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Die Erfindung betrifft eine Einstellvorrichtung für einen Abgasführungsabschnitt eines Abgasturboladers der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art. Ferner betrifft die Erfindung einen Abgasführungsabschnitt für einen Abgasturbolader gemäß Patentanspruch 11 sowie einen Abgasturbolader gemäß Patentanspruch 14.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2009 057 161 A1 offenbart einen Abgasturbolader mit einem Bypassventil und ein hierfür bestimmtes Stellglied, wobei ein Bypassventil zur Steuerung des Durchflusses durch den Bypasskanal verschließbar ist, um bedarfsweise einen Teilstrom des Abgases durch den Bypasskanal um die Turbine herumzuführen. Um den Bypasskanal strömungsdicht zu verschließen, wird das Bypassventil mit einem Dichtkörper mittels eines verdichterseitig angeordneten Stellmittels mit einer Zugkraft in einen Ventilsitz gezogen. Ein elektrischer Aktuator dazu hat einen axial beweglichen Stellstab, welcher koaxial zu dem Ventilschaft des Bypassventils angeordnet und mit diesem mittels eines Kopplungselements verbunden ist.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2013 213 558 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Betätigung der Wastegateklappe eines Abgasturboladers mit einem Aktuator, welcher eine Aktuatorstange, einen mit der Aktuatorstange verbundenen Hebel und eine mit dem Hebel verbundene Spindel aufweist, an welcher die Wastegateklappe befestigt ist, wobei zwischen der Aktuatorstange und dem Hebel eine federnd gelagerte Kugelkopfstange vorgesehen ist. Die Kugelkopfstange weist in ihrem in der Langmutter gelagerten Endbereich ein Kugelgelenk auf, welches in der Langmutter mittels eines Kegelsitzes gelagert ist. Dabei wird das Kugelgelenk durch einen Anpressdruck einer Feder in den Kegelsitz der Langmutter gedrückt und in dieser Position gehalten. Der von der Aktuatorstange abgelegene Endbereich der Kugelkopfstange weist einen Kugelkopf auf, welcher in einer Aussparung des Lagerbolzens gelagert ist.
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Der Offenlegungsschrift
DE 10 2010 008 411 A1 ist eine Turbine für einen Abgasturbolader mit einem Turbinengehäuse entnehmbar, in welchem ein von einem Abgas einer Verbrennungskraftmaschine beaufschlagbares Turbinenrad aufgenommen ist und welches zumindest zwei zumindest bereichsweise fluidisch voneinander getrennte und von dem Abgas durchströmbare Fluten aufweist. Ferner ist ein zwischen einer wenigstens einen Umströmungskanal verschließenden Schließstellung und zumindest einer den Umströmungskanal zumindest bereichsweise freigebenden Offenstellung verstellbares Ventil vorgesehen, über welches das Turbinenrad zumindest von einem Teil des Abgases zu umgehen ist. In einer Zwischenstellung des Ventils ist der Umströmungskanal verschlossen und die zumindest zwei Fluten sind in dem Trennbereich fluidisch miteinander verbunden.
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Die Patentschrift
DE 698 14 660 T2 offenbart eine Brennkraftmaschine mit Abgasturbolader, wobei eine Abgasleitung von jedem Zylinder vorhanden ist und wobei die Abgasleitungen in zwei Gruppen kombiniert sind, wobei sich jede der Gruppen in einen einzelnen Einlass zu einem von zwei getrennten Kanälen öffnet, wobei jeder der Kanäle sich in ein Turbinengehäuse öffnet. Somit ist eine Abgasturbine des Doppeleingangtyps offenbart, die ein Turbinengehäuse mit einem separaten Einlass für jeden von zwei separaten Kanälen in die Turbinengehäusekammer besitzt. Die Trennung der Abgase aus verschiedenen Gruppen von Zylindern bewirkt, dass kurz schaltende Druckwellen auf der Abgasseite nicht den Gasaustausch stören können, da Zylinder, die mit demselben Turbineneinlass verbunden sind, 360 Kurbelwellengrade voneinander entfernt liegen. Bei herkömmlichen Abgasnocken ist ein Nockenprofil vorhanden, das das Abgasventil für 240 Nockenwellengrade offen hält, und daher kann die Druckwelle von einem Zylinder nicht den benachbarten Zylinder erreichen. Eine höhere Turbinenleistung bei niedrigerer Drehzahl und somit auch ein höherer Ladedruck kann erreicht werden. Ferner ist ein Ventilelement vorgesehen, wobei in einer ersten Position die Abgasströmung von den zwei Leitungsgruppen getrennt in das Innere des Turbinengehäuses geleitet wird und in einer zweiten Position ist ermöglicht, dass sich Abgasströme von mehreren Leitungsgruppen miteinander vor dem Eintreten in das Innere des Turbinengehäuses vermischen, so dass ein einzelner gemischter Abgasstrahl von den Leitungsgruppen auf den Turbinenrotor trifft.
