DE102012205814B3

DE102012205814B3 - Verfahren und Vorrichtung zur Ausrichtung eines Aktuators eines Abgasturboladers

Info

Publication number: DE102012205814B3
Application number: DE102012205814A
Authority: DE
Inventors: Ralf Böning; Simon Baensch; Bruno Ferling; Dirk Frankenstein
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2012-04-10
Filing date: 2012-04-10
Publication date: 2013-07-04
Anticipated expiration: 2032-04-11
Also published as: US10001054B2; CN104379878B; US20150075312A1; CN104379878A; WO2013152958A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ausrichtung eines Aktuators eines Abgasturboladers, welcher einen mit einem Aktuatorgehäuse ausgestatteten Aktuator aufweist, der mit einer Regelstange verbunden ist. Zunächst erfolgt ein Befestigen eines Aktuatorhalters am Verdichtergehäuse des Abgasturboladers, dann ein Einsetzen des Aktuators in den Aktuatorhalter, dann ein Positionieren des Aktuators innerhalb des Aktuatorhalters, dann ein Einbringen einer Ausgleichsmasse durch eine Einspritzöffnung in einen im Aktuatorhalter vorgesehenen Ausgleichsmasseaufnahmeraum und schließlich ein Aushärten der Ausgleichsmasse.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ausrichtung eines Aktuators eines Abgasturboladers.
Abgasturbolader dienen im Allgemeinen dazu, den Wirkungsgrad eines Verbrennungsmotors zu verbessern und damit dessen Leistung zu steigern. Hierzu weist der Abgasturbolader eine Turbine auf, die in dem Abgasmassenstrom einer angeschlossenen Brennkraftmaschine angeordnet ist, sowie einen Verdichter. Das Turbinenrad der Turbine und das Verdichterrad des Verdichters sind auf einer gemeinsamen Welle angeordnet. Im Betrieb wird das Turbinenrad über den Abgasmassenstrom der angeschlossenen Brennkraftmaschine angetrieben und treibt wiederum das Verdichterrad an. Der Verdichter verdichtet angesaugte Luft und führt diese der Brennkraftmaschine zu. Die Welle ist in einem Lagergehäuse des Abgasturboladers gelagert. Des Weiteren ist das Turbinenrad in einem Turbinengehäuse angeordnet und das Verdichterrad in einem Verdichtergehäuse.
Viele Abgasturbolader weisen auf ihrer Turbinenseite ein sogenanntes Wastegatesystem auf, das dazu verwendet wird, bei Bedarf einen Teil des Abgases am Turbinenrad vorbei zu leiten. Dieses Wastegatesystem, das oft auch als Bypasssystem bezeichnet wird, weist am oder im Turbinengehäuse eine Wastegateklappe auf, die unter Verwendung einer Regelstange geschlossen bzw. geöffnet werden kann. Beispielsweise ist ein Endbereich der Regelstange mit einem Aktor, beispielsweise einem Hebel, verbunden. Der andere Endbereich der Regelstange ist in einem Aktuator gelagert und dort mit einer Membran verbunden. Bei diesem Aktuator handelt es sich meist um eine Druckdose, die am Verdichtergehäuse befestigt ist. Die Membran ist mit einer Druckkammer kontaktiert. Durch eine Veränderung des Druckes in der Druckkammer wirkt die Membran auf eine die Regelstange umgebende Feder ein, die dadurch zusammengedrückt wird oder sich entspannt. Dies hat zur Folge, dass auch die mit der Membran verbundene Regelstange in axialer Richtung bewegt wird und aufgrund ihrer Kopplung mit dem Hebel bzw. der Klappe den Wastegatekanal je nach Bedarf öffnet oder schließt.
Vor der Inbetriebnahme eines Abgasturboladers bedarf es einer Befestigung des Aktuators am Abgasturbolader, vorzugsweise an dessen Verdichtergehäuse, und anschließend einer Ausrichtung des Aktuators derart, dass er im Betrieb des Abgasturboladers die Regelstange in gewünschter Weise bewegen kann, um sicher zu stellen, dass der Wastegatekanal in gewünschter Weise vollständig geschlossen oder mehr oder weniger weit geöffnet werden kann.
