DE102018126589A1

DE102018126589A1 - Adjustable guide vane system for an exhaust gas turbocharger

Info

Publication number: DE102018126589A1
Application number: DE102018126589.1A
Authority: DE
Inventors: Torsten Gramsch
Original assignee: IHI Charging Systems International GmbH
Current assignee: IHI Charging Systems International GmbH
Priority date: 2018-10-25
Filing date: 2018-10-25
Publication date: 2020-04-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein verstellbares Leitschaufelsystem für einen Abgasturbolader, aufweisend mehrere Leitschaufeln (4), die in Umfangsrichtung (5) beabstandet voneinander jeweils an einem Halterungspunkt (6) schwenkbar gelagert sind, ein Koppelstangensystem (14), über das in Umfangsrichtung (5) benachbarte Leitschaufeln (4) jeweils miteinander gekoppelt sind, wobei über das Koppelstangensystem (14) eine Verschwenkung einer Leitschaufel (4) um den Halterungspunkt (6) um einen Schwenkwinkel (α) zu einer Verschwenkung aller anderen Leitschaufeln (4) um den Schwenkwinkel (α) führt. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Abgasturbolader mit einem verstellbaren Leitschaufelsystem (1).The invention relates to an adjustable guide vane system for an exhaust gas turbocharger, comprising a plurality of guide vanes (4) which are pivotably spaced apart from one another in each case at a mounting point (6) in the circumferential direction (5), a coupling rod system (14) via which adjacent ones in the circumferential direction (5) Guide vanes (4) are each coupled to one another, with the coupling rod system (14) pivoting a guide blade (4) around the mounting point (6) by a pivoting angle (α) to pivoting all other guide blades (4) by the pivoting angle (α) leads. The invention also relates to an exhaust gas turbocharger with an adjustable guide vane system (1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein verstellbares Leitschaufelsystem für einen Abgasturbolader mit verstellbarer Geometrie zum Zuführen von Abgas zu einem Turbinenrad mit Turbinenschaufeln. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Abgasturbolader mit verstellbarer Geometrie, welcher das verstellbare Leitschaufelsystem umfasst.The present invention relates to an adjustable guide vane system for an exhaust gas turbocharger with adjustable geometry for supplying exhaust gas to a turbine wheel with turbine blades. Furthermore, the present invention relates to an exhaust gas turbocharger with adjustable geometry, which comprises the adjustable guide vane system.

Ein Abgasturbolader umfasst einen Turbinenabschnitt und einen Verdichterabschnitt. In dem Turbinenabschnitt nimmt ein Turbinengehäuse ein Turbinen-Flügelrad drehbar auf. Das Turbinengehäuse kann z.B. einen Turbinen-Spiralkanal enthalten, der dem Turbinen-Flügelrad ein Abgas zuführt. Zwischen dem Turbinen-Spiralkanal und dem Turbinen-Flügelrad können Leitschaufeln vorgesehen sein, welche insbesondere zur Veränderung einer Strömungsquerschnittsflächengröße des Abgases verstellbar ausgeführt sein können. Durch Verstellung der Leitschaufeln können somit verstellbare Düsen bereitgestellt sein. Damit kann ein Abgasturbolader mit verstellbarer Geometrie gebildet werden.An exhaust gas turbocharger includes a turbine section and a compressor section. In the turbine section, a turbine housing rotatably receives a turbine impeller. The turbine housing can e.g. include a turbine scroll passage that supplies exhaust gas to the turbine impeller. Guide vanes can be provided between the turbine spiral duct and the turbine impeller, which can be made adjustable, in particular for changing a flow cross-sectional area size of the exhaust gas. Adjustable nozzles can thus be provided by adjusting the guide vanes. An exhaust gas turbocharger with adjustable geometry can thus be formed.

DE 10 2014 203 498 A1 offenbart eine verstellbare Düseneinheit und einen Abgasturbolader mit verstellbarer Geometrie. Die verstellbare Düseneinheit ist in einem Turbinengehäuse angeordnet, zwischen dem Turbinengehäuse und einem Lagergehäuse eingeschlossen und ausgebildet, eine Durchlassfläche für das einem Turbinen-Flügelrad zuzuführende Abgas einzustellen. Dabei ist ein Mitnehmer- bzw. Antriebsring vorgesehen, welcher um eine Drehachse des Turbinen-Flügelrades herum gedreht werden kann, um somit Düsen zu verstellen. DE 10 2014 203 498 A1 discloses an adjustable nozzle unit and an exhaust gas turbocharger with adjustable geometry. The adjustable nozzle unit is arranged in a turbine housing, enclosed between the turbine housing and a bearing housing, and designed to set a passage area for the exhaust gas to be fed to a turbine impeller. In this case, a driver or drive ring is provided, which can be rotated about an axis of rotation of the turbine impeller in order to adjust nozzles.

DE 10 2007 055 224 A1 offenbart eine Ladeeinrichtung mit einer variablen Turbinen- und/oder Verdichtergeometrie und einer Leitschaufeleinrichtung, welche einen Ring von Leitschaufeln aufweist, die mittels Schaufelzapfen an einem Schaufellagerring drehbar gelagert sind. Ein mit einer Leitschaufel gekoppelter Hebelkopf greift in eine Ausnehmung eines Verstellringes ein, welcher eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Außenverzahnung aufweist, welche mit einer Verzahnung eines Triebelements kämmt. DE 10 2007 055 224 A1 discloses a charging device with a variable turbine and / or compressor geometry and a guide vane device which has a ring of guide vanes which are rotatably mounted on a vane bearing ring by means of vane pins. A lever head coupled with a guide vane engages in a recess of an adjusting ring which has an external toothing which extends in the circumferential direction and which meshes with a toothing of a drive element.

Eine Verdrehung des Verstellringes bewirkt eine Verstellung der Leitschaufel, so dass ein für einen Abgasstrom durchlässiger Querschnitt in seiner Größe verändert werden kann.A rotation of the adjusting ring causes an adjustment of the guide vane, so that a cross section that is permeable to an exhaust gas flow can be changed in size.

In herkömmlichen verstellbaren Leitschaufelsystemen ist ein Verstellring vorgesehen, welcher entlang einer Umfangsrichtung mit den einzelnen Leitschaufeln in Eingriff steht bzw. in einer mechanischen Kopplung befindlich ist. Eine Verdrehung des Verstellringes bewirkt eine Verstellung, insbesondere Verschwenkung oder Verkippung der einzelnen Leitschaufeln, was somit eine Veränderung einer Querschnittsgröße eines Strömungskanals des Abgases bewirkt. Die Konstruktion des Verstellringes ist relativ aufwendig und erfordert einen erheblichen Raumbedarf. Insbesondere ist herkömmlich der Verstellring in einer Ebene vorgesehen, welche von einer Zentralaxialebene der Leitschaufeln versetzt ist. Damit ist ein erhöhter Raumbedarf erforderlich, um ein verstellbares Leitschaufelsystem zu bilden. Der Fertigungsaufwand eines herkömmlichen verstellbaren Leitschaufelsystems ist somit erheblich und erfordert gleichzeitig einen erhöhten Bauraum sowie eng tolerierte Bohrungen und Schäfte, die ein Lagerungssystem bilden.In conventional adjustable guide vane systems, an adjustment ring is provided which engages with the individual guide vanes along a circumferential direction or is located in a mechanical coupling. Rotation of the adjusting ring causes an adjustment, in particular pivoting or tilting, of the individual guide vanes, which thus causes a change in the cross-sectional size of a flow channel of the exhaust gas. The construction of the adjusting ring is relatively complex and requires a considerable amount of space. In particular, the adjusting ring is conventionally provided in a plane which is offset from a central axial plane of the guide vanes. This requires an increased space to form an adjustable guide vane system. The manufacturing effort of a conventional adjustable guide vane system is therefore considerable and at the same time requires an increased installation space and closely tolerated bores and shafts that form a bearing system.

