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Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftwagens, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Abgasturboladers gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 6.
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Abgasturbolader für Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere von Kraftwagen, sowie Verfahren zum Herstellen von solchen Abgasturboladern sind aus dem allgemeinen Stand der Technik und insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau bereits hinlänglich bekannt. Ein solcher Abgasturbolader umfasst wenigstens ein Ventilelement, welches zwischen zumindest zwei unterschiedlichen Stellungen bewegbar ist. Ferner umfasst der Abgasturbolader wenigstens ein Betätigungselement, über welches das Ventilelement bewegbar ist. Das Betätigungselement ist beispielsweise ein Hebel oder eine Welle und zumindest mittelbar mit dem Ventilelement verbunden, so dass das Ventilelement unter Vermittlung des Betätigungselements beispielsweise mittels eines Aktors zwischen den Stellungen bewegt werden kann.
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Das Betätigungselement ist dabei an einem korrespondierenden Bauteil des Abgasturboladers relativ zu dem Bauteil bewegbar gelagert, wobei zwischen dem Betätigungselement und dem korrespondierenden Bauteil wenigstens ein Spalt vorgesehen beziehungsweise angeordnet ist. Mit anderen Worten wird das Betätigungselement im Rahmen des Verfahrens zum Herstellen des Abgasturboladers unter Ausbildung wenigstens eines zwischen dem Betätigungselement und dem korrespondierenden Bauteil angeordneten Spalts an dem Bauteil relativ zu diesem bewegbar gelagert. Der Spalt zwischen dem Betätigungselement und dem korrespondierenden Bauteil wird beispielsweise vorgesehen, um thermisch bedingte und insbesondere unterschiedliche Ausdehnungen des Betätigungselements und des korrespondierenden Bauteils zuzulassen beziehungsweise zu kompensieren, so dass das Betätigungselement und somit das Ventilelement auch bei hohen Temperaturen des Abgasturboladers noch bewegt werden können und nicht verklemmen.
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Das Betätigungselement ist beispielsweise eine Welle, wobei das korrespondierende Bauteil beispielsweise eine Buchse oder Hülse ist. Die Welle ist dabei teilweise in der korrespondierenden Buchse aufgenommen und an der Buchse um eine Drehachse relativ zur Buchse drehbar gelagert. Das Ventilelement ist beispielsweise ein sogenanntes Waste-Gate oder Waste-Gate-Ventil, welches einem Umgehungskanal einer Turbine des Abgasturboladers zugeordnet ist. Der Umgehungskanal wird auch als Bypass oder Bypass-Kanal bezeichnet und ist von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbar. Das den Bypass durchströmende Abgas umgeht ein Turbinenrad der Turbine, so dass das den Bypass durchströmende Abgas das Turbinenrad nicht antreibt. Dabei ist das Ventilelement beispielsweise zwischen einer den Bypass fluidisch versperrenden Schließstellung als einer ersten der Stellungen und wenigstens einer den Bypass zumindest teilweise freigebenden Freigabestellung als eine zweite der Stellungen, insbesondere relativ zu einem Gehäuse der Turbine, bewegbar.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Abgasturbolader und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchen sich eine zeit- und kostengünstige Herstellung des Abgasturboladers und somit der Verbrennungskraftmaschine insgesamt realisieren lässt.
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Diese Aufgabe wird durch einen Abgasturbolader mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um einen Abgasturbolader der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, welcher eine besonders einfache, zeit- und kostengünstige Herstellung beziehungsweise Montage ermöglicht, ist eine in flüssigem Zustand in den Spalt eingebrachte Dichtungsmasse zum Abdichten des Spalts vorgesehen. Mit anderen Worten ist in dem Spalt eine Dichtungsmasse zum Abdichten des Spalts angeordnet, wobei die Dichtungsmasse in flüssigem Zustand der Dichtungsmasse in den Spalt eingebracht ist. Hintergrund der Erfindung ist, dass im Rahmen der Montage beziehungsweise Herstellung des Abgasturboladers und insbesondere der Verbrennungskraftmaschine insgesamt eine sogenannte Dichtprüfung durchgeführt wird, in deren Rahmen überprüft wird, ob beziehungsweise in welchem Maße der Abgasturbolader und insbesondere die Verbrennungskraftmaschine insgesamt dicht ist. Die Dichtprüfung wird durchgeführt, um unerwünschte, übermäßige Leckagen der Verbrennungskraftmaschine und somit des Abgasturboladers zu identifizieren, da solche übermäßigen Leckagen einen erwünschten, effizienten Betrieb der Verbrennungskraftmaschine und somit des Kraftwagens insgesamt beeinträchtigen könnten.
