eine variable Turbinen-/Verdichtergeometrie bekannt. Hier wird ein Anschlag offenbart, der an einem Leitschaufelträger befestigt in eine durch zwei Anschlagsnocken begrenzte Aussparung des Verstellrings eingreift und dadurch den Verstellweg des Verstellrings begrenzt.
Nachteilig an diesem Stand der Technik ist eine umständliche und arbeitsintensive Justierung der Volumenströme.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Ladeeinrichtung der gattungsgemäßen Art, eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch geringere Fertigungs kosten, eine verringerte Montagezeit und eine Gewichtsreduktion bzgl. der Ladeeinrichtung auszeichnet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Verstelleinrichtung zur Begrenzung der minimalen Strömungsquerschnitte eines durch die variable Turbinen-/Verdichtergeometrie strömenden Volumenstroms drehbar gelagert auszubilden. Dabei kann durch ein Verdrehen der Verstelleinrichtung und Fixierung derselben in unterschiedlichen Drehwinkellagen zumindest der minimale Querschnitt und falls gewünscht auch ein maximaler Querschnitt der Gaskanäle und damit des durch die variable Turbinen-/Verdichtergeometrie strömenden Volumenstroms eingestellt werden. Als Gaskanäle werden hierbei diejenigen Querschnitte bezeichnet, die jeweils zwischen zwei Leitschaufeln der Turbinen-/Verdichtergeometrie liegen. Aufgrund der Justierung durch die Verdrehung der Verstelleinrichtung ist diese Form der Justierung komfortabler, wesentlich vereinfacht und beschleunigt den Justierprozess im Durchflussstand wesentlich. Hierzu kann die Verstelleinrichtung an einem Gehäuseabschnitt, so zum Beispiel an einem Turbinengehäuse, an einem Lagergehäuse oder an einem Verdichtergehäuse, angebracht sein und ein bewegliches Bauteil der variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie, wie zum Beispiel einen Verstellhebel, eine Leitschaufel oder einen Verstellring in seiner Bewegung begrenzen oder die variable Verstelleinrichtung ist an einem beweglichen Bauteil der variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie befestigt, greift in eine Aussparung eines Gehäuseabschnitt ein und begrenzt dadurch den Verstellweg.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform, befindet sich die Verstelleinrichtung nach einer Endmontage von außen unzugänglich innerhalb der Ladeeinrichtung und kann so von außen nicht mehr manipuliert werden. In solch einer erweiterten Ausführungsform könnte die Justierung der variablen Verstelleinrichtung auf dem Durchflussprüfstand von außen durch eine Justiereinrichtung vorgenommen werden, die das Gehäuse der Ladeeinrichtung durch eine Durchführungsöffnung durchdringt. Vor der Endmontage der Ladeeinrichtung wird diese Justiereinrichtung allerdings entfernt und die Durchführungsöffnung verschlossen, so dass auch in diesem Fall nach der Endmontage eine Manipulation der Verstelleinrichtung von außen verhindert wird.
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.
Es zeigen, jeweils schematisch
1 eine Explosionszeichnung einer variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie,
2 die variable Turbinen-/Verdichtergeometrie in Einbaulage mit einem Turbinen-/Verdichtergehäuse,
3 eine vergrößerten Ausschnitt der 2 im Bereich einer Verstelleinrichtung.
Eine bevorzugte Ausführungsform einer variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie 1 entsprechend der 1, umfasst einen Leitschaufelträger 2 mit Durchgangsöffnungen 3, Leitschaufeln 4, Schaufellagerzapfen 5 und Verstellhebel 6. Dabei sind eine zu den Durchgangsöffnungen 3 des Leitschaufelträgers 2 äquivalente Anzahl an Leitschaufeln 4 mit jeweils dem Schaufellagerzapfen 5 drehfest verbunden und in jeweils einer zugehörigen Durchgangsöffnung 3 des Leitschaufelträgers 2 drehbar gelagert. An einem, der Leitschaufel 4 abgewandten Ende des Schaufellagerzapfens 5 ist jeweils ein Verstellhebel 6 ebenfalls drehfest angebunden. Eine Verstelleinrichtung 7 ist in einer rotationssymmetrischen Bohrung 8 in dem Leitschaufelträger 2 mit ihrem rotationssymmetrischen Teil 9 drehbar gelagert. Ein nicht rotationssymmetrisch ausgeformter Kopf 10 der Versteileinrichtung 7 kann über unterschiedlich fixierbare Drehwinkellagen die Bewegung der Verstellhebel 6 unterschiedlich begrenzen.