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In herkömmlichen Systemen zum Einstellen eines Eintritts von Abgas in ein Turbinengehäuse, um auf ein Turbinenrad zu treffen, werden jedoch nicht in allen Situationen und unter allen Umständen oder in allen Betriebsbedingungen zufriedenstellende Ergebnisse erzielt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine Einstellvorrichtung für eine in einem Abgasführungsabschnitt eines Abgasturboladers vorgesehene Durchströmöffnung sowie einen Abgasführungsabschnitt und einen Abgasturbolader zu schaffen, wobei eine Charakteristik, insbesondere Mischungsverhältnis, Zusammensetzung und/oder Größe eines Volumenstroms, eines einströmenden Fluids, insbesondere Abgas, zuverlässig und sicher eingestellt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Mit der erfindungsgemäßen Einstellvorrichtung ist somit auch ein Abgasführungsabschnitt geschaffen und mit dem Abgasführungsabschnitt ist ein Abgasturbolader, insbesondere für ein Automobil, geschaffen. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß ist bereitgestellt eine Einstellvorrichtung für eine in einem Abgasführungsabschnitt eines Abgasturboladers vorgesehene Durchströmöffnung zur Einstellung einer Charakteristik eines auf das Turbinenrad strömenden Fluids, insbesondere Abgas, wobei die Einstellvorrichtung aufweist: einen Ventilschaft, an einem ersten Ende mit einem Ventilkopf, welcher zum Öffnen und Schließen der Durchströmöffnung ausgebildet ist, und an einem zweiten Ende mit einem konvexen, zumindest in einem Bereich sphärischen Ventilschaftkopplungsabschnitt; einen an einem ersten Ende mit einem Aktuator verbindbaren Aktuatorstab, der an einem zweiten Ende einen konvexen, zumindest in einem Bereich sphärischen Aktuatorstabkopplungsabschnitt aufweist, (zum Bewegen des Ventilschafts zum Öffnen oder Schließen der Durchströmöffnung); und eine den Ventilschaftkopplungsabschnitt und den Aktuatorstabkopplungsabschnitt verbindbare Gelenkvorrichtung, welche ein erstes Teil und ein zweites mit dem ersten Teil verbindbares Teil aufweist. Dabei weisen das erste Teil und das zweite Teil jeweils zwei zumindest in einem Bereich in sphärischer Form gebildete, insbesondere konkave Vertiefungen auf, die, bevorzugt mit einem gewissen Spiel/Toleranz, komplementär zu zumindest einem Teil des Ventilschaftkopplungsabschnitts und/oder des Aktuatorstabkopplungsabschnitts sind, wobei das erste Teil und/oder das zweite Teil einen sich an zumindest eine der Vertiefungen anschließenden Anschlagsbereich aufweist, um eine Verkippung des Aktuatorstabs relativ zu dem Ventilschaft und/oder eine Längenänderung des Aktuatorstabs und/oder des Ventilschafts zu erlauben und auf einen vorbestimmten Toleranzbereich zu begrenzen.
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Die Einstellvorrichtung kann einen Teil eines Abgasturboladergehäuses bzw. einen Teil eines Abgasführungsabschnitts umfassen bzw. dazu eingesetzt werden, um beispielsweise einen oder mehrere Eingangskanäle für einen Abgasturbolader zu bilden und/oder einen oder mehrere Umgehungskanäle des Abgasturboladers zu bilden. Dabei kann mittels der Einstellvorrichtung zum Beispiel bewirkt werden, ob Abgasströme, die in mehreren Eingangskanälen zugeführt werden, getrennt zu dem Turbinenrad oder gemischt zu dem Turbinenrad geführt werden und/oder ob ein Teil des dem Abgasturbolader zugeführten Abgases an dem Turbinenrad des Abgasturboladers vorbeigeführt wird. Die Einstellvorrichtung ist somit einsetzbar für zwei- oder mehrflutige Abgasturbolader und/oder für Abgasturbolader, welche zumindest einen Umgehungskanal, mit anderen Worten einen Bypasskanal, besitzen. Ein Abgasturbolader, für den die Einstellvorrichtung geeignet ist, kann zum Beispiel auch mehrere Fluten und zusätzlich einen Umgehungskanal aufweisen. Dazu können für einen einzigen Abgasturbolader beispielsweise zwei oder mehrere Einstellvorrichtungen gemäß Ausführungsformen der Erfindung vorgesehen sein, die jeweils ein Öffnen und Schließen einer zugeordneten Durchströmöffnung steuern bzw. vermitteln können.
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Das Fluid kann insbesondere Abgas einer Verbrennungskraftmaschine oder ein mit Luft vermischtes Abgas einer Verbrennungskraftmaschine sein. Das Fluid kann insbesondere in einem gasförmigen Aggregatzustand sein.
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Der Abgasführungsabschnitt kann fluidisch mit einem Raumbereich um ein Turbinenrad herum kommunizieren. Der Abgasführungsabschnitt kann somit stromaufwärts eines Turbinenrades des Abgasturboladers liegen. Der Abgasführungsabschnitt kann insbesondere Teile von mehreren separierbaren und verbindbaren Kanälen umfassen, wobei das Separieren bzw. das kommunikative Verbinden der verschiedenen Kanalteile durch Betätigen insbesondere Öffnen bzw. Schließen einer Durchströmöffnung vorgenommen werden, welche beispielsweise in einer verschiedene Kanalabschnitte trennenden Wand vorgesehen ist.
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Die Durchströmöffnung kann beispielsweise mit einem Ventilsitz, zum Beispiel im Wesentlichen mit Zylindersymmetrie, ausgeführt sein, wobei der Ventilkopf in die Durchströmöffnung hineingeführt werden kann, um diese zu verschließen. Dazu kann zum Beispiel eine Geometrie des Ventilsitzes zumindest bereichsweise komplementär zu einer Geometrie des Ventilkopfes ausgebildet sein. Der Ventilkopf kann zum Beispiel tellerförmig ausgeführt sein, insbesondere kreisförmig im Querschnitt, um zum Beispiel eine im Querschnitt kreisförmige Durchströmöffnung zu verschließen bzw. zu öffnen.
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Der Ventilschaft kann eine Längsachse definieren, entlang derer eine Bewegung ermöglicht ist, um ein Öffnen bzw. Schließen der Durchströmöffnung durch ein Inkontaktbringen des Ventilkopfes mit dem Ventilsitz, welcher die Durchströmöffnung begrenzt, bzw. durch Entfernen des Ventilkopfes von dem Ventilsitz zu ermöglichen.