Somit ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verstellbares Leitschaufelsystem für einen Abgasturbolader zum Zuführen von Abgas zu einem Turbinenrad mit Turbinenschaufeln sowie einen Abgasturbolader mit verstellbarer Geometrie zu schaffen, wobei der Fertigungsaufwand gegenüber dem Stand der Technik verringert ist und insbesondere ein Raumbedarf vermindert ist, wobei eine zuverlässige und sichere Einstellung der Leitschaufeln ermöglicht ist.It is therefore an object of the present invention to provide an adjustable guide vane system for an exhaust gas turbocharger for supplying exhaust gas to a turbine wheel with turbine blades and an exhaust gas turbocharger with an adjustable geometry, the manufacturing outlay being reduced compared to the prior art and in particular reducing the space requirement, a reliable and safe adjustment of the guide vanes is made possible.

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst, welcher auf ein verstellbares Leitschaufelsystem für einen Abgasturbolader gerichtet ist. Die abhängigen Ansprüche spezifizieren vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.The object is achieved by the subject matter of the independent claim, which is directed to an adjustable guide vane system for an exhaust gas turbocharger. The dependent claims specify advantageous embodiments of the present invention.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein verstellbares Leitschaufelsystem für einen Abgasturbolader zum Zuführen von Abgas zu einem Turbinenrad mit Turbinenschaufeln bereitgestellt. Das Leitschaufelsystem weist dabei mehrere Leitschaufeln, die in Umfangsrichtung beabstandet voneinander jeweils an einem Halterungspunkt um eine axiale Richtung schwenkbar unterstützt sind und ein Koppelstangensystem auf, über das in Umfangsrichtung benachbarte Leitschaufeln jeweils miteinander gekoppelt sind, wobei über das Koppelstangensystem eine Verschwenkung einer Leitschaufel um den Halterungspunkt um einen Schwenkwinkel zu einer Verschwenkung aller anderen Leitschaufeln um den Schwenkwinkel führt.According to one embodiment of the present invention, an adjustable guide vane system for an exhaust gas turbocharger for supplying exhaust gas to a turbine wheel with turbine blades is provided. The guide vane system has a plurality of guide vanes, which are supported in the circumferential direction at an attachment point and can be pivoted about an axial direction, and a coupling rod system via which guide vanes which are adjacent in the circumferential direction are each coupled to one another, with a pivoting of a guide vane around the mounting point via the coupling rod system by a swivel angle leads to a swiveling of all other guide vanes by the swivel angle.

Die Leitschaufeln können dabei insbesondere axial derart ausgerichtet sein, dass alle Leitschaufeln jeweils einen im Wesentlichen gleichen axialen Bereich einnehmen. Die Leitschaufeln können an dem Halterungspunkt insbesondere an einem Turbinengehäuseteil oder einem Lagergehäuseteil schwenkbar unterstützt sein. Um die Leitschaufeln herum kann z.B. ein Spiralkanal vorgesehen sein, durch den Abgas in radialer Richtung und/oder Umfangsrichtung zwischen den Leitschaufeln hindurch zu einem radial innen vorgesehenen Turbinenrad mit Turbinenschaufeln strömen kann. Die freien Raumbereiche zwischen den Leitschaufeln können auch als Düsen bezeichnet werden, durch welche das Abgas zu dem Turbinenrad hin strömt. Eine Verstellung der Leitschaufeln durch Schwenken um den Halterungspunkt (relativ z.B. zu einem Turbinengehäuseteil bzw. zu einem Lagergehäuseteil) kann eine Strömungsquerschnittsflächengröße ändern, welche dem Abgas zum Einströmen in das Turbinenrad zur Verfügung steht. Die Strömungsquerschnittsgröße kann z.B. durch Verstellung der Leitschaufeln in einem Bereich von 100% bis z.B. 10% der maximalen Querschnittsgröße veränderbar sein.The guide vanes can in particular be aligned axially in such a way that all guide vanes each occupy an essentially identical axial region. The guide vanes can be pivotably supported at the mounting point, in particular on a turbine housing part or a bearing housing part. For example, a spiral channel can be provided around the guide vanes, through which the exhaust gas passes in the radial direction and / or circumferential direction between the guide vanes can flow to a radially inner turbine wheel with turbine blades. The free spaces between the guide vanes can also be referred to as nozzles through which the exhaust gas flows towards the turbine wheel. Adjustment of the guide vanes by swiveling around the mounting point (relative, for example, to a turbine housing part or to a bearing housing part) can change a flow cross-sectional area that is available to the exhaust gas for flowing into the turbine wheel. The flow cross-sectional size can be changed, for example, by adjusting the guide vanes in a range from 100% to 10% of the maximum cross-sectional size, for example.

Das Turbinenrad kann mit einer drehbar gelagerten Turbinenwelle verbunden sein, welche sich in der axialen Richtung erstreckt. Die Umfangsrichtung, die radiale Richtung und die axiale Richtung stehen paarweise senkrecht aufeinander.The turbine wheel can be connected to a rotatably mounted turbine shaft, which extends in the axial direction. The circumferential direction, the radial direction and the axial direction are perpendicular to each other in pairs.

Die Leitschaufel kann z.B. an dem Halterungspunkt eine Leitschaufelwelle aufweisen, welche z.B. über ein Lager schwenkbar z.B. relativ zu einem Turbinengehäuseteil unterstützt ist. Andere Ausführungsformen können auf ein Lager am Halterungspunkt verzichten. Die Verschwenkbarkeit der Leitschaufel um die axiale Richtung kann eine Einstellbarkeit eines Schwenkwinkels in einem Bereich von z.B. 0 bis 60° unterstützen. Über eine Verschwenkung der Leitschaufel um den Halterungspunkt um die axiale Richtung kann somit eine Strömungsquerschnittsflächengröße eines einströmenden Abgases vorteilhaft eingestellt werden. Damit können verschiedene Betriebsbedingungen einer Verbrennungskraftmaschine unterstützt werden.The guide vane can e.g. have a guide vane shaft at the mounting point which e.g. swiveling via a bearing e.g. is supported relative to a turbine housing part. Other embodiments can dispense with a bearing at the mounting point. The pivotability of the guide vane about the axial direction can be an adjustability of a pivot angle in a range of e.g. Support 0 to 60 °. A flow cross-sectional area size of an inflowing exhaust gas can thus advantageously be set by pivoting the guide vane around the mounting point about the axial direction. Various operating conditions of an internal combustion engine can thus be supported.