Es ist bereits bekannt, den Aktuator bzw. dessen Gehäuse am Verdichtergehäuse zu befestigen, beispielsweise mit diesem zu verschrauben, und danach die notwendige Ausrichtung der Regelstange relativ zum Aktor vorzunehmen. Zu diesem Zweck ist es notwendig, die Regelstange im Aktuatorgehäuse zu bewegen, was zum einen mit einer unerwünschten Verformung und Belastung der Membran verbunden ist und des Weiteren voraussetzt, dass in dem Bereich des Aktuatorgehäuses, in welchem die Regelstange aus dem Aktuatorgehäuse herausgeführt ist, genügend Freiraum vorhanden ist, um die notwendige Bewegung der Regelstange zu ermöglichen.
So ist beispielsweise in der WO 2001/026471 ein Verfahren vorgesehen, bei dem zunächst ein insbesondere als Hebelarm ausgeführte Betätigungsabschnitt einer Wastegatebetätigung und der Stellstab eines Aktuators mittels eines Koppelelements einstellbar verbunden werden. Anschließend wird das Stellmittel in eine seiner Schließstellung entsprechende Position verfahren und schließlich wird in der vorbestimmten relativen Position mittels eines Werkzeugs eine das Bypassventil in seiner geschlossenen Position festlegende Kraft in das Stellglied eingeleitet und die so eingestellte Relativposition zwischen Hebelarm und Stellstab wird festgelegt.
Weiterhin offenbart auch die DE 10 2010 005 491 A1 einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine, mit einem Wastegateventil oder einer variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie sowie einer Stelleinrichtung zur Verstellung des Wastegateventils bzw. der variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie, wobei die Stelleinrichtung über ein Stellglied mit dem Wastegateventil oder der variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie verbunden und an einem Gehäuse des Abgasturboladers angeordnet ist. Die Stelleinrichtung ist dabei über eine Justierschablone am Gehäuse des Abgasturboladers befestigt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, bei welchen die vorstehend beschriebenen Nachteile reduziert sind.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch 3 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung weist einen mit einer Ausgleichsmasse befüllten oder befüllbaren Ausgleichsmasseaufnahmeraum auf, in welchen nach einer Ausrichtung der Regelstange und des mit der Regelstange verbundenen Aktuators Ausgleichsmasse derart eingebracht wird bzw. ist, dass nach einer Aushärtung der Ausgleichsmasse die gewünschte Ausrichtung des Aktuators und der Regelstange relativ zum Aktor fest eingestellt ist. Danach kann der mit der Regelstange verbundene Aktor durch eine Veränderung des Druckes in der Druckkammer des Aktuators in jeweils gewünschter Weise durch die sich in ihrer Axialrichtung bewegende Regelstange geöffnet bzw. geschlossen werden.
Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren nachfolgender Erläuterung anhand der Figuren. Es zeigt
1 eine Schnittdarstellung der zum Verständnis der Erfindung notwendigen Bestandteile einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel für die Erfindung und
2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens gemäß der Erfindung.
Die in der 1 dargestellte Vorrichtung weist einen Aktuator 1 auf, bei dem es sich um eine Druckdose handelt. Diese weist einen Deckel 1a und ein Unterteil 1b auf, die miteinander fest verbunden sind und das Aktuatorgehäuse bilden. Zwischen dem Deckel und dem Unterteil ist im Inneren des Aktuatorgehäuses eine Membran 4 eingeklemmt, die in horizontaler Richtung durch das gesamte Aktuatorgehäuse hindurchgeht und dieses in eine obere Kammer 17 und eine untere Kammer 18 aufteilt. Bei der oberen Kammer 17 handelt es sich um eine Druckkammer, die mit einer Druckluftleitung 3 verbunden ist, die ihrerseits mit einer Druckluftquelle 16 kontaktiert ist.