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Der Aktuatorstab kann eine Längsachse bzw. Längsrichtung definieren, entlang derer der Aktuatorstab mittels des Aktuators bewegbar ist. Im Idealfall bzw. unter normalen Betriebsbedingungen können die Längsachse des Ventilschaftes sowie die Längsachse des Aktuatorstabes parallel liegen, insbesondere koaxial liegen. Aufgrund von temperaturbedingten Längen- und Lageänderungen des Aktuatorstabes und/oder des Ventilschaftes oder anderer diese Elemente haltenden Elemente, oder wegen fertigungsbedingter Bauteiltoleranzen, kann es jedoch zu einer Abweichung der Parallelität bzw. der Koaxialität der Längsachse des Ventilschaftes von der Längsachse des Aktuatorstabes kommen. Das heißt mit anderen Worten, es können windschiefe Achsen vorliegen. In diesem Falle erlaubt jedoch die Gelenkvorrichtung, welche den Ventilschaftkopplungsabschnitt und den Aktuatorstabkopplungsabschnitt in einem gewissen Winkelbereich verschwenkbar miteinander verbindet, ein weiterhin zuverlässiges und sicheres Öffnen und Schließen der Durchströmöffnung mittels des Ventilkopfes, der an dem ersten Ende des Ventilschafts vorhanden ist. Aufgrund von Einbauungenauigkeiten kann auch in einem normalen Zustand bzw. unter normalen Betriebsbedingungen der Ventilschaft bzw. dessen Längsachse, nicht parallel zu dem Aktuatorstab, bzw. zu dessen Längsachse, ausgerichtet sein. Auch für diesen Fall ermöglicht somit die Gelenkvorrichtung ein zuverlässiges Stellen, d.h. mit anderen Worten ein Schließen bzw. Öffnen des Ventils, welches zwischen zwei Raumbereichen in dem Abgasführungsabschnitt vorhanden ist, ohne dass es zu einer Schwergängigkeit oder sogar zu einem Verklemmen des Ventilschaftes in seiner Führung bzw. des Aktuatorstabes im Stellglied wegen Verspannens durch die genannten Lage- und Ausrichtungsfehler kommt. Ein solches Ventil kann zumindest den Ventilkopf und die Durchströmöffnung umfassen.
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Das erste Teil kann auch als ein Oberteil und das zweite Teil kann auch als ein Unterteil bezeichnet werden, wobei das Oberteil und das Unterteil mit dazwischenliegendem Ventilschaftkopplungsabschnitt und dazwischenliegendem Aktuatorstabkopplungsabschnitt verbunden werden können, entweder durch ein oder mehrere separate Elemente oder durch an bzw. in dem Oberteil bzw. Unterteil vorgesehene Kopplungselemente.
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Hinsichtlich der Vertiefungen können das erste Teil und das zweite Teil im Wesentlichen spiegelsymmetrisch ausgeführt sein. Damit kann eine Herstellung vereinfacht werden. Das erste Teil kann eine erste Vertiefung zur teilweisen Aufnahme des Ventilschaftkopplungsabschnitts und eine zweite Vertiefung zur teilweisen Aufnahme des Aktuatorstabkopplungsabschnitts aufweisen. Das zweite Teil kann eine erste Vertiefung zur teilweisen Aufnahme des Ventilschaftkopplungsabschnitts und eine zweite Vertiefung zur teilweisen Aufnahme des Aktuatorstabkopplungsabschnitts aufweisen. Durch die Aufnahme des Ventilschaftkopplungsabschnitts zwischen der ersten Vertiefung des ersten Teils und der ersten Vertiefung des zweiten Teils kann der Ventilschaftkopplungsabschnitt und somit der gesamte Ventilschaft in einem gewissen Winkelbereich verkippbar, jedoch axial im Wesentlichen nicht verschiebbar gehaltert werden. Ebenso kann der Aktuatorstabkopplungsabschnitt durch Aufnahme zwischen der zweiten Vertiefung des ersten Teils und der zweiten Vertiefung des zweiten Teils in einem gewissen Winkelbereich verkippbar bzw. schwenkbar, jedoch axial im Wesentlichen nicht verschiebbar gehaltert werden. Das Verbinden des ersten Teils mit dem zweiten Teil (mit dazwischenliegendem Ventilschaftkopplungsabschnitt und Aktuatorstabkopplungsabschnitt) kann derart ausgeführt sein, um ein Verklemmen des Ventilschaftkopplungsabschnitts und des Aktuatorstabkopplungsabschnitts zu vermeiden, so dass diese relativ zu der Gelenkvorrichtung verschwenkbar sind, ohne jedoch ein Wackeln bzw. Verschieben der Kopplungsabschnitte in den Vertiefungen zu erlauben.