Das Koppelstangensystem kann eine Mehrzahl von Stangen aufweisen, wobei jeweils Enden von zwei bis drei Stangen miteinander, insbesondere schwenkbar, gekoppelt sein können. Durch das Vorsehen des Koppelstangensystems kann auf einen herkömmlich verwendeten Verstellring und seine Führung verzichtet werden. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erfordern lediglich eine Verschwenkung einer (einzigen) Leitschaufel, beispielsweise durch einen Aktuator, wie etwa einen Elektromotor, ohne dass der Elektromotor noch andere Leitschaufeln direkt verschwenkt bzw. verstellt. Der Aktuator muss somit nicht direkt mit allen Leitschaufeln verbunden sein. Die Kopplung der verschiedenen Leitschaufeln wird gemäß Ausführungsformen der Erfindung durch das Koppelstangensystem erreicht, welches insbesondere in Umfangsrichtung unmittelbar benachbarte Leitschaufeln paarweise derart koppelt, dass eine Verstellung, insbesondere Verschwenkung aller Leitschaufeln ermöglicht ist. Das Koppelstangensystem kann insbesondere starre, gerade Stangen umfassen sowie Schwenk- bzw. Drehgelenke. Einige der Drehgelenke können dabei an Teilen der Leitschaufeln fixiert sein, während andere Dreh- bzw. Schwenkgelenke beweglich sein können und insbesondere im Bereich der Strömungsdüsen für das Abgas angeordnet sein können. Eine Verschwenkung einer der Leitschaufeln bei dem Halterungspunkt um die axiale Richtung, z.B. relativ zu einem Turbinengehäuseteil bzw. relativ zu einem Lagergehäuseteil führt aufgrund der Kopplung mittels des Koppelstangensystems zu einer gleichartigen Verschwenkung aller anderen Leitschaufeln. Somit ist nur ein Aktuator notwendig, der mit nur einer Schaufel verbunden sein muss, um ein verstellbares Leitschaufelsystem zu bilden.The coupling rod system can have a plurality of rods, ends of two to three rods being able to be coupled to one another, in particular pivotably. By providing the coupling rod system, a conventionally used adjusting ring and its guidance can be dispensed with. Embodiments of the present invention only require a (single) guide vane to be pivoted, for example by an actuator, such as an electric motor, without the electric motor directly pivoting or adjusting other guide vanes. The actuator therefore does not have to be connected directly to all guide vanes. According to embodiments of the invention, the coupling of the different guide vanes is achieved by the coupling rod system, which, in particular in the circumferential direction, couples directly adjacent guide vanes in pairs in such a way that an adjustment, in particular pivoting, of all guide vanes is made possible. The coupling rod system can in particular comprise rigid, straight rods and swivel or swivel joints. Some of the swivel joints can be fixed to parts of the guide vanes, while other swivel or swivel joints can be movable and in particular can be arranged in the region of the flow nozzles for the exhaust gas. Swiveling one of the guide vanes at the mounting point around the axial direction, e.g. relative to a turbine housing part or relative to a bearing housing part, due to the coupling by means of the coupling rod system, all other guide vanes are pivoted in the same way. Thus, only one actuator is required, which must be connected to only one blade in order to form an adjustable guide blade system.

Ferner kann auf einen herkömmlich verwendeten Einstellring verzichtet werden, welcher einen erhöhten Raumbedarf erfordert, insbesondere wenn er in einer anderen axialen Ebene angeordnet ist als die Leitschaufeln. Auch kann ein Zusammenbau des Leitschaufelsystems vereinfacht sein, da die einzelnen Leitschaufeln nicht mit speziellen Verbindungselementen mit dem Verstellring verbunden werden müssen.Furthermore, there is no need for a conventionally used adjusting ring, which requires an increased space requirement, in particular if it is arranged in a different axial plane than the guide vanes. Assembly of the guide vane system can also be simplified since the individual guide vanes do not have to be connected to the adjusting ring with special connecting elements.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Koppelstangensystem mehrere Koppelstangen auf, insbesondere für jede Leitschaufel zwei Koppelstangen oder sogar drei Koppelstangen, von denen zwei zu einem Getriebeglied verbunden sind, die jeweils an einem Stangenmontagepunkt, insbesondere beabstandet von dem Halterungspunkt jeder Leitschaufel angebracht sind. Einer der Drehpunkte der dritten Koppelstange kann mit dem Drehpunkt der Leitschaufel identisch sein, das Getriebeglied kann relativ zur Leitschaufel schwenkbar oder nicht schwenkbar angebracht sein. Gewisse Koppelstangen können an dem Stangenmontagepunkt auch nicht schwenkbar, d.h. fest angebracht sein. Dies trifft insbesondere für die zweite und dritte Stange zu, die mit dem gestellfesten Drehpunkt eine Schwinge bilden, an der die Leitschaufel befestigt ist.According to one embodiment of the present invention, the coupling rod system has a plurality of coupling rods, in particular two coupling rods or even three coupling rods for each guide vane, two of which are connected to form a transmission link, each of which is attached to a rod mounting point, in particular at a distance from the mounting point of each guide vane. One of the fulcrums of the third coupling rod can be identical to the fulcrum of the guide vane, and the gear member can be pivotable or non-pivotable relative to the guide vane. Certain coupling rods cannot be pivoted at the rod mounting point, i.e. be firmly attached. This applies in particular to the second and third rods, which form a rocker with the pivot point fixed to the frame, to which the guide vane is attached.

Wenn das Koppelstangensystem mehrere Koppelstangen aufweist, kann dieses in einfacher Weise mit herkömmlich verfügbaren Bauteilen hergestellt werden. Jede Leitschaufel braucht nur einen einzigen Stangenmontagepunkt aufzuweisen. Somit kann eine einfache Konstruktion geschaffen werden.If the coupling rod system has a plurality of coupling rods, this can be produced in a simple manner using conventionally available components. Each vane only needs to have a single rod mounting point. A simple construction can thus be created.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Stangensystem jeweils für jede Leitschaufel eine erste Stange und eine zweite Stange auf, die (z.B. jeweils an einem ersten Ende) axial schwenkbar an dem Stangenmontagepunkt einer jeweiligen Leitschaufel angebracht sind und ein bewegliches Schwenkgelenk, über das die erste Stange einer Leitschaufel mit der zweiten Stange einer in Umfangsrichtung direkt benachbarten Leitschaufel (z.B. jeweils an einem zweiten Ende) schwenkbar miteinander verbunden sind.According to one embodiment of the present invention, the rod system has a first rod and a second rod for each guide vane, which are attached to the rod mounting point of a respective guide vane in an axially pivotable manner (for example in each case at a first end) and a movable swivel joint, via which the first Rod of a guide blade with the second rod of a guide blade directly adjacent in the circumferential direction (for example, each at a second end) are pivotally connected to one another.

Über die erste Stange kann z.B. eine Kopplung der betreffenden Leitschaufel mit einer in Umfangsrichtung in Richtung gegen den Uhrzeigersinn benachbarten Leitschaufel erfolgen, insbesondere mit der zweiten Stange dieser gegen den Uhrzeigersinn benachbarten Leitschaufel. Über die zweite Stange der betrachteten Leitschaufel kann eine Kopplung zu einer in Umfangsrichtung benachbarten Leitschaufel im Uhrzeigersinn erfolgen, insbesondere mit deren erster Stange. Somit ist eine paarweise Kopplung von in Umfangsrichtung unmittelbar benachbarter Leitschaufeln in einfacher Weise ermöglicht. Diese Kopplung erlaubt eine Verschwenkung der Leitschaufeln. Dazu sind die erste Stange und die zweite Stange schwenkbar an dem Stangenmontagepunkt einer jeweiligen Leitschaufel angebracht. Via the first rod, for example, the guide vane in question can be coupled to a guide vane which is adjacent in the circumferential direction in the counterclockwise direction, in particular with the second rod of this guide vane which is adjacent in the counterclockwise direction. Via the second rod of the guide vane under consideration, coupling to a guide vane that is adjacent in the circumferential direction can take place in a clockwise direction, in particular with its first rod. A pairwise coupling of guide vanes immediately adjacent in the circumferential direction is thus made possible in a simple manner. This coupling allows the guide vanes to be pivoted. For this purpose, the first rod and the second rod are pivotally attached to the rod mounting point of a respective guide vane.