In Einbaulage mit einem Ladeeinrichtungsgehäuse 11 wird die variable Turbinen-/Verdichtergeometrie 1 von einer hohlzylinderförmigen Führungseinrichtung 12, wie zum Beispiel dem Leitschaufelkäfig, umgeben. In dieser Führungseinrichtung 12 ist ein Verstellring 13, der mit den Verstellhebeln 6 wirkungsverbunden ist und alle Leitschaufeln 4 auf einmal bewegt, drehbar gelagert. Die Bewegung des Verstellrings 13 kann zum einen durch den nicht rotationssymmetrischen Kopf 10 der variablen Verstelleinrichtung 7 und/oder durch einen anderen Endanschlag, wie zum Beispiel einen Zylinderstift 14, begrenzt werden.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass in einer zweckmäßigen Ausführungsform nicht zwingend die variable Verstelleinrichtung 7, zum Beispiel als Anschlag ausgeformt, an dem Leitschaufelträger 2 befestigt sein muss. Es ist ebenfalls denkbar, dass die Verstelleinrichtung 7 zum Beispiel an der Führungseinrichtung 12 befestigt ist und somit die Bewegung des Verstellringes 13 begrenzt. Ebenso denkbar ist die Befestigung an dem Ladeeinrichtungsgehäuse 11, wobei in dieser Ausführungsform die Bewegung der Verstellhebel 6 oder des Verstellringes 13 eingeschränkt werden kann, oder auf Seite der Leitschaufeln 4, wobei in diesem Fall die Bewegung der Leitschaufeln 4 begrenzt wird. Ebenso denkbar ist eine Befestigung der Verstelleinrichtung 7 am beweglichen Verstellring 13, wobei in diesem Fall die Begrenzung der Bewegung des Verstellringes 13 über die variable Verstelleinrichtung 7 und eine Aussparung in der Führungseinrichtung 12 denkbar ist. Auch muss nicht zwingend eine zweite Verstelleinrichtung in Form eines Zylinderstifts 14 vorhanden sein. Es ist ebenso möglich, dass mit nur einer Verstelleinrichtung 7 bzw. ihrem Kopf 10 sowohl der minimale als auch der maximale durch die variable Turbinen-/Verdichtergeometrie strömende Volumenstrom, also der minimale und der maximale Querschnitt eines zwischen jeweils zwei benachbarten Leitschaufeln 4 gelegenen Gaskanals begrenzt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie 1 mit erfindungsgemäßer Verstelleinrichtung 7, ist die Verstelleinrichtung 7 üblicherweise an einem nicht beweglichen Teil der Ladeeinrichtung drehbar gelagert und dient als Anschlag an einem beweglichen Bauteil der variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie 1, wie beispielsweise dem Verstellhebel 6 und/oder, dem Verstellring 13 und/oder den Leitschaufeln 4.
Ein vergrößerter Ausschnitt eines Befestigungsbereichs der Verstelleinrichtung 7 gemäß 3 zeigt, dass infolge einer asymmetrische Ausbildung des Kopfes 10 der Verstelleinrichtung 7 durch ein Drehen des Kopfes 10 ein Verstellweg 15 des Verstellrings 13 beeinflusst wird, da der Verstellhebel 6 mit einem Hebelarm 16 je nach Drehwinkellage des Kopfes 10 früher oder später an denselben anstößt. In dieser zweckmäßigen Ausführungsform ist auch erkennbar, dass die Verstelleinrichtung 7 mit ihrem Kopf 10 nur zur Einstellung einer extremalen Position des Verstellrings, wie in diesem Fall der Einstellung des minimalen Volumenstroms der variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie 1 dient. Der maximale Volumenstrom wird – wie in 2 dargestellt ist – durch den Zylinderstift 14 begrenzt.