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Der Anschlagbereich, der insbesondere jeweils anschließend an alle Vertiefungen des ersten Teils und alle Vertiefungen des zweiten Teils vorgesehen ist, kann die ermöglichte Verkippung bzw. Verschwenkung des betreffenden Kopplungsabschnitts des Ventilschafts bzw. des Aktuatorstabs vorteilhaft auf einen gewissen Winkelbereich begrenzen, so dass eine Verschiebung des Aktuatorstabs auch tatsächlich zu einer Verschiebung des Ventilschafts führt und nicht zu einer bloßen Verkippung beider Kopplungsabschnitte (des Ventilschafts und des Aktuatorstabs), was einer beabsichtigten Betätigung des Ventils, d.h. einem Öffnen bzw. Schließen der Durchströmöffnung, entgegenstehen würde. Somit kann durch die so gestaltete Gelenkvorrichtung ein zuverlässiges Öffnen und Schließen der Durchströmöffnung unter einer Vielzahl von Betriebsbedingungen gewährleistet werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Anschlagbereich jeweils als ein konisch, insbesondere Teil einer Kegelfläche, geformter sich von außen zu einer Mitte, insbesondere entlang einer Längsachse des ersten Teils und des zweiten Teils hin verjüngender Oberflächenbereich gebildet. Die Kopplungsabschnitte des Aktuatorstabs und des Ventilschafts können komplementär zu den Anschlagbereichen in einem Bereich gebildet sein, der sich den konvexen sphärischen Bereichen anschließt. Insbesondere können sich die Kopplungsabschnitte des Aktuatorstabs und des Ventilschafts zu den konvexen sphärisch gebildeten Bereichen in konischer, mit anderen Worten kegelförmiger Geometrie hin verjüngen, so dass unmittelbar an die konvexen sphärischen Bereiche angrenzend ein Hals, z.B. mit einem minimalen Durchmesser, gebildet ist. Entsprechend kann an dieser Stelle das erste Teil und das zweite Teil an die Vertiefungen angrenzend eine Kante bzw. Wulst aufweisen, mittels derer eine axiale Verschiebung der Kopplungsabschnitte aus der Gelenkvorrichtung verhindert sein kann. Durch geeignete Einstellung eines Kegelwinkels, z.B. relativ zu einer jeweiligen Längsachse, des sich an den Kopplungsabschnitten des Aktuatorstabs und des Ventilschafts anschließenden Bereichs des Aktuatorstabs und des Ventilschafts und eines Winkels, relativ zu einer Längsachse des ersten bzw. zweiten Teils, des konisch gebildeten Anschlagbereichs kann eine mögliche Verkippung der Kopplungsabschnitte relativ zu der Gelenkvorrichtung und somit auch relativ zueinander und somit die Relatiwerkippung des Aktuatorstabs relativ zu dem Ventilschaft präzise eingestellt werden. Damit kann vorteilhaft die Funktionsfähigkeit eines Einstellens des Ventils mittels eines Aktuators gewährleistet werden.
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Die Verkippung des Aktuatorstabs und/oder des Ventilschafts relativ zu dem ersten und zweiten Teil oder relativ zu dem Ventilschaft bzw. Aktuatorstab kann auf weniger als 10°, insbesondere weniger als 5°, begrenzt sein. Damit kann eine Betätigung des Ventils mittels Verschiebung der Aktuatorstange durch Übertragung der Verschiebung auf den Ventilschaft gewährleistet werden, ohne lediglich eine Verkippung des Ventilschafts relativ zu dem Aktuatorstab zu erreichen.
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Der Ventilschaftkopplungsabschnitt und/oder der Aktuatorstabkopplungsabschnitt können in einem sich an den sphärischen Bereich anschließenden Bereich einen zylindrisch geformten Zapfen aufweisen, der insbesondere in einer Längsrichtung hervorsteht. Ferner kann zumindest eine der Vertiefungen des ersten Teils und/oder des zweiten Teils in einem sich an den sphärischen Bereich oder an alle sphärischen Bereiche anschließenden Bereich in zylindrischer Form gebildet sein, um den Zapfen aufzunehmen und ferner den Toleranzbereich der ermöglichten Verkippung zu definieren. Der Toleranzbereich kann somit durch eine Geometrie sowohl des Anschlagbereiches als auch durch die Geometrie des sich an den sphärischen Bereich anschließenden zylindrischen Bereichs definiert sein. Ferner ist der Winkelbereich durch die entsprechende Geometrie der Kopplungsabschnitte, insbesondere durch das Spiel innerhalb der durch das erste Teil und das zweite Teil gegebenen Vertiefungen, definiert.
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Die Charakteristik des auf das Turbinenrad strömenden Fluids, insbesondere Abgases kann eine Größe eines Volumenstroms des Fluids und/oder eine Zusammensetzung bzw. ein Mischungsverhältnis zweier oder mehrerer Fluidteileingangsströme, zum Beispiel separate Abgasströme, welche von verschiedenen Zylindergruppen der Verbrennungskraftmaschine herrühren, betreffen. Die Einstellvorrichtung kann somit ermöglichen, verschiedene Durchströmöffnungen innerhalb eines Abgasführungsabschnitts zu verschließen bzw. zu öffnen. Falls die Durchströmöffnung zwischen einem Turbinenradeingangsbereich und einem Umgehungskanal vorhanden ist, kann durch Öffnen und Schließen der Durchströmöffnung eine Menge bzw. eine Größe des Volumenstroms des Fluids, welches auf das Turbinenrad trifft, eingestellt werden. Falls zwei oder mehr Abgaseingangskanäle vorhanden sind, die von zum Beispiel verschiedenen Gruppen von Zylindern der Brennkraftmaschine herrühren, kann durch Öffnen und Schließen der Durchströmöffnung zwischen den verschiedenen Eingangskanälen oder durch Vereinigen in einem gemeinsamen Eingangsraumbereich ein Vermischungsgrad bzw. ein Mischungsverhältnis der Teilabgasströme, welche in den verschiedenen Eingangskanälen strömen, eingestellt werden, bevor ein kombinierter bzw. gemischter Fluidstrom bzw. Abgasstrom auf das Turbinenrad trifft.
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Zur Verbindung des ersten Teils mit dem zweiten Teil kann das erste Teil und das zweite Teil jeweils ein zwischen den Vertiefungen angeordnetes Durchgangsloch, insbesondere mit einem Innengewinde, aufweisen. Die Einstellvorrichtung kann ferner ein separates Verbindungssystem zum Verbinden des ersten Teils mit dem zweiten Teil aufweisen. Dabei kann das Verbindungssystem auf verschiedene Weise ausgeführt sein.