Mittels der Stangen des Koppelstangensystems kann jede Leitschaufel mit sowohl der im Uhrzeigersinn als auch mit der gegen den Uhrzeigersinn in Umfangsrichtung unmittelbar benachbarten Leitschaufel gekoppelt sein, ohne mit noch weiteren Leitschaufeln direkt gekoppelt zu sein.By means of the rods of the coupling rod system, each guide vane can be coupled to both the guide vane which is immediately adjacent in the clockwise direction and to the counter vane which is immediately adjacent in the circumferential direction, without being directly coupled to still further guide vanes.

Eine Verschwenkung der Leitschaufeln ist mit einer Veränderung eines zwischen zwei Stangen eingeschlossenen Winkels assoziiert. Das bewegliche Schwenkgelenk kann insbesondere ein Einschließen verschiedener Winkel (z.B. zwischen einer ersten Stange einer Leitschaufel und einer zweiten Stange einer gegen den Uhrzeigersinn benachbarten Leitschaufel) ermöglichen, wenn verschiedene Schwenkwinkel der Leitschaufeln eingestellt werden. Das bewegliche Schwenkgelenk ist an keiner der Leitschaufeln befestigt und auch nicht an einem Gehäuseteil oder an einem anderen festen Teil des Leitschaufelsystems bzw. des Abgasturboladers. Das bewegliche Schwenkgelenk kann frei seine Position im Raum, insbesondere im Bereich eines Strömungskanales des Abgases bewegen. Dadurch kann eine kontinuierliche Verschwenkung der Leitschaufeln um alle möglichen Schwenkwinkel (innerhalb eines definierten Schwenkbereiches) erreicht werden.A pivoting of the guide vanes is associated with a change in an angle enclosed between two rods. The movable swivel joint can in particular allow different angles to be included (e.g. between a first rod of a guide vane and a second rod of a counter-clockwise adjacent guide vane) if different pivot angles of the guide vanes are set. The movable swivel joint is not attached to any of the guide vanes and also not to a housing part or to another fixed part of the guide vane system or the exhaust gas turbocharger. The movable swivel joint can freely move its position in space, in particular in the area of a flow channel of the exhaust gas. As a result, the guide vanes can be continuously pivoted by all possible swivel angles (within a defined swivel range).

Ein Vorsehen der ersten und der zweiten Stange kann auch ermöglichen, zum Entwurf und zur Konstruktion Wissen aus der Koppelgetriebekonstruktion zu verwenden. Je nach Anwendung, insbesondere Geometrie der Leitschaufeln, können die Stangen in ihrer Länge und hinsichtlich ihrer Fixierungspunkte gewählt bzw. definiert werden. Damit kann eine große Flexibilität erreicht werden.Providing the first and second rods can also make it possible to use knowledge from the coupling gear construction for the design and construction. Depending on the application, in particular the geometry of the guide vanes, the rods can be selected or defined in terms of their length and with regard to their fixing points. This allows great flexibility.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Stangensystem jeweils für jede Leitschaufel ferner eine dritte Stange auf, die an einem ersten Ende mit dem Halterungspunkt und an einem zweiten Ende mit dem Stangenmontagepunkt verbunden ist. Das Stangensystem kann für zumindest eine der Leitschaufeln insbesondere einen Aktuator aufweisen, der ausgebildet ist, die dritte Stange und/oder die Leitschaufel jeweils an dem Halterungspunkt um die axiale Richtung relativ zu einem Turbinengehäuseteil zu verschwenken.According to one embodiment of the present invention, the rod system also has a third rod for each guide vane, which is connected to the mounting point at a first end and to the rod mounting point at a second end. For at least one of the guide vanes, the rod system can in particular have an actuator which is designed to pivot the third rod and / or the guide vane at the mounting point in each case about the axial direction relative to a turbine housing part.

Die dritte Stange kann als eine Verstärkungsstange betrachtet werden, welche fest zwischen dem Halterungspunkt und dem Stangenmontagepunkt einer jeden Leitschaufel angebracht ist. Eine Verschwenkung der dritten Stange bewirkt somit eine Verschwenkung der betreffenden Leitschaufel, ohne die zur Verschwenkung erforderliche Kraft allein auf die Leitschaufel wirken zu lassen. Damit braucht die Leitschaufel gegenüber einer herkömmlich erhältlichen Leitschaufel in ihrer Festigkeit nicht verändert oder verstärkt zu werden. Auch kann über die dritte Stange die zum Verstellen der jeweils benachbarten Leitschaufeln erforderliche Kraft bzw. Drehmoment vorteilhaft übertragen werden, ohne das Risiko, die betrachtete Leitschaufel zu großen Belastungen auszusetzen, um somit Schäden oder Risiken von Schäden zu reduzieren.The third bar can be viewed as a reinforcing bar that is fixedly attached between the support point and the bar mounting point of each vane. A pivoting of the third rod thus causes the guide vane in question to pivot without letting the force required for the pivoting act solely on the guide vane. As a result, the strength of the guide vane does not need to be changed or strengthened compared to a conventionally available guide vane. The force or torque required to adjust the respectively adjacent guide vanes can also advantageously be transmitted via the third rod without the risk of exposing the guide vane in question to excessive loads, in order to reduce damage or risk of damage.