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Zur Realisierung der Dichtprüfung hat es sich als erforderlich gezeigt, den Abgasturbolader und insbesondere den Spalt zwischen dem Betätigungselement und dem korrespondierenden Bauteil abzudichten. Dabei hat es ich gezeigt, dass die Verwendung von Dichtungssystemen beziehungsweise Dichtungselementen, welche in fertig hergestelltem, festem Zustand in den Spalt eingebracht werden, zu einem hohen Montageaufwand führen, woraus eine zeit- und kostenaufwändige Montage des Abgasturboladers und der Verbrennungskraftmaschine resultiert. Bei einem solchen, festen Dichtungselement handelt es sich beispielsweise um einen Dichtring, wie beispielsweise einem O-Ring.
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Es wurde gefunden, dass sich eine solche, zeit- und kostenaufwändige Montage durch den Einsatz einer Dichtungsmasse vermeiden lässt, welche in flüssigem Zustand der Dichtungsmasse in den Spalt eingebracht wird, um den Spalt effektiv abzudichten. Dadurch kann ein übermäßiger Montageaufwand beispielsweise bei einem Lieferanten des Abgasturboladers oder bei einem Hersteller der Verbrennungskraftmaschine, zu welchem der Abgasturbolader von dem Lieferanten geliefert wird, vermieden werden.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Dichtungsmasse ausgehärtet ist. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass ein Aushärten der Dichtungsmasse zugelassen wird, in deren Rahmen die Dichtungsmasse fest wird. Da jedoch die Dichtungsmasse zuvor in flüssigem Zustand in den Spalt eingebracht wurde, kann der Spalt auf besonders einfache, zeit- und kostengünstige Weise abgedichtet werden. Um im späteren Betrieb der Verbrennungskraftmaschine nach dem Durchführen der Dichtprüfung eine übermäßige Reibung zwischen dem Betätigungselement und dem korrespondierenden Bauteil zu vermeiden, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Dichtungsmasse derart ausgebildet ist, dass sie durch Inbetriebnahme, das heißt durch Aktivieren der Verbrennungskraftmaschine verbrannt und somit aus dem Spalt zumindest teilweise ausgebrannt wird. Dadurch wird vermieden, dass die Dichtungsmasse die Bewegbarkeit des Betätigungselements relativ zum korrespondierenden Bauteil beeinträchtigt.
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Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, die Dichtungsmasse flüssig ist. Mit anderen Worten ist es hierbei vorgesehen, dass die Dichtungsmasse, nachdem sie in den Spalt eingebracht wurde, nicht aushärtet, sondern flüssig bleibt, wodurch eine übermäßige Reibung und eine Beeinträchtigung der Bewegbarkeit des Bewegungselements relativ zum korrespondierenden Bauteil sicher vermieden werden können. Bleibt die Dichtungsmasse flüssig, so kann darauf verzichtet werden, die Dichtungsmasse nach der Dichtprüfung durch Aktivieren der Verbrennungskraftmaschine aus dem Spalt auszubrennen, da der flüssige Zustand der Dichtungsmasse die Bewegbarkeit des Betätigungselements relativ zu dem korrespondierenden Bauteil nicht oder nicht übermäßig beeinträchtigt.
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Zur Realisierung einer besonders hohen Dichtheit ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Dichtungsmasse aus Wachs oder aus Klebstoff, insbesondere Flüssigklebstoff, gebildet ist. Die Dichtungsmasse kann dadurch auf besonders einfache Weise in den Spalt eingebracht werden. Ferner können dadurch die Kosten gering gehalten werden.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Bauteil als eine Buchse und das Betätigungselement als eine Welle ausgebildet ist, welche zumindest teilweise in der Buchse aufgenommen und an der Buchse um eine Drehachse relativ zur Buchse drehbar gelagert ist. Mittels der Dichtungsmasse lässt sich dabei eine besonders vorteilhafte Abdichtung zwischen der Welle und der Buchse auf einfache, zeit- und kostengünstige Weise realisieren.