In der unteren Kammer 18 des Aktuatorgehäuses ist eine Feder 8 vorgesehen, die die von unten in das Aktuatorgehäuse hineinragende Regelstange 2 umgibt. Wird Druckluft über die Druckluftzuleitung 3 in die Druckkammer eingebracht, dann vergrößert sich die Druckkammer, wobei die in der unteren Kammer 18 vorgesehene Feder 8 zusammengedrückt wird und die an der Membran 4 befestigte Regelstange in ihrer Axialrichtung in der 1 nach unten bewegt wird, um in gewünschter Weise auf den Aktor 15 einzuwirken. Zur Abstützung der Membran 4 sind ein unterhalb der Membran 4 angeordnetes Stützteil 5 und eine oberhalb der Membran 4 vorgesehene Scheibe 6 vorgesehen. Des Weiteren ist eine weitere Scheibe 7 vorgesehen, die in der Nähe des oberen Endbereiches der Regelstange 2 diese ringförmig umgibt und auf einer Stufe der Regelstange 2 positioniert ist.
Der untere Endbereich der Feder 8 ist auf das Unterteil 1b des Aktuatorgehäuses aufgesetzt. Das Unterteil 1b ist in seinem radial innenliegenden Bereich über ein Führungselement 13 mit der Regelstange 2 kontaktiert, wobei das Führungselement 13 in seinem radialen Außenbereich mit einem Dichtring 14 ausgestattet ist.
An der Unterseite des Unterteils 1b ist ein Gegenhalter 11 befestigt, der die Regelstange 2 ringförmig umgibt, von ihr aber beabstandet ist.
Der Aktuator mit dem an der Unterseite seines Unterteils 1b befestigten Gegenhalter 11 ist in einen Aktuatorhalter 9 eingesetzt, welcher in seinem unteren Bereich derart ausgeformt ist, dass zwischen dem Aktuatorhalter 9 und dem Gegenhalter 11 ein die Regelstange 2 ebenfalls ringförmig umgebender, von ihr ebenfalls beabstandeter Ausgleichsmasseaufnahmeraum 10 vorgesehen ist, welcher eine von unten zugängliche Einspritzöffnung 12 aufweist. In diese Einspritzöffnung 12 ist unter Verwendung eines Nippels Ausgleichsmasse einspritzbar. Bei dieser Ausgleichsmasse handelt es sich vorzugsweise um Polymerharz, das im flüssigen Zustand durch die Einspritzöffnung in den Ausgleichsmasseaufnahmeraum eingespritzt wird und dann dort aushärtet bzw. sich verfestigt. Anstelle von Polymerharz kann als Ausgleichsmasse auch ein anderes Material verwendet werden, das vergleichbare Eigenschaften hat.
Die Befestigung des Aktuators und dessen Ausrichtung werden nach einem Verfahren vorgenommen, welches nachfolgend anhand des in der 2 gezeigten Flussdiagrammes erläutert wird.
In einem ersten Schritt S1 wird der Aktuatorhalter 9 am Verdichtergehäuse des Abgasturboladers befestigt, beispielsweise mit diesem verschraubt. In einem darauffolgenden zweiten Schritt S2 erfolgt ein Einsetzen des Aktuators 1 inklusive der mit dem Aktuator 1 verbundenen Regelstange 2 in den Aktuatorhalter 9, wobei die Regelstange 2 durch eine Öffnung im Bodenbereich des Aktuatorhalters 9 aus dem Aktuatorhalter hindurchtritt. Nach diesem Einsetzen des Aktuators 1 in den Aktuatorhalter 9 ist der Aktuator 1 bzw. dessen Gehäuse im Aktuatorhalter 9 zunächst beweglich gelagert.
Dann erfolgt in einem dritten Schritt S3 ein Positionieren des Aktuators 1 bzw. des Aktuatorgehäuses innerhalb des Aktuatorhalters 9 derart, dass die gewünschte Ausrichtung der Regelstange 2 und damit des Aktuatorgehäuses relativ zum Aktor 15 vorliegt. Bei diesem Positionieren ist in vorteilhafter Weise im Unterschied zum Stand der Technik keine Relativbewegung zwischen der Membran 4 und der Regelstange 2 notwendig. Folglich erfolgt bei dieser Ausrichtung auch keine unerwünschte Verformung der Membran.