Bei anderen Ausführungsformen ist die Verstelleinrichtung 7 zur Justierung des minimalen Volumenstroms bei niedrigen Drehzahlen des Motors im Regelfall an einer Außenseite des Ladeeinrichtungsgehäuses 11 einstellbar. Hierbei ist aber eine nachträgliche Manipulation der variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie 1 möglich. Diese wird manchmal missbräuchlich vorgenommen, da eine Verstellung des minimalen Volumenstroms eine Steigerung der Motorleistung zur Folge haben kann. Dadurch steigt jedoch auch die einwirkende Belastung so stark an, dass ein Versagen der Ladeeinrichtung möglich wird. Im Falle eines Ausfalls können bei nachgewiesener Manipulation Schadensansprüche abgewiesen werden. Ein solcher Nachweis wird erleichtert durch die Anordnung der variablen Verstelleinrichtung 7 innerhalb des Ladeeinrichtungsgehäuses 11. Aufgrund dessen muss die Ladeeinrichtung ausgebaut und demontiert werden. Dies kann nicht ohne Demontagespuren geschehen, da die variable Verstellvorrichtung 7 nach der Endmontage von außen nicht mehr zugänglich ist.
Allerdings wäre, wie schon zuvor erwähnt, eine durchaus sinngemäße Ausführungsform denkbar, bei der die Verstelleinrichtung 7 während der Justierung auf dem Durchflussprüfstand durch eine das Ladeeinrichtungsgehäuse 11 durchdringende Justiereinrichtung so eingestellt wird, dass sich ein optimaler minimaler oder auch maximaler Volumenstrom ergibt. Nach Justierung und vor Endmonta ge der Ladeeinrichtung wird die Justiervorrichtung entfernt und eine eventuell auftretende Durchführungsöffnung zur Einführung der Justiereinrichtung so verschlossen, dass eine missbräuchliche Justierung nach Endmontage der Ladeeinrichtung nicht mehr möglich ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- WO 2007/134787 A1 [0003]

Claims

Ladeeinrichtung, insbesondere für einen Abgasturbolader eines Kraftfahrzeugs, mit einer variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie (1) umfassend – einen Leitschaufelträger (2) mit mehreren Durchgangsöffnungen (3), – eine zu den Durchgangsöffnungen (3) des Leitschaufelträgers (2) äquivalente Anzahl an Leitschaufeln (4), die jeweils mit einem Schaufellagerzapfen (5) in einer zugehörigen Durchgangsöffnung (3) des Leitschaufelträgers (2) drehbar gelagert sind, wobei an einem der Leitschaufel (4) abgewandten Ende des Schaufellagerzapfens (5) ein Verstellhebel (6) drehfest angebunden ist, – einen bezüglich des Leitschaufelträgers (2) verdrehbaren Verstellring (13), der mit den Verstellhebeln (6) wirkungsverbunden ist und – zumindest eine Verstelleinrichtung (7) zur Begrenzung eines durch die variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie strömenden Gasstroms, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Verstelleinrichtung (7) drehbar an der Ladeeinrichtung gelagert und in unterschiedlichen Drehwinkellagen fixierbar ist, wobei der durch die variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie (1) strömende Gasstrom abhängig von der jeweiligen Drehwinkellagen der Verstelleinrichtung (7) ist.
Ladeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteileinrichtung (7) an der variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie (1) und/oder an einem Teil eines Ladeeinrichtungsge häuses (11) drehbar gelagert ist.
Ladeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (7) an zumindest einem der nachfolgenden Bauteile drehbar gelagert ist, Leitschaufelträger (2), Turbinengehäuse, Verdichtergehäuse, Lagergehäuse und/oder an einer, den Verstellring (13) umgebenden, hohlzylinderförmigen Führungseinrichtung (12).
Ladeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (7) einen rotationssymmetrischen Teil (9) aufweist, über welchen diese in einer rotationssymmetrischen Ausnehmung der Ladeeinrichtung, z. B. in einer Bohrung (8), gelagert ist.
Ladeeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (7) neben dem rotationssymmetrischen Teil (9) einen nicht-rotationssymmetrischen Kopf (10) aufweist, der, in unterschiedlichen Drehwinkellagen fixiert, die Bewegung zumindest eines beweglichen Teils der variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie (1) beeinflusst.
Ladeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (7) als Anschlag für zumindest einen beweglichen Teil der variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie (1), wie z. B. Verstellhebel (6), Verstellring (13) oder Leitschaufel (4), ausgebildet ist.
Ladeeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die insbesondere als Anschlag ausgeformte Verstelleinrichtung (7) in eine Aussparung zumindest eines beweglichen Teils der variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie (1) hineinragt und damit die Bewegung zumindest eines solchen beweglichen Teils der variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie (1) begrenzt.
Ladeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (7) einstückig ausgeformt ist.
Ladeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (7) in der montierten Ladeeinrichtung von außen unzugänglich im Inneren derselben angeordnet ist.