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Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 6 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass sich eine besonders einfache, zeit- und kostengünstige Montage beziehungsweise Herstellung des Abgasturboladers und insbesondere der Verbrennungskraftmaschine insgesamt schaffen lässt, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass zum Abdichten des Spalts eine Dichtungsmasse in flüssigem Zustand in den Spalt eingebracht wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Abgasturboladers sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine schematische Vorderansicht eines Abgasturboladers für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftwagens, mit einem zwischen einem Betätigungselement und einem korrespondierenden Bauteil vorgesehenen Spalt, welcher mittels einer Dichtungsmasse abgedichtet ist, die in flüssigem Zustand in den Spalt eingebracht wird;
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2 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht des Abgasturboladers entlang einer in 1 gezeigten Schnittlinie A-A; und
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3 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht eines in 2 mit B bezeichneten Bereichs des Abgasturboladers.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen Vorderansicht einen im Ganzen mit 10 bezeichneten Abgasturbolader für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens. In 1 ist vom Abgasturbolader 10 insbesondere eine Turbine 12 erkennbar, welche ein von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbares Turbinengehäuse 14 umfasst. Die Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildet und dient zum Antreiben des Kraftwagens. Während eines gefeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine werden in Brennräumen, insbesondere Zylindern, der Verbrennungskraftmaschine Kraftstoff-Luft-Gemische verbrannt, woraus Abgas resultiert. Das Abgas strömt aus den Brennräumen in einen Abgastrakt, in welchem die Turbine 12 angeordnet ist.
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Aus 1 ist ein Turbinenrad 16 der Turbine 12 erkennbar, wobei das Turbinenrad 16 um eine Drehachse relativ zum Turbinengehäuse 14 drehbar und von dem Abgas antreibbar ist. Die Turbine 12, insbesondere das Turbinengehäuse 14, umfasst dabei einen Umgehungskanal, welcher auch als Bypass oder Bypass-Kanal bezeichnet wird. Über den Umgehungskanal ist das Turbinenrad 16 umgehbar. Dies bedeutet, dass das durch den Umgehungskanal strömende Abgas das Turbinenrad 16 umgeht und somit nicht antreibt.
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Der Abgasturbolader 10, insbesondere die Turbine 12, umfasst darüber hinaus ein Ventilelement 18 vorliegend in Form einer Klappe, welches beziehungsweise welche zwischen wenigstens zwei voneinander unterschiedlichen Stellungen relativ zum Turbinengehäuse 14 bewegbar ist. Das Ventilelement 18 ist dabei dem Umgehungskanal zugeordnet, wobei eine erste der Stellungen eine in 1 und 2 gezeigte Schließstellung des Ventilelements 18 ist. In der Schließstellung ist der Umgehungskanal mittels des Ventilelements 18 fluidisch versperrt, so dass das Abgas den Umgehungskanal nicht durchströmen kann. Somit strömt das zumindest im Wesentlichen gesamte Abgas das Turbinenrad 16 an, so dass das Turbinenrad 16 von dem im Wesentlichen gesamten Abgas angetrieben wird.
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Eine zweite der Stellungen ist eine Offenstellung, in welcher das Ventilelement 18 den Umgehungskanal zumindest teilweise freigibt. Dadurch kann das Abgas zumindest teilweise in den Umgehungskanal einströmen und den Umgehungskanal durchströmen, so dass das den Umgehungskanal durchströmende Abgas das Turbinenrad 16 nicht antreibt.
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Der Abgasturbolader 10 umfasst darüber hinaus einen in 1 bis 3 nicht erkennbaren Verdichter, welcher beispielsweise in einem Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist. Der Verdichter ist von der Turbine antreibbar und dient zum Verdichten von Luft, welche der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere den Brennräumen, zugeführt wird. Die Verbrennungskraftmaschine wird mittels des Abgasturboladers 10 somit aufgeladen, so dass die Luft auch als Ladeluft bezeichnet wird. Mittels des Verdichters wird die Luft von einem ersten Druck auf einen demgegenüber höheren zweiten Druck verdichtet, wobei der zweite Druck auch als Ladedruck bezeichnet wird. Durch bedarfsgerechtes Öffnen und Schließen des Umgehungskanals, das heißt durch bedarfsgerechtes Bewegen des Ventilelements 18 zwischen der Offenstellung und der Schließstellung kann der Ladedruck bedarfsgerecht eingestellt, insbesondere gesteuert oder geregelt, werden.