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Das Verbindungssystem kann zum Beispiel eine Schraube aufweisen, die durch das Durchgangsloch führbar ist, insbesondere in das Innengewinde einschraubbar ist, und kann insbesondere eine Scheibe aufweisen, die zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil anordenbar ist und durch die die Schraube führbar ist. Die Schraube kann in das Durchgangsloch des ersten Teils und des zweiten Teils geführt werden, wenn in den Vertiefungen des ersten Teils und des zweiten Teils jeweils die Kopplungsabschnitte des Aktuatorstabs und des Ventilschafts aufgenommen sind, um das erste Teil mit dem zweiten Teil zu verbinden. Die Schraube kann anstatt mittels eines Innengewindes auch mit einer separaten Mutter verschraubt werden.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Verbindungssystem ein Einrastsystem mit zumindest einem in das Durchgangsloch einführbaren Raststift mit einem elastisch gehaltenen Rastvorsprung auf, welcher in eine Stufe im Durchgangsloch eingreifbar ausgebildet ist. Der Rastvorsprung kann zum Einführen des Raststifts in das Durchgangsloch elastisch weggedrückt werden und kann elastisch zurückspringen bzw. einrasten, wenn der Raststift vollständig in das Durchgangsloch eingeführt ist, um in der Stufe bzw. einer Kante halternd einzugreifen. Insbesondere ist ferner ein Sicherungsstift vorgesehen, welcher in ein Durchgangsloch des Raststifts einführbar ist und dort verrastbar ausgebildet ist. Der Sicherungsstift kann verhindern, dass der Rastvorsprung unbeabsichtigt von der Stufe ausrastet. Der Sicherungsstift kann dazu selbst einen Sicherungsrastvorsprung umfassen, der in einer Fläche bzw. an einer Kante des Raststifts eingreifen kann. Somit ist eine einfache und lösbare Verbindung des ersten Teils mit dem zweiten Teil ermöglicht, was eine Wartung und einen Zusammenbau vereinfachen kann.
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Andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung benötigen keine separaten Elemente zur Verbindung des ersten Teils mit dem zweiten Teil. Zum Beispiel kann das erste Teil und das zweite Teil zur Verbindung derselben zumindest einen, insbesondere sechs oder mehr, in das zweite Teil integrierten elastisch gehaltenen Rastvorsprung sowie einen in dem ersten Teil vorgesehenen Rastsitz aufweisen, in den der Rastvorsprung einrasten kann, um eine Haltekraft zur Verbindung des ersten Teils mit dem zweiten Teil auszuüben. Somit sind keine weiteren separaten Elemente zur Verbindung des ersten Teils mit dem zweiten Teil notwendig, welche während einer Wartung bzw. eines Zusammenbaus abhanden kommen könnten.
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Der Rastvorsprung und der Rastsitz können in verschiedener Weise ausgeführt und an verschiedenen Stellen des ersten Teils und des zweiten Teils vorgesehen sein. Zum Beispiel kann der Rastvorsprung des zweiten Teils in ein Durchgangsloch des zweiten Teils hineinragen, durch das der Rastsitz durchführbar ist. Der Rastvorsprung kann zusammen mit einem Haltearm das erste Teil teilweise von außen umgreifbar ausgeführt sein und der Rastsitz kann als eine äußere Kante des ersten Teils gebildet sein. Damit ist ein Außenrastsystem bereitgestellt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Abgasführungsabschnitt, insbesondere Abgasführungsabschnitt eines Abgasturboladers mit einem Turbinenrad bereitgestellt, wobei der Abgasführungsabschnitt eine Durchströmöffnung zur Einstellung einer Charakteristik eines auf das Turbinenrad strömenden Fluids und eine Einstellvorrichtung nach einer der vorangehend beschriebenen Ausführungsformen aufweist. Ferner kann der Abgasführungsabschnitt zumindest einen Teil von Abgasführungskanälen bzw. Rohren bzw. Wänden aufweisen, zwischen denen beispielsweise die Durchströmöffnung (oder mehrere Durchströmöffnungen) vorhanden ist (oder sind).
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unterstützen auch das Einstellen von zugeführtem Abgas für mehrflutige Abgasturbolader. Somit kann der Abgasführungsabschnitt einen ersten Abgaskanal und einen zweiten Abgaskanal zum Führen von Fluid zum Anströmen des Turbinenrades aufweisen, wobei die Durchströmöffnung zwischen dem ersten Abgaskanal und dem zweiten Abgaskanal vorgesehen ist und Austausch von Fluid aus dem ersten Abgaskanal in den zweiten Abgaskanal und vice versa ermöglicht. Der erste Abgaskanal kann auch als eine erste Flut und der zweite Abgaskanal kann als eine zweite Flut aufgefasst werden.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind auch für Abgasturbolader mit zumindest einem Umgehungsabgaskanal vorgesehen. Somit kann der Abgasführungsabschnitt einen Abgaseingangskanal und einen Umgehungskanal, mit dessen Hilfe ein Teil des durch den Abgaseingangskanal einströmenden Fluids an dem Turbinenrad vorbeigeführt werden kann, aufweisen, wobei die Durchströmöffnung zwischen dem Abgaseingangskanal und dem Umgehungskanal angeordnet ist.
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Ferner kann der Abgasführungsabschnitt sowohl einen ersten Abgaskanal und zumindest einen zweiten Abgaskanal als auch einen Umgehungskanal aufweisen, wobei zumindest zwischen zwei der Kanäle eine Durchströmöffnung vorgesehen sein kann, welche eine Einstellvorrichtung gemäß einer der vorangehend beschriebenen Ausführungsformen aufweist.