Der Aktuator kann z.B. als ein Elektromotor ausgebildet sein, welcher z.B. direkt oder indirekt ein Drehmoment auf die Leitschaufelwelle auszuüben ausgebildet ist, welche an dem Halterungspunkt vorgesehen sein kann. Der Aktuator kann z.B. mit dem Turbinengehäuseteil oder einem Lagergehäuseteil fest verbunden sein. Es braucht nur ein einziger Aktuator vorgesehen sein.The actuator can e.g. be designed as an electric motor which e.g. Directly or indirectly a torque is formed to exert on the guide vane shaft, which can be provided at the mounting point. The actuator can e.g. be firmly connected to the turbine housing part or a bearing housing part. Only a single actuator is required.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die erste Stange länger als die zweite Stange, und alle Stangen des Stangensystems sind insbesondere gerade. Wenn die erste Stange länger als die zweite Stange ist, kann insbesondere der Raumbedarf des Leitschaufelsystems vermindert sein, und gleichzeitig können verschiedene Geometrien von Leitschaufeln unterstützt sein. Die Längen der verschiedenen Stangen können durch Verfahren zum Entwurf von Koppelgetrieben bestimmt werden. Hinsichtlich der Positionierungen des Halterungspunktes und/oder des Stangenmontagepunktes ist große Flexibilität gegeben. Die Positionen dieser Punkte können z.B. basierend auf der Geometrie der Leitschaufeln und des gewünschten Schwenkbereiches festgelegt werden. Wenn alle Stangen gerade sind, kann das Leitschaufelsystem aus herkömmlich verfügbaren Bauteilen hergestellt werden und eine Herstellung kann vereinfacht sein. Die Stangen können z.B. aus Metall, insbesondere Stahl, gefertigt sein, und sie können auch von der geraden Form abweichen, wenn die relative Position der Drehgelenke zueinander erhalten bleibt.According to one embodiment of the present invention, the first bar is longer than the second bar, and all bars of the bar system are particularly straight. If the first rod is longer than the second rod, in particular the space requirement of the guide vane system can be reduced, and at the same time different geometries of guide vanes can be supported. The lengths of the various bars can be determined by coupling gear design procedures. There is great flexibility with regard to the positioning of the mounting point and / or the rod mounting point. The positions of these points can e.g. based on the geometry of the guide vanes and the desired swivel range. When all the bars are straight, the vane system can be made from commonly available components and manufacturing can be simplified. The rods can e.g. be made of metal, especially steel, and they can also deviate from the straight shape if the relative position of the rotary joints to one another is maintained.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt das Koppelstangensystem im Wesentlichen in einer Axialebene, die von einem axialen Bereich, in dem die Leitschaufeln liegen, überlappt ist. Die Axialebene kann im Wesentlichen zentral zu diesem axialen Bereich angeordnet sein. Somit muss das Koppelstangensystem (einschließlich aller dazu gehörigen Stangen und Schwenkgelenke) nicht in einer Ebene angeordnet sein, welche versetzt ist von einer Ebene oder einem axialen Bereich, in dem die Leitschaufeln liegen. Damit kann der Bauraum gegenüber herkömmlichen Systemen geringer gehalten werden.According to one embodiment of the present invention, the coupling rod system lies essentially in an axial plane which is different from an axial region in which the guide vanes lie. is overlapped. The axial plane can be arranged essentially centrally to this axial area. Thus, the coupling rod system (including all associated rods and swivel joints) does not have to be arranged in a plane which is offset from a plane or an axial region in which the guide vanes lie. This means that the installation space can be kept smaller compared to conventional systems.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden zur Definition der Lage des Halterungspunktes und/oder des Stangenmontagepunktes und/oder der Längen der ersten und/oder der zweiten Stangen und/oder der dritten Stange Verfahren ebener Koppelgetriebe, insbesondere Verfahren zur Synthese und Analyse ebener Koppelgetriebe, verwendet. Es können bekannte Verfahren zum Entwurf von ebenen Koppelgetrieben auch zum Entwurf des Leitschaufelsystems (insbesondere Koppelstangensystems) herangezogen werden. Damit können Herstellungskosten, insbesondere in der Design- oder Entwurfsphase vermindert werden.According to one embodiment of the present invention, to define the position of the mounting point and / or the rod mounting point and / or the lengths of the first and / or the second rods and / or the third rod, methods of flat coupling gears, in particular methods for synthesis and analysis of flat coupling gears, used. Known methods for the design of flat coupling gears can also be used for the design of the guide vane system (in particular the coupling rod system). This can reduce manufacturing costs, particularly in the design or draft phase.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Halterungspunkt jeweils an einem radial inneren Ende der Leitschaufel oder an einem radial zentralen Bereich der Leitschaufel angeordnet. Hinsichtlich der Positionierung des Halterungspunktes ist somit eine große Flexibilität gegeben, welche z.B. abhängig von der Geometrie von Gehäuseteilen des Leitschaufelsystems erforderlich sein kann. Damit kann das Leitschaufelsystem eine Vielzahl von verschiedenen Konstruktionsgeometrien unterstützen.According to one embodiment of the present invention, the mounting point is arranged in each case on a radially inner end of the guide vane or on a radially central region of the guide vane. There is great flexibility with regard to the positioning of the mounting point, which e.g. depending on the geometry of housing parts of the guide vane system may be required. This allows the guide vane system to support a variety of different construction geometries.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt der Stangenmontagepunkt radial weiter außen als der Halterungspunkt. Damit kann ein ausreichender Hebelarm zur Verstellung der Leitschaufel erreicht werden. Die Position des Stangenmontagepunktes kann abhängig von einem Schwenkwinkelbereich sein, um den die Leitschaufel (bezüglich eines willkürlichen Bezugspunktes) verschwenkbar sein soll. Ferner kann ein Abstand zwischen dem Stangenmontagepunkt und dem Halterungspunkt größer sein als ein Mindestabstand. Der Mindestabstand kann so gewählt werden, dass ein Drehmoment, welches von einem Aktuator aufbringbar ist, für eine Verstellung aller Leitschaufeln ausreicht.According to one embodiment of the present invention, the rod mounting point is located radially further out than the mounting point. A sufficient lever arm for adjusting the guide vane can thus be achieved. The position of the rod mounting point can be dependent on a swivel angle range around which the guide vane should be pivotable (with respect to an arbitrary reference point). Furthermore, a distance between the rod mounting point and the mounting point may be larger than a minimum distance. The minimum distance can be selected so that a torque that can be applied by an actuator is sufficient for adjusting all guide vanes.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Abgasturbolader bereitgestellt, welcher aufweist: ein um eine Welle drehbares Turbinenrad mit Turbinenschaufeln; ein Verdichterrad mit Verdichterschaufeln, wobei das Verdichterrad mit der Welle des Turbinenrades gekoppelt ist; ein umfangsmäßig um das Turbinenrad angeordnetes Leitschaufelsystem gemäß einer der vorangehend beschriebenen Ausführungsformen; und einen Aktuator, der zur Verdrehung einer Leitschaufel um den Halterungspunkt ausgebildet ist, wobei die Verdrehung zu einer Einstellung einer Strömungsquerschnittsgröße des in das Turbinenrad einströmenden Abgases führt.According to one embodiment of the present invention, an exhaust gas turbocharger is provided, which comprises: a turbine wheel with turbine blades that is rotatable about a shaft; a compressor wheel with compressor blades, the compressor wheel being coupled to the shaft of the turbine wheel; a guide vane system arranged circumferentially around the turbine wheel according to one of the embodiments described above; and an actuator which is designed to rotate a guide vane around the mounting point, the rotation leading to an adjustment of a flow cross-sectional size of the exhaust gas flowing into the turbine wheel.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele 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. Es zeigen:

1 in einem Axialschnitt ein erfindungsgemäßes verstellbares Leitschaufelsystem in einem ersten Ausführungsbeispiel in einer Schließposition,
2 in einem Axialschnitt das erfindungsgemäße verstellbare Leitschaufelsystem in einem ersten Ausführungsbeispiel in einer Öffnungsposition,
3 in einem Axialschnitt das erfindungsgemäße verstellbare Leitschaufelsystem in einem ersten Ausführungsbeispiel in einer maximalen Öffnungsposition, und
4 in einem Axialschnitt das erfindungsgemäße verstellbare Leitschaufelsystem in einem zweiten Ausführungsbeispiel in der Öffnungsposition.

Further advantages, features and details of the invention result from the following description of preferred exemplary embodiments and from the drawing. The features and combinations of features mentioned above in the description and the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or on their own, without the scope of Leaving invention. Show it:

1 in an axial section an adjustable guide vane system according to the invention in a first embodiment in a closed position,
2nd in an axial section the adjustable guide vane system according to the invention in a first embodiment in an open position,
3rd in an axial section the adjustable guide vane system according to the invention in a first embodiment in a maximum opening position, and
4th in an axial section the adjustable guide vane system according to the invention in a second embodiment in the open position.

Ein nicht näher dargestellter durchströmbarer Abgasführungsabschnitt eines Abgasturboladers ist in einem nicht näher dargestellten Abgastrakt einer nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine, bei der es sich um einen Ottomotor oder einen Dieselmotor handelt, vorgesehen. Der Abgasturbolader weist weiterhin einen nicht näher dargestellten durchströmbaren Frischluftführungsabschnitt und einen nicht näher dargestellten Lagerabschnitt auf, welcher in einem nicht näher dargestellten Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine angeordnet ist.A flow-through exhaust gas guide section of an exhaust gas turbocharger, not shown, is provided in an exhaust tract, not shown, of an internal combustion engine, not shown, which is a gasoline engine or a diesel engine. The exhaust gas turbocharger furthermore has a flowable fresh air guide section, not shown, and a bearing section, not shown, which is arranged in an intake tract of the internal combustion engine, not shown.