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Das Ventilelement 18 ist dabei um eine aus 2 und 3 erkennbare Schwenkachse S relativ zum Turbinengehäuse 14 verschwenkbar und hierzu mit einem Betätigungselement in Form einer Welle 20 verbunden. Die Welle 20 wiederum ist über Hebelelemente 22 und 24 mit einer Betätigungsstange 26 gekoppelt, so dass die Welle 20 und über diese das Ventilelement 18 über die Hebelelemente 22 und 24 und die Betätigungsstange 26 betätigt, das heißt relativ zum Turbinengehäuse 14 bewegt werden können. Die Betätigungsstange 26 ist dabei mit einem Aktor 27 verbunden, mittels welchem die Betätigungsstange 26 entlang einer Bewegungsachse translatorisch bewegbar ist. Da diese Bewegungsachse in einem Abstand zu der Schwenkachse S angeordnet ist, wird die translatorische Bewegung der Betätigungsstange 26 in eine rotatorische Bewegung der Welle 20 um die Schwenkachse S umgewandelt, so dass in der Folge das Ventilelement 18 über die Betätigungsstange 26 verschwenkt und dadurch geöffnet und geschlossen werden kann.
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Wie aus 3 besonders gut erkennbar ist, ist die Welle 20 unter Ausbildung eines Spalts 28 an einem korrespondierenden Bauteil in Form einer Buchse 30 des Abgasturboladers 10 relativ zur Buchse 30 bewegbar, das heißt vorliegend um die Schwenkachse S verschwenkbar, gelagert. Der Spalt 28 ist dabei beispielsweise in radialer Richtung zwischen der Buchse 30 und der Welle 20 vorgesehen beziehungsweise angeordnet und dient dazu, thermisch bedingte Ausdehnungen zuzulassen, so dass die Welle 20 auch bei hohen Temperaturen des Abgasturboladers 10, insbesondere des Turbinengehäuses 14, relativ zur Buchse 30 bewegt, das heißt um die Schwenkachse S verschwenkt werden kann. Dies bedeutet, dass auch bei hohen Temperaturen des Turbinengehäuses 14 ein Verklemmen der Welle 20 und ein damit einhergehendes Verklemmen des Ventilelements 18 vermieden werden können.
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Die Buchse 30, in welcher die Welle 20 zumindest teilweise aufgenommen ist, ist zumindest teilweise in dem Turbinengehäuse 14 aufgenommen und an dem Turbinengehäuse 14 festgelegt. Beispielsweise ist die Buchse 30 in das Turbinengehäuse 14 eingepresst, so dass sich die Buchse 30 beim Bewegen der Welle 20 relativ zur Buchse 30 nicht relativ zum Turbinengehäuse 14 bewegt.
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Aus 2 ist erkennbar, dass die Welle 20 und die Buchse 30 jeweils zumindest teilweise in einer vorliegend als Durchgangsöffnung ausgebildeten Aufnahme 32 des Turbinengehäuses 14 aufgenommen sind, wobei die Aufnahme 32 in einen von dem Abgas durchströmbaren Kanal 34 des Turbinengehäuses 14 mündet. Dies bedeutet, dass ein den Kanal 34 durchströmendes Gas wie beispielsweise Abgas oder Luft grundsätzlich durch den Spalt 28 und somit zwischen der Buchse 30 und der Welle 20, welche ebenfalls in den Kanal 34 münden, hindurchströmen könnte, falls keine entsprechenden Gegenmaßnahmen getroffen sind.