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Ferner stellen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung einen Abgasturbolader mit einem Abgasführungsabschnitt gemäß einer der vorangehend beschriebenen Ausführungsformen bereit. Der Abgasturbolader kann zum Beispiel in einem Automobil, zum Beispiel Pkw, umfasst sein. Die Brennkraftmaschine kann zum Beispiel als Ottomotor oder als Dieselmotor ausgebildet sein.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Die Erfindung ist nicht auf die illustrierten oder beschriebenen Ausführungsformen begrenzt. Es zeigen:
- 1A und 1B in einer Draufsicht bzw. in einer Seitenschnittansicht eine Einstellvorrichtung bzw. ein Ausschnitt der Einstellvorrichtung für eine in einem Abgasführungsabschnitt eines Abgasturboladers vorgesehene Durchströmöffnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2A, 2B und 2C in einer Draufsicht, in einer Seitenschnittansicht bzw. in einer Frontalschnittansicht eine Einstellvorrichtung bzw. ein Ausschnitt der Einstellvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 3A, 3B und 3C in einer Draufsicht, in einer Seitenschnittansicht bzw. in einer Frontalschnittansicht eine Einstellvorrichtung bzw. ein Ausschnitt der Einstellvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 4A, 4B und 4C in einer Draufsicht, in einer Seitenschnittansicht bzw. in einer Frontalschnittansicht eine Einstellvorrichtung bzw. ein Ausschnitt der Einstellvorrichtung gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 5 in einer schematischen Seitenschnittansicht einen Teil der Einstellvorrichtung gemäß der 1A und 1B; und
- 6 in einer teilweise aufgeschnittenen Sicht einen Abgasturbolader mit einer Einstellvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Gleiche oder ähnliche Elemente in Struktur und/oder Funktion sind in den beiliegenden Figuren mit Bezugszeichen gekennzeichnet, welche sich lediglich in der ersten Ziffer unterscheiden.
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Die in 1A und 1B in einer Draufsicht bzw. in einer Schnittansicht entlang der Pfeile A-A illustrierte Einstellvorrichtung 100 für eine in einem Abgasführungsabschnitt eines Abgasturboladers vorgesehene Durchströmöffnung weist einen Ventilschaft 101, an einem ersten Ende mit einem Ventilkopf 103, welcher zum Öffnen und Schließen einer Durchströmöffnung in einem Abgasführungsabschnitt ausgebildet ist, und an einem zweiten Ende mit einem konvexen, zumindest in einem Bereich sphärischen Ventilschaftkopplungsabschnitt 105 auf, welcher in 1B im Schnitt von der Seite dargestellt ist. In der in 1A und 1B illustrierten Ausführungsform ist der Ventilkopf 103 als ein tellerförmiger, zylindersymmetrischer Kopf gebildet und umfasst eine Ventilsitzkontaktfläche 133, welche konisch geformt ist und komplementär zu einem in 1A und 1B nicht illustrierten Ventilsitz in einer nicht illustrierten Durchströmöffnung sein kann.
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Ferner weist die Einstellvorrichtung 100 einen an einem ersten Ende mit einem nicht näher dargestellten Aktuator verbindbaren Aktuatorstab 107 auf, der an einem zweiten Ende einen konvexen, zumindest in einem Bereich sphärischen Aktuatorstabkopplungsabschnitt 109 aufweist. Die Einstellvorrichtung 100 weist ferner eine den Ventilschaftkopplungsabschnitt 105 und den Aktuatorstabkopplungsabschnitt 109 verbindende Gelenkvorrichtung 111 auf, welche ein erstes Teil 113 und ein zweites Teil 115 aufweist, welche verbunden sind.
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Dabei weist das erste Teil 113 und auch das zweite Teil 115 jeweils eine erste Vertiefung 117 bzw. 119 und eine zweite Vertiefung 121 bzw. 123 auf. In einem Teilbereich sind diese Vertiefungen 117, 119, 121, 123 in sphärischer Form gebildet, wobei sie, bevorzugt mit einem gewissen Spiel bzw. einer gewissen Toleranz komplementär zu zumindest einem Teil des Ventilschaftkopplungsabschnitts 105 bzw. des Aktuatorstabkopplungsabschnitts 109 gebildet sind, um diese zwischen sich aufzunehmen und zu halten. Ferner weist das erste Teil 113 sowie auch das zweite Teil 115 jeweils einen sich an zumindest eine der Vertiefungen 117, 119, 121, 123 anschließenden Anschlagbereich 125 bzw. 127 auf, um eine Verkippung des Aktuatorstabs 107 relativ zu dem Ventilschaft bzw. einen Versatz einer Längsachse 129 des Aktuatorstabs relativ zu einer Längsachse 131 des Ventilschafts 101 und/oder eine Längenänderung des Aktuatorstabs 107 und/oder des Ventilschafts 101 zu erlauben und auf einen bestimmten Toleranzbereich, zum Beispiel Winkelbereich, zu begrenzen. In einem normalen Betrieb bzw. in einem Idealzustand kann die Längsachse 129 des Aktuatorstabs 107 koaxial bzw. co-linear mit der Längsachse 131 des Ventilschafts 101 verlaufen. Aufgrund von Einbauungenauigkeiten bzw. -toleranzen bzw. aufgrund von temperaturbedingten Längenausdehnungen kann jedoch unter bestimmten Betriebsbedingungen die Längsachse 129 des Aktuatorstabs lateral versetzt von der Längsachse 131 des Ventilschafts sein oder die beiden Längsachsen 129, 131 des Aktuatorstabs 107 bzw. des Ventilschafts 101 können verkippt relativ zueinander sein. Trotz dieser Fehlstellungen kann ferner ein Betrieb zum Öffnen und Schließen eines Ventils in einem Abgasführungsabschnitt mittels Bewegens des Ventilkopfes 103 in eine Durchströmöffnung gewährleistet werden, ohne dass es zu einem Verklemmen oder einer Schwergängigkeit des Ventilschaftes 101 bzw. des Aktuatorstabes 107 in ihren jeweiligen Führen kommt.