Der Abgasturbolader weist ein nicht näher dargestelltes Laufzeug auf, welches ein nicht näher dargestelltes Verdichterrad zum Ansaugen und Verdichten von Verbrennungsluft, ein nicht näher dargestelltes Turbinenrad zur Expansion von Abgas sowie eine das Verdichterrad mit dem Turbinenrad drehfest verbindende nicht näher dargestellte Welle mit einer Drehachse umfasst. Die Welle ist im Lagerabschnitt des Abgasturboladers drehbar gelagert, welcher zwischen dem Luftführungsabschnitt und dem Abgasführungsabschnitt positioniert ist.The exhaust gas turbocharger has a running gear, not shown, which comprises a compressor wheel, not shown, for drawing in and compressing combustion air, a turbine wheel, not shown, for expanding exhaust gas, and a shaft, not shown, connecting the compressor wheel to the turbine wheel in a rotationally fixed manner, with an axis of rotation. The shaft is rotatably supported in the bearing section of the exhaust gas turbocharger, which is positioned between the air guide section and the exhaust gas guide section.

Zur Einströmung des Abgases in den Abgasführungsabschnitt ist ein nicht näher dargestellter Eintrittskanal im Abgasführungsabschnitt ausgebildet. Der Eintrittskanal dient zur Konditionierung des Abgases, welches im Betrieb der Brennkraftmaschine das Turbinenrad in eine rotierende Bewegung versetzt. Mit Hilfe der Welle wird das Verdichterrad ebenfalls in Rotation versetzt, so dass es Verbrennungsluft ansaugt und verdichtet. An inlet channel (not shown in detail) is formed in the exhaust gas guide section for the inflow of the exhaust gas into the exhaust gas guide section. The inlet duct serves to condition the exhaust gas, which sets the turbine wheel in a rotating movement during operation of the internal combustion engine. With the help of the shaft, the compressor wheel is also set in rotation so that it sucks in and compresses combustion air.

Stromab des Eintrittskanals ist im Abgasführungsabschnitt ein nicht näher dargestellter Spiralkanal angeordnet, welcher zur Bereitstellung einer rotationssymmetrischen Strömung dient. Des Weiteren ist der Spiralkanal als Verbindungskanal zwischen dem Eintrittskanal und einem nicht näher dargestellten Düsenkanal, welcher stromab des Spiralkanals positioniert ist, ausgebildet. Stromab des Düsenkanals ist eine nicht näher dargestellte Radkammer im Abgasführungsabschnitt vorgesehen, in welcher das Turbinenrad drehbar aufgenommen ist. Stromab der Radkammer weist der Abgasführungsabschnitt einen nicht näher dargestellten Austrittskanal zum Entweichen des Abgases aus dem Abgasführungsabschnitt auf.Downstream of the inlet duct, a spiral duct (not shown in detail) is arranged in the exhaust gas guide section, which serves to provide a rotationally symmetrical flow. Furthermore, the spiral channel is designed as a connecting channel between the inlet channel and a nozzle channel (not shown in more detail) which is positioned downstream of the spiral channel. Downstream of the nozzle channel, a wheel chamber (not shown in detail) is provided in the exhaust gas guide section, in which the turbine wheel is rotatably received. Downstream of the wheel chamber, the exhaust gas guide section has an outlet channel (not shown in more detail) for the escape of the exhaust gas from the exhaust gas guide section.

Damit sowohl bei niedrigen Lasten und niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine als auch bei hohen Lasten und hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine ein größtmöglicher Abgasturboladerwirkungsgrad erreichbar ist, ist das Abgas mit Hilfe eines gemäß der 1 bis 3 ausgebildeten erfindungsgemäßen verstellbar ausgebildeten Leitapparates 1 konditionierbar, welcher im Abgasführungsabschnitt angeordnet ist.So that the greatest possible exhaust gas turbocharger efficiency can be achieved at low loads and low engine speeds as well as at high loads and high engine speeds, the exhaust gas with the aid of a 1 to 3rd trained adjustable guide device according to the invention 1 can be conditioned, which is arranged in the exhaust gas guide section.

Das erfindungsgemäße verstellbare Leitschaufelsystem 1 ist in den 1 bis 3 in verschiedenen Einstellungen in einer Axialschnittansicht schematisch illustriert. Das erfindungsgemäße Leitschaufelsystem 1 weist eine Längsachse 2 auf, welche koaxial mit einer Drehachse des Turbinenrades angeordnet ist, um die das Turbinenrad drehbar ist. Die Axialschnitte liegen in einer Ebene des Leitschaufelsystems 1, die durch ein der Ebene zugewandt ausgebildetes axiales Ende 3 einer Leitschaufel 4 des Leitschaufelsystems 1 gekennzeichnet ist.The adjustable guide vane system according to the invention 1 is in the 1 to 3rd schematically illustrated in different settings in an axial sectional view. The guide vane system according to the invention 1 has a longitudinal axis 2nd on, which is arranged coaxially with an axis of rotation of the turbine wheel about which the turbine wheel is rotatable. The axial cuts lie in one plane of the guide vane system 1 , which is formed by an axial end facing the plane 3rd a guide vane 4th of the guide vane system 1 is marked.

Das verstellbare Leitschaufelsystem 1 weist eine Vielzahl von Leitschaufeln 4 auf, die in Umfangsrichtung 5 beabstandet voneinander, jeweils an einem zugehörigen Halterungspunkt 6 in Richtung des Pfeils 7 schwenkbar, angeordnet sind. Im vorliegenden ersten Ausführungsbeispiel ist der Halterungspunkt 6 in einer Schaufelmitte 8 an der Leitschaufel 4 angeordnet. Ebenso könnte der Halterungspunkt 6 auch an einem ersten Schaufelende 9, wie es in 4, einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen verstellbaren Leitschaufelsystems 1 illustriert ist, oder an einem dem ersten Schaufelende 9 gegenüberliegenden zweiten Schaufelende 10 der Leitschaufel 4, wie es in einem nicht näher dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen verstellbaren Leitschaufelsystems 1 vorgesehen ist, oder an irgendeiner anderen Stelle der Leitschaufel 4 ausgebildet sein. Damit ist eine große Flexibilität hinsichtlich des Designs und der Konstruktion ermöglicht.The adjustable guide vane system 1 has a variety of vanes 4th on that in the circumferential direction 5 spaced from each other, each at an associated mounting point 6 in the direction of the arrow 7 pivotable, are arranged. In the present first exemplary embodiment, the mounting point is 6 in the middle of a bucket 8th on the guide vane 4th arranged. The mounting point could also be 6 also at a first bucket end 9 as it is in 4th , a second embodiment of the adjustable guide vane system according to the invention 1 is illustrated, or at one of the first blade ends 9 opposite second blade end 10th the guide vane 4th as is the case in a further exemplary embodiment of the adjustable guide vane system according to the invention, which is not shown in detail 1 is provided, or at any other point on the guide vane 4th be trained. This allows great flexibility in terms of design and construction.

Jede einzelne Leitschaufel 4 ist mit Hilfe einer Leitschaufelwelle 11 drehbar in einem Lagerring 12 aufgenommen. Die jeweiligen Leitschaufelwellen 11 erstrecken sich somit entlang der Längsachse 2 und erlauben eine Verschwenkung bzw. Verkippung der jeweiligen Leitschaufel 4 um eine Querschnittsflächengröße der Durchströmquerschnitte 13, durch welche das Abgas zu dem Turbinenrad einströmt, in ihren Größen einzustellen bzw. zu verstellen. In 1 ist das erfindungsgemäße Leitschaufelsystem 1 in einer Schließposition dargestellt. Somit weisen die zwischen den einzelnen Leitschaufeln 4 ausgebildeten Durchströmquerschnitte 13 einen Wert Null auf.Every single vane 4th is with the help of a guide vane shaft 11 rotatable in a bearing ring 12th added. The respective guide vane shafts 11 thus extend along the longitudinal axis 2nd and allow the respective guide blade to be pivoted or tilted 4th by a cross-sectional area size of the flow cross-sections 13 , through which the exhaust gas flows to the turbine wheel, to adjust or adjust their sizes. In 1 is the guide vane system according to the invention 1 shown in a closed position. They thus point between the individual guide vanes 4th trained flow cross-sections 13 a value of zero.