Ist die gewünschte Ausrichtung eingestellt, dann erfolgt in einem vierten Schritt S4 ein Einbringen der Ausgleichsmasse durch die Einspritzöffnung 12, so dass der Ausgleichsmassenaufnahmeraum 10 in seiner vorliegenden Ausrichtung mit Polymerharz oder einer vergleichbaren Ausgleichsmasse gefüllt wird.
Ist die Ausgleichsmasse in den Ausgleichsmasseaufnahmeraum 10 eingebracht, dann wird in einem fünften Schritt S5 abgewartet, bis die Ausgleichsmasse ausgehärtet ist. Dann ist die Positionierung des Aktuators bzw. des Aktuatorgehäuses relativ zum Aktor beendet und es kann bei Bedarf eine zusätzliche mechanische Sicherung, beispielsweise durch Verschrauben oder Verklemmen, angebracht werden.
Bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise kann in vorteilhafter Weise ein Einstellen des Aktuators an der Regelstange entfallen. Dadurch wird eine ungewünschte Belastung und Verformung der im Aktuator vorgesehenen Membran vermieden. Des Weiteren können bei dieser Vorgehensweise die Regelstange und das Aktuatorgehäuse relativ zum Aktuatorhalter genau ausgerichtet werden, ohne dass die Regelstange zu einer Kompensation von Toleranzen relativ zur Membran bewegt werden muss. Ferner kann beim Vorliegen von weiteren Kraftübertragungsteilen eine Toleranzaufweitung erfolgen, was in der Regel zu einer Kostenreduktion führt.

Claims

Verfahren zur Ausrichtung eines Aktuators eines Abgasturboladers, welcher einen mit einem Aktuatorgehäuse ausgestatteten Aktuator aufweist, der mit einer Regelstange verbunden ist, mit folgenden Schritten: S1: Befestigen eines Aktuatorhalters (9) an einem Verdichtergehäuse des Abgasturboladers, S2: Einsetzen des Aktuators (1) in den Aktuatorhalter (9) derart, dass die mit dem Aktuator verbundene Regelstange (2) durch eine Öffnung des Aktuatorhalters (9) nach außen hindurchtritt, S3: Positionieren des Aktuators (1) innerhalb des Aktuatorhalters (9), S4: Einbringen einer Ausgleichsmasse durch eine Einspritzöffnung in einen im Aktuatorhalter (9) vorgesehenen Ausgleichsmasseaufnahmeraum (10), S5: Aushärten der Ausgleichsmasse.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aushärten der Ausgleichsmasse ein Anbringen einer zusätzlichen mechanischen Sicherung vorgenommen wird.
Vorrichtung zur Ausrichtung eines Aktuators eines Abgasturboladers, welche einen mit einem Aktuatorgehäuse (1a, 1b) versehenen Aktuator (1) und eine mit dem Aktuator (1) verbundene Regelstange (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen mit einer Ausgleichsmasse befüllbaren Ausgleichsmassenaufnahmeraum (10) aufweist, der zwischen dem Aktuatorgehäuse und einem Aktuatorhalter vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktuatorgehäuse einen Deckel (1a) und ein Unterteil (1b) aufweist und der Ausgleichsmassenaufnahmeraum (10) zwischen dem Unterteil (1b) und dem Aktuatorhalter (9) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gegenhalter (11) an einem Bodenteil des Aktuatorgehäuses befestigt ist und der Ausgleichsmassenaufnahmeraum (10) zwischen dem Gegenhalter und dem Aktuatorhalter vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichsmassenaufnahmeraum (10) eine Einspritzöffnung (12) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsmasse Polymerharz ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichsmassenaufnahmeraum (10) sich ringförmig um die Regelstange (2) erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein radial innenliegende Endbereich des Ausgleichsmassenaufnahmeraumes (10) von der Regelstange (2) beabstandet ist.