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Zum Verbinden des ersten Teils 113 mit dem zweiten Teil 115 ist eine Schraube 135 vorgesehen, welche durch ein Durchgangsloch 137, welches in dem ersten Teil 113 und dem zweiten Teil 115 vorgesehen ist, geschraubt ist, insbesondere in ein Innengewinde des Durchgangslochs 137. Ferner ist in dem zusammengesetzten Zustand zwischen dem ersten Teil 113 und dem zweiten Teil 115 in einem zentralen Bereich außerhalb der Vertiefungen 117, 119, 121, 123 eine Scheibe 139 angeordnet, um einen geeigneten Abstand entlang der Längsachse 141 der Schraube 135 aufrechtzuerhalten, so dass die Kopplungsabschnitte 105, 109 des Ventilschafts 101 bzw. des Aktuatorstabs 107 verschwenkbar zwischen dem ersten Teil 113 und dem zweiten Teil 115 aufgenommen sind, so dass sie um Mittelpunkte 143 bzw. 145 der sphärisch geformten Bereiche in einem gewissen Winkelbereich verschwenkbar sind.
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Die Anschlagbereiche 125, 127 werden im Folgenden mit Bezug auf 5 näher beschrieben.
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An die zweite Vertiefung 121 des ersten Teils 113 sowie auch an die zweite Vertiefung 123 des zweiten Teils 115 schließen sich an den sphärischen Bereich zylindrisch geformte Bereiche 122 zu einer Mitte der Gelenkvorrichtung 111 hin an, welche einen zylindrisch geformten Zapfen 124 in einem Endabschnitt des Aktuatorstabs 107 in dem Aktuatorstabkopplungsabschnitt 109 aufnehmen und komplementär dazu gebildet sind. Andere Ausführungsformen weisen keinen solchen Zapfen 124 in dem Aktuatorstabkopplungsabschnitt 109 auf und weisen auch keine zylindrisch geformten Vertiefungen 122 in dem ersten Teil bzw. dem zweiten Teil 113, 115 auf.
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Die in 2A, 2B und 2C in Draufsicht, in einer Querschnittsansicht entlang den Pfeilen A-A bzw. in einer Querschnittsansicht entlang der Pfeile B-B illustrierte Einstellvorrichtung 200 hat Ähnlichkeiten mit der in 1A und 1B illustrierten Einstellvorrichtung 100, unterscheidet sich jedoch hinsichtlich des Verbindungssystems zum Verbinden des ersten Teils 213 mit dem zweiten Teil 215. Im Gegensatz zu der in 1A und 1B illustrierten Einstellvorrichtung ist in der in 2A, 2B und 2C illustrierten Einstellvorrichtung 200 zum Verbinden des ersten Teils 213 mit dem zweiten Teil 215 ein Einrastsystem 247 vorgesehen, welches einen in das Durchgangsloch 237 (des ersten und zweiten Teils 213, 215) einführbaren Raststift 249 mit einem elastisch gehaltenen Rastvorsprung 251 aufweist. Dabei greift der Rastvorsprung 251 in eine Stufe 253 des Durchgangslochs 237 im zweiten Teil 215 ein. Ferner ist der Raststift 249 in einem Kopfbereich 255 im Anschlag mit einer Außenoberfläche des ersten Teils 213 und ist somit verankert zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil 213, 215 zum Verbinden der beiden Teile 213, 215. Das Einrastsystem 247 umfasst in der illustrierten Ausführungsform ferner einen Sicherungsstift 257, welcher in ein Durchgangsloch 259 des Raststifts 249 einführbar ist und dort verrastbar ausgebildet ist, indem wiederum ein Sicherungsstiftrastvorsprung 261 vorgesehen ist, welcher elastisch gehalten ist und in eine Kante bzw. Stufe des Raststiftes 249 eingreift. Dabei wird der Raststift 249 von einer ersten Seite, insbesondere von dem ersten Teil 213 her, durch das Durchgangsloch 237 geführt, der Sicherungsstift 257 wird jedoch von einer anderen Seite her, insbesondere von dem zweiten Teil 215 her, durch das Durchgangsloch 259 des Raststiftes 249 in diesen eingeführt und dort verrastet.
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Während die in 1A, 1B, 2A, 2B und 2C illustrierten Ausführungsformen einer Einstellvorrichtung ein separates Element zum Verbinden des ersten Teils und des zweiten Teils der Gelenkvorrichtung vorsehen, können Verbindungsstrukturen und - elemente auch in dem ersten Teil bzw. dem zweiten Teil selbst vorgesehen werden, wie in den 3A, 3B, 3C und 4A, 4B, 4C illustriert ist. In diesen beiden Ausführungsformen 300 bzw. 400 einer Einstellvorrichtung ist jeweils in dem zweiten Teil 315 bzw. 415 ein elastisch gehaltener Rastvorsprung 363 bzw. 465 vorgesehen und in dem ersten Teil 313 bzw. 413 ist ein Rastsitz 367 bzw. 469 vorgesehen, in den der Rastvorsprung 363 bzw. 465 einrasten kann, um eine Haltekraft zwischen dem ersten 313, 413 und dem zweiten Teil 315, 415 auszuüben. In der in 3A, 3B und 3C illustrierten Ausführungsform 300 einer Einstellvorrichtung ist dabei der Rastvorsprung 363 in ein Durchgangsloch 371 des zweiten Teils 315 hineinragend gebildet, wobei durch das Durchgangsloch 371 der Rastsitz 367 teilweise hineingeführt werden kann, so dass der Rastvorsprung 363 in den Rastsitz 367 einrastet bzw. einschnappt.
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In der in 4A, 4B, 4C illustrierten Ausführungsform 400 ist der Rastvorsprung 465 zusammen mit einem Haltearm 473 das erste Teil 413 teilweise von außen umgreifbar ausgeführt und der Rastsitz 469 ist als eine äußere Kante des ersten Teils 413 gebildet.
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Die Vertiefungen 317, 417, 319, 419, 321, 323, 421, 423 sowie auch die Anschläge 325, 425 bzw. 327, 427 können ähnlich oder gleich ausgebildet sein, wie in den Ausführungsformen dargestellt, welche in 1A, 1B, 2A, 2B, 2C dargestellt sind.