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Im Rahmen der Montage und Herstellung der Verbrennungskraftmaschine insgesamt wird diese einer sogenannten Dichtprüfung unterzogen. Hierbei wird in die Verbrennungskraftmaschine, insbesondere in den Ansaugtrakt, ein Gas wie beispielsweise Luft unter Druck eingeleitet und überprüft, ob oder mit welchem Volumen- oder Massenstrom das eingeleitete Gas aus der Verbrennungskraftmaschine wieder ausströmt. Hierdurch können unerwünschte, übermäßige Leckagen der Verbrennungskraftmaschine insgesamt identifiziert werden wobei solche übermäßigen Leckagen einen effizienten Betrieb der Verbrennungskraftmaschine beeinträchtigen könnten. Die Dichtprüfung soll dabei durch den Spalt 28 nicht beeinträchtigt werden.
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Um nun den Spalt 28 auf einfache, zeit- und kostengünstige Weise abzudichten und somit in der Folge eine einfach, zeit- und kostengünstige Montage beziehungsweise Herstellung des Abgasturboladers 10 und der Verbrennungskraftmaschine insgesamt zu realisieren, ist eine in flüssigem Zustand in den Spalt 28 eingebrachte Dichtungsmasse 36 zum Abdichten des Spalts 28 vorgesehen. Mit anderen Worten wird nach der Montage des Ventilelements 18, der Welle 20 und der Buchse 30 eine flüssige Dichtungsmasse 36, das heißt eine Dichtungsmasse 36 in flüssigem Zustand in den Spalt 28 zwischen der Welle 20 und der Buchse 30 eingebracht, um dadurch den Spalt 28 abzudichten, so dass im Rahmen der Dichtprüfung, in deren Rahmen das Gas unter Druck auch in den Kanal 34 eingebracht wird, nicht mehr durch den Spalt 28 und somit zwischen der Welle 20 und der Buchse 30 hindurchströmen kann. Durch das Einbringen der Dichtungsmasse 36 in den Spalt 28 in flüssigem Zustand der Dichtungsmasse 36 lässt sich ein Prozess zur Montage eines Dichtrings oder dergleichen festen Dichtungselements vermeiden.
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Die Dichtungsmasse 36 kann dabei flüssig bleiben beziehungsweise ihren flüssigen Zustand beibehalten, so dass eine übermäßige, durch die Dichtungsmasse 36 bewirkte Reibung zwischen der Welle 20 und der Buchse 30 vermieden werden kann. Wird nach dem Durchführen der Dichtprüfung die Verbrennungskraftmaschine in Betrieb genommen, das heißt wird der gefeuerte Betrieb der Verbrennungskraftmaschine aktiviert, so kann die Dichtungsmasse 36 aufgrund der hohen Temperatur des Abgases aus dem Spalt 28 ausgebrannt, das heißt verbrannt werden. Alternativ ist es denkbar, dass die Dichtungsmasse 36 derart ausgebildet ist, dass sie durch das Abgas nicht verbrannt wird.
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Bei einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Dichtungsmasse 36 aushärtet, wobei es dann vorzugsweise vorgesehen ist, dass infolge der Aktivierung des gefeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine die Dichtungsmasse 36 durch das Abgas verbrannt wird, um eine übermäßige, durch die Dichtungsmasse 36 bewirkte Reibung zwischen der Welle 20 und der Buchse 30 zu vermeiden. Dadurch kann eine leichtgängige Betätigung der Welle 20 und des Ventilelements 18 gewährleistet werden.
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Die Dichtungsmasse 36 ist beispielsweise aus einem Wachs oder einem Flüssigkleiber oder dergleichen gebildet, welches beziehungsweise welcher auf besonders einfache, zeit- und kostengünstige Weise in flüssigem Zustand beziehungsweise in flüssiger Form in den Spalt 28 eingebracht werden kann. Im Gegensatz zur Verwendung von festen Dichtungselementen wie beispielsweise Dichtringen kann der Aufwand zum Abdichten des Spalts 28 besonders gering gehalten werden, so dass sich eine einfache, zeit- und kostengünstige Montage des Abgasturboladers 10 und der Verbrennungskraftmaschine insgesamt realisieren lässt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Abgasturbolader
- 12
- Turbine
- 14
- Turbinengehäuse
- 16
- Turbinenrad
- 18
- Ventilelement
- 20
- Welle
- 22
- Hebelelement
- 24
- Hebelelement
- 26
- Betätigungsstange
- 27
- Aktor
- 28
- Spalt
- 30
- Buchse
- 32
- Aufnahme
- 34
- Kanal
- 36
- Dichtungsmasse
- S
- Schwenkachse