Das Leitschaufelsystem 1 weist ferner ein Koppelstangensystem 14 auf, über das in Umfangsrichtung 5 benachbarte Leitschaufeln 4 jeweils miteinander gekoppelt sind, wobei über das Koppelstangensystem 14 eine Verschwenkung einer der Leitschaufel 4 um den jeweiligen Halterungspunkt 6 um einen bestimmten Schwenkwinkel α zu einer Verschwenkung aller anderen Leitschaufeln 4 um den gleichen Schwenkwinkel α führt.The guide vane system 1 also has a coupling rod system 14 on, about that in the circumferential direction 5 adjacent guide vanes 4th are each coupled to one another, with the coupling rod system 14 a pivoting of one of the guide vanes 4th around the respective mounting point 6 by a certain swivel angle α to pivot all other guide vanes 4th around the same swivel angle α leads.

Zur Verschwenkung einer der Leitschaufeln 4 kann ein nicht näher dargestellter Aktuator, an einem nicht näher dargestellten Gehäuseteil des Abgasführungsabschnitts fest angebracht sein, welcher ausgebildet ist, die eine Leitschaufel 4, welche im Uhrzeigersinn in Umfangsrichtung 5 mit ausschließlich einer Leitschaufel 4 gekoppelt ist, um den Halterungspunkt 6 zu verschwenken. Das heißt mit anderen Worten, dass eine mit Hilfe des Aktuators herbeigeführte Bewegungsinitiierung zur Verstellung der Leitschaufeln 4 nur über eine der vielen Leitschaufeln 4 erfolgt, wobei diese mit Hilfe des Koppelstangensystems 14 über mehrere Koppelstangen 15, 16, 17 des Koppelstangensystems 14 mit den anderen Leitschaufeln 4 wirkverbunden sind. Das Koppelstangensystem 14 weist zumindest eine erste Koppelstange 15, eine zweite Koppelstange 16 und eine dritte Koppelstange 17 auf, wobei jeweils eine dieser drei Koppelstangen 15, 16, 17 jeweils einer Leitschaufel 4 zugeordnet ist.For swiveling one of the guide vanes 4th For example, an actuator (not shown in detail) can be fixedly attached to a housing part of the exhaust gas guide section (not shown in detail), which is designed to form a guide vane 4th which are clockwise in the circumferential direction 5 with only one guide vane 4th is coupled to the mounting point 6 to pivot. In other words, this means that a movement initiation, brought about with the aid of the actuator, for adjusting the guide vanes 4th just over one of the many guide vanes 4th takes place, this with the help of the coupling rod system 14 over several coupling rods 15 , 16 , 17th of the coupling rod system 14 with the other guide vanes 4th are connected. The coupling rod system 14 has at least a first coupling rod 15 , a second coupling rod 16 and a third coupling rod 17th on, one of each of these three coupling rods 15 , 16 , 17th one guide vane each 4th assigned.

Das Koppelstangensystem 14 weist somit jeweils für jede Leitschaufel 4 eine erste Koppelstange 15 und eine zweite Koppelstange 16 auf, die jeweils an einem ihrer einander zugewandt ausgebildeten Enden 18, 19 schwenkbar an einem Koppelpunkt 20 einer der jeweiligen Leitschaufeln 4 angebracht sind. Ferner weist das Koppelstangensystem 14 für jede der Leitschaufeln 4 ein bewegliches Schwenkgelenk 21 auf, über das die erste Koppelstange 15 der Leitschaufel 4 mit der zweiten Koppelstange 16 einer in Umfangsrichtung 5 direkt benachbarten Leitschaufel 4 jeweils an ihren zweiten Enden 22, 23 schwenkbar miteinander verbunden sind. Die beweglichen Schwenkgelenke 21 sind frei beweglich und verändern ihre radiale Position und Umfangsposition bei Verschwenkung einer der Leitschaufeln 4 um den jeweiligen Halterungspunkt 6.The coupling rod system 14 thus points for each guide vane 4th a first coupling rod 15 and a second coupling rod 16 on, each at one of their mutually facing ends 18th , 19th swiveling at a coupling point 20th one of the respective guide vanes 4th are attached. The coupling rod system also has 14 for each of the vanes 4th a movable swivel joint 21 on which the first coupling rod 15 the guide vane 4th with the second coupling rod 16 one in the circumferential direction 5 directly adjacent guide vane 4th at their second ends 22 , 23 are pivotally connected. The movable swivel joints 21 are freely movable and change their radial position and circumferential position when one of the guide vanes is pivoted 4th around the respective mounting point 6 .

Das Koppelstangensystem 14 weist jeweils für jede Leitschaufel 4 die dritte Koppelstange 17 auf, die an ihrem ersten Ende 24 mit dem Halterungspunkt 6 und an ihrem zweiten Ende 25 mit dem Koppelpunkt 20 und der Leitschaufel 4 z.B. fest verbunden ist.The coupling rod system 14 points for each vane 4th the third coupling rod 17th on that at their first end 24th with the mounting point 6 and at its second end 25th with the crosspoint 20th and the guide vane 4th eg is firmly connected.

Zumindest eine der Leitschaufeln 4 ist mit einem Aktuator gekoppelt, der ausgebildet ist, die jeweilige dritte Koppelstange 17 und/oder die jeweilige Leitschaufel 4 jeweils an dem Halterungspunkt 6 in Umfangsrichtung 5 zu verschwenken.At least one of the vanes 4th is coupled to an actuator, which is designed, the respective third coupling rod 17th and / or the respective guide vane 4th each at the mounting point 6 in the circumferential direction 5 to pivot.

Alle Stangen 15, 16, 17 des Koppelstangensystems 14 sind gerade ausgebildet und die Stangen 15, 16, 17 können unterschiedliche Längen aufweisen. Der in den 1 bis 3 illustrierte Axialschnitt, in welchem insbesondere das Koppelstangensystem 14 mit der Vielzahl von Stangen 15, 16, 17 liegt, liegt in einem axialen Bereich, in dem die Leitschaufeln 4 liegen. Dadurch kann der Bauraum relativ gering gehalten werden. Ebenso könnten die Stangen 15, 16, 17 zwischen den Gelenkpunkten beliebig geformt ausgebildet sein.All poles 15 , 16 , 17th of the coupling rod system 14 are just trained and the poles 15 , 16 , 17th can have different lengths. The one in the 1 to 3rd Illustrated axial section, in which in particular the coupling rod system 14 with the multitude of poles 15 , 16 , 17th lies in an axial area in which the guide vanes 4th lie. This allows the installation space to be kept relatively small. The rods could as well 15 , 16 , 17th be of any shape between the articulation points.

In dem in der 4 illustrierten Ausführungsbeispiel liegt der jeweilige Koppelpunkt 20 radial, d.h. entlang der radialen Richtung, weiter außen, mit anderen Worten weiter weg von der Schaufelwelle 11 als der jeweilige Halterungspunkt 6. Damit kann ein genügend großer Hebelarm ermöglicht werden, um eine leichte Verstellung der Leitschaufeln zu ermöglichen.In the in the 4th illustrated embodiment is the respective crosspoint 20th radial, ie along the radial direction, further out, in other words further away from the blade shaft 11 than the respective mounting point 6 . This allows a sufficiently large lever arm to enable easy adjustment of the guide vanes.