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5 illustriert in einer schematischen Seitenschnittansicht einen Ausschnittsbereich einer Gelenkvorrichtung 511 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie z.B. in 1A bis 4C illustriert. Das heißt mit anderen Worten, dass der in 5 dargestellte Ausschnittsbereich in einer vergrößerten Darstellung die entsprechenden Bereiche der Gelenkvorrichtungen 111; 211; 311; 411 der beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsformen entspricht.
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Im oberen Teil der 5 ist ein Teil eines ersten Teils 513 und im unteren Teil ist ein Teil eines zweiten Teils 515 der Gelenkvorrichtung 511 illustriert. Das erste Teil 513 weist dabei die zweite Vertiefung 521 auf, die zumindest in einem Teilbereich in sphärischer Form konkav gebildet ist mit einem Mittelpunkt 545, um den ein Aktuatorstabkopplungsabschnitt 509 in einem gewissen Winkelbereich Δα verkippbar, auch genannt Verkippungsbereich, ist. Der Verkippungsbereich Δα ist dabei insbesondere durch einen konisch gebildeten Anschlagbereich 527 des ersten Teils 513 und einen sich an einen Bereich konvexer Form und sphärischer Form 510 anschließenden Halsbereich 512 des Aktuatorstabkopplungsabschnitts 509 bestimmt. Insbesondere kann der Winkelbereich, auf den eine Verkippung bzw. Verschwenkung des Aktuatorstabkopplungsabschnitts 509 relativ zu dem ersten Teil 513 und dem zweiten Teil 515 ermöglicht ist, durch die Differenz Δα eines Neigungswinkels a1 des Anschlagbereichs 527 und eines Neigungswinkels α2 des Halsbereichs 512 relativ zu einer Längsrichtung 514 der Gelenkvorrichtung 511 gegeben sein. Innerhalb der zweiten Vertiefung 521 des ersten Teils 513 und der zweiten Vertiefung 523 des zweiten Teils 515 ist der sphärische Bereich 510 des Aktuatorstabkopplungsabschnitts 509 um den Mittelpunkt 545 verkippbar mit einem geringen Spiel gehalten. Gegenüber der Längsachse 514 der Gelenkvorrichtung 511, welche auch als Längsachse des ersten Teils 513 oder des zweiten Teils 515 angesehen werden kann, ist jedoch der Aktuatorstabkopplungsabschnitt 509 und somit auch der sich daran anschließende Aktuatorstab nur in einem Winkelbereich von Δα verkippbar.
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Durch die Gelenkvorrichtung 111; 211; 311; 411 ist insbesondere gewährleistet, dass die Längsachsen 131, 129; 231, 229; 331,329; 431, 429 windschief zueinander anordenbar sind.
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Der zylindrische Bereich 522 der Vertiefung des ersten Teils 513 und des zweiten Teils 515, in dem der Zapfen 524 gehalten ist, ist von dem sphärisch konkaven Bereich 521 durch eine Abrundung 516 getrennt. Auch der zylindrische Bereich 522 ist zu einer Frontfläche 518 hin abgerundet.
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6 illustriert in einer teilweise aufgeschnittenen perspektivischen schematischen Darstellung einen Abgasturbolader 680 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welcher einen Abgasführungsabschnitt 684 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Stellvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst. Der Abgasturbolader 680 ist als zweiflutiger Abgasturbolader ausgeführt, mit einem ersten Abgaskanal 681 und einem zweiten Abgaskanal 683, die getrennt von Abgas gespeist sind, um auf ein Turbinenrad (nicht dargestellt) des Abgasturboladers 680 zu treffen, um das Turbinenrad anzutreiben. Zwischen dem ersten Abgaskanal 681 und dem zweiten Abgaskanal 683 in dem Eingangsbereich des Abgasturboladers 680 ist eine Durchströmöffnung 685 vorgesehen, welche einen Austausch von Fluid (insbesondere Abgas) aus dem ersten Abgaskanal 681 in den zweiten Abgaskanal 683 und umgekehrt ermöglicht. Die Durchströmöffnung 685 ist durch den Ventilkopf 603, welcher mit dem Ventilschaft 601 verbunden ist, öffenbar und schließbar. Der Ventilschaft 601 ist durch eine Gelenkvorrichtung 611 (wie sie beispielsweise in 1A bis 5 illustriert ist) mit einem Aktuatorstab 607 verbunden, welcher wiederum durch einen Aktuator 608 angetrieben wird, insbesondere entlang seiner Längsrichtung verschoben werden kann. Der Aktuator 608 kann elektrisch und/oder pneumatisch ausgeführt sein. Dabei umfasst die Gelenkvorrichtung 611 ein erstes Teil 613 und ein zweites Teil 615, welche zwischen sich Kopplungsabschnitte sowohl des Ventilschafts 601 als auch des Aktuatorstabs 607 aufnehmen, um einen Winkelversatz oder eine Änderung einer Längenausdehnung zu erlauben, ohne ein Stellen des durch den Ventilkopf 603 und die Durchströmöffnung 685 gebildeten Ventils zu beeinträchtigen.
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Andere Ausführungsformen ermöglichen ein Einstellen eines Volumens einer Umgehungsleitung, um einen Teil des Abgases an dem Turbinenrad des Abgasturboladers vorbeizuführen.
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In einer kostengünstigen Ausführung der Gelenkvorrichtung 111; 211; 311; 411 ist diese aus einem Kunststoff hergestellt. Ebenso könnte sie aus Messing ausgebildet sein, da dieser Werkstoff aufgrund seiner Reibungseigenschaften insbesondere bei einer Gleitreibung bevorzugt einzusetzen ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009057161 A1 [0002]
- DE 102013213558 A1 [0003]
- DE 102010008411 A1 [0004]
- DE 69814660 T2 [0005]