Die 1 bis 3 illustrieren das verstellbare Leitschaufelsystem 1 bei Einstellung verschiedener Schwenkwinkel α. Hierbei ist der Schwenkwinkel α als der Winkel zwischen einer durch den jeweiligen Halterungspunkt 6 laufenden Radialrichtung und der Erstreckungsrichtung der jeweiligen dritten Koppelstange 17 definiert. Andere Definitionen des Schwenkwinkels α sind möglich, etwa als ein Winkel zwischen der Erstreckungsrichtung der Leitschaufel 4 und einer Tangente an das Turbinenrad bzw. an einen Gehäuseabschnitt.The 1 to 3rd illustrate the adjustable guide vane system 1 when setting different swivel angles α . Here is the swivel angle α than the angle between one through the respective mounting point 6 current radial direction and the direction of extension of the respective third coupling rod 17th Are defined. Other definitions of the swivel angle α are possible, for example as an angle between the direction of extension of the guide vane 4th and a tangent to the turbine wheel or to a housing section.

Die Vergrößerung des Schwenkwinkels α führt dazu, dass die Durchströmquerschnitte 13 in ihrer Größe verkleinert werden. Dabei bewegt sich das bewegliche Schwenkgelenk 21 radial nach innen sowie auch in Umfangsrichtung 5. Ein nächster Winkel γ zwischen der ersten Koppelstange 15 einer Leitschaufel 4 und einer damit über das bewegliche Schwenkgelenk 21 gekoppelten zweiten Koppelstange 16 einer in Umfangsrichtung 5 benachbarten Leitschaufel 4 verringert sich bei einem sich vergrößernden Schwenkwinkel α. Ein weiterer Winkel δ zwischen der dritten Koppelstange 17 und der zweiten Koppelstange 16 einer jeden Leitschaufel 4 bleibt jedoch für verschiedene Einstellungen des Schwenkwinkels α gleich.The enlargement of the swivel angle α leads to the flow cross-sections 13 be reduced in size. The movable swivel joint moves 21 radially inwards and also in the circumferential direction 5 . A next angle γ between the first coupling rod 15 a guide vane 4th and one with the movable swivel joint 21 coupled second coupling rod 16 one in the circumferential direction 5 neighboring vane 4th decreases with an increasing swivel angle α . Another angle δ between the third coupling rod 17th and the second coupling rod 16 of each vane 4th remains for different settings of the swivel angle α equal.

Herkömmlich besteht ein Leitschaufelsystem mit variabler Geometrie aus mehreren Ebenen. Die Übertragung und Synchronisation der Bewegung erfolgt herkömmlich durch einen Antriebsring mit einer Extraebene und Extra-Führungselementen. Über Leitschaufelverbindungsplatten wird die Bewegung des Antriebsringes über die Leitschaufelwelle 11 durch den Lagerring 12 hindurch an die Leitschaufeln 4 übertragen. Diese herkömmlich erforderliche Ebene erfordert einen großen Fertigungsaufwand und vergrößert den benötigten Bauraum.Conventionally, a guide vane system with variable geometry consists of several levels. The transmission and synchronization of the movement takes place conventionally through a drive ring with an extra level and extra guide elements. The movement of the drive ring over the guide vane shaft is controlled by guide vane connecting plates 11 through the bearing ring 12th through to the guide vanes 4th transfer. This conventionally required level requires a large manufacturing effort and increases the space required.

Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird durch speziell geformte Hebel an den Düsen bzw. durch Koppelstangen die Bewegung der Düsen direkt in der Düsenebene übertragen. Die Koppelelemente können in Form und Lage mit den Methoden der Synthese ebener Koppelgetriebe definiert werden. Dadurch wird das Leitschaufelsystem mit variabler Geometrie flacher, leichter und einfacher zu fertigen. Die Anzahl der Einzelteile verringert sich und Durchgangsbohrungen durch den Düsenring sind nicht mehr nötig. Die Bearbeitung der Oberseite des Düsenringes kann weitgehend entfallen und der Düsenring kann dünner ausgeführt werden.According to embodiments of the present invention, the movement of the nozzles is transmitted directly in the nozzle plane by means of specially shaped levers on the nozzles or by coupling rods. The coupling elements can be defined in shape and position using the methods of synthesizing flat coupling gears. This makes the guide vane system with variable geometry flatter, lighter and easier to manufacture. The number of individual parts is reduced and through holes through the nozzle ring are no longer necessary. The machining of the top of the nozzle ring can largely be dispensed with and the nozzle ring can be made thinner.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102014203498 A1 [0003]
DE 102007055224 A1 [0004]

Claims

Adjustable guide vane system for an exhaust gas turbocharger, comprising: a plurality of guide vanes (4) which are pivotally mounted at a mounting point (6) at a spacing from one another in the circumferential direction (5), a coupling rod system (14), via which guide vanes (4) adjacent in the circumferential direction (5) are each coupled to one another, with the coupling rod system (14) pivoting a guide vane (4) around the mounting point (6) by a pivoting angle (a) a pivoting of all other guide vanes (4) by the pivoting angle (a).

Adjustable guide vane system according to Claim 1 , characterized in that the coupling rod system (14) has a plurality of coupling rods (15, 16, 17) which are each pivotably attached to a coupling point (20) of each guide vane (4).

Adjustable guide vane system according to Claim 1 or 2nd , characterized in that the coupling rod system (14) has for almost each or each guide vane (4): a first coupling rod (15) and a second coupling rod (16) which can pivot on the coupling point (20) of a respective guide vane (4) are attached, and a movable swivel joint (21) via which the first coupling rod (15) of a guide vane (4) is pivotally connected to one another with the second coupling rod (16) of a guide vane (4) directly adjacent in the circumferential direction (5).

Adjustable guide vane system according to one of the preceding claims, characterized in that the coupling rod system (14) for each guide vane (4) further comprises: a third coupling rod (17) which is connected to the mounting point (6) and at a first end (24) is connected to the coupling point (20) at a second end (25); and for at least one of the guide blades (4), in particular an actuator, which is designed to pivot the third coupling rod (17) and / or the guide blade (4) in each case at the mounting point (6) in one direction (7).

Adjustable guide vane system according to one of the preceding claims, characterized in that the first coupling rod (15) is longer than the second coupling rod (16) and all coupling rods (15, 16, 17) of the coupling rod system (14) are, in particular, straight.

Adjustable guide vane system according to one of the preceding claims, characterized in that the coupling rod system (14) lies essentially in an axial plane which is arranged essentially centrally to an axial region in which the guide vanes (4) lie, overlapping.

Adjustable guide vane system according to one of the preceding claims, characterized in that for defining the position of the mounting point (6) and / or the coupling point (20) and / or the lengths of the first coupling rod (15) and / or the second coupling rod (16) and / or the third coupling rod (17) method flat coupling gear can be used.

Adjustable guide vane system according to one of the preceding claims, characterized in that the mounting point (6) is arranged in each case at a radially inner end of the guide vane (4) or the mounting point (6) is arranged in each case on a radially central region of the guide vane (4).

Adjustable guide vane system according to one of the preceding claims, characterized in that the coupling point (20) lies radially further outward than the mounting point (6), a distance between the coupling point (20) and the mounting point (6) being greater than a minimum distance.

Exhaust gas turbocharger, comprising an exhaust gas guide section with a rotatable turbine wheel with turbine blades, and with an air guide section comprising a rotatable compressor wheel with compressor blades, the compressor wheel being coupled to the turbine wheel by means of a shaft, and with an adjustable guide vane system (1), characterized in that adjustable guide vane system (1) according to one of the Claims 1 to 9 is configured, and with an actuator, which is designed to rotate a guide vane around the mounting point (6), for setting a flow cross-section (13) between guide vanes (4) of the adjustable guide vane system (1).