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HINTERGRUND
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Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Turbolader.
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Beschreibung des Standes des Technik
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Wie in der Internationalen Veröffentlichung JPWO 2012/131997 A1 beschrieben ist, ist ein Turbinenrad in einem Turbinengehäuse eines Turboladers untergebracht und wird durch den Abgasstrom gedreht. Im Turbinengehäuse ist ein Bypasskanal definiert, um das Turbinenrad zu umgehen, indem ein Abgasvorlaufabschnitt mit einem Abgasnachlaufabschnitt in Bezug auf das Turbinenrad verbunden wird. Außerdem ist am Turbinengehäuse ein Wastegate bzw. Ladedruckregelventil angebracht, um das stromabwärts gelegene Ende des Bypasskanals selektiv zu öffnen und zu schließen. Das Wastegate ist mit einem Stellglied gekoppelt, das das Wastegate über einen Verbindungsmechanismus selektiv öffnet und schließt.
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Wenn im Turbolader die Antriebskraft des Stellglieds kontinuierlich auf den Verbindungsmechanismus aufgebracht wird, wird der Verbindungsmechanismus in einigen Fällen verformt. Insbesondere wird in einigen Fällen, um das Wastegate zu veranlassen, den Bypasskanal in einem vollständig geschlossenen Zustand zu halten, kontinuierlich Kraft in Schließrichtung auf das Wastegate ausgeübt, so dass das Wastegate aufgrund des Abgasdrucks im Bypasskanal nicht geöffnet werden kann. In dieser Phase ist das Wastegate vollständig geschlossen und kann sich nicht weiter in Schließrichtung bewegen. Die Kraft, die das Wastegate in Schließrichtung antreibt, wird somit kontinuierlich auf den Verbindungsmechanismus ausgeübt. Der Verbindungsmechanismus des Turboladers muss daher so konfiguriert sein, dass er sich durch die Kraft, die das Wastegate in Schließrichtung antreibt, nicht leicht verformt.
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KURZFASSUNG
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In einem allgemeinen Aspekt wird ein Turbolader vorgeschlagen, der ein Turbinengehäuse, das ein Turbinenrad aufnimmt, einen im Turbinengehäuse definierten Bypasskanal, ein Wastegate bzw. Ladedruckregelventil, einen Verbindungsmechanismus und ein Stellglied beinhaltet. Der Bypasskanal verbindet einen Abgasvorlaufabschnitt bzw. stromaufwärtigen Abgasabschnitt mit einem Abgasnachlaufabschnitt bzw. stromabwärtigen Abgasabschnitt in Bezug auf das Turbinenrad und umgeht so das Turbinenrad. Das Wastegate ist am Turbinengehäuse angebracht, um ein stromabwärts gelegenes Ende des Bypasskanals selektiv zu öffnen und zu schließen. Der Verbindungsmechanismus ist mit dem Wastegate gekoppelt, um die Antriebskraft auf das Wastegate zu übertragen. Das Stellglied ist mit dem Verbindungsmechanismus gekoppelt. Das Turbinengehäuse weist einen Ventilsitzabschnitt in einer Innenwandfläche des Turbinengehäuses auf. Das Wastegate beinhaltet ein Ventilelement und eine Welle. Das Ventilelement berührt den Ventilsitzabschnitt zu dem Zeitpunkt, zu dem der Bypass-Kanal vollständig geschlossen ist. Die Welle erstreckt sich vom Ventilelement und wird durch einen Wandabschnitt des Turbinengehäuses schwenkbar gelagert. Der Verbindungsmechanismus beinhaltet eine längliche Verbindungsstange und einen Verbindungsarm. Die längliche Verbindungsstange bewegt sich von einer Seite zur anderen in Längsrichtung der Verbindungsstange durch Aufnahme der Antriebskraft des Stellglieds. Der Verbindungsarm ist mit der Verbindungsstange gekoppelt, wandelt die Bewegung der Verbindungsstange in eine Drehung um und überträgt die Drehung auf die Welle. Die Längsrichtung der Verbindungsstange in einem Zustand, in dem der Bypasskanal vollständig geschlossen ist, ist als eine Breitenrichtung des Verbindungsarms definiert. Eine Kopplungsmittelposition in dem Verbindungsarm, mit der die Verbindungsstange gekoppelt ist, befindet sich in einem Positionsversatz in einer Richtung, in der sich die Verbindungsstange bewegt, um das Wastegate von einer Mitte des Verbindungsarms in Breitenrichtung zu öffnen.
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In der oben beschriebenen Konfiguration weist der Verbindungsarm eine große Breite (Abmessung) auf der Seite auf, auf der die Antriebskraft auf den Verbindungsarm aufgebracht wird, wenn das Wastegate in Schließrichtung angetrieben wird. Selbst wenn die Kraft zum Zeitpunkt der vollständigen Schließung des Bypasskanals kontinuierlich auf den Verbindungsarm ausgeübt wird, ist es daher unwahrscheinlich, dass es zu einer Verformung des Verbindungsarms kommt.
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In der vorstehend beschriebenen Konfiguration kann in Bezug auf eine imaginäre gerade Linie, die die Kopplungsmittelposition in dem Verbindungsarm, mit der die Verbindungsstange gekoppelt ist, mit einer Kopplungsmittelposition in dem Verbindungsarm verbindet, mit der die Welle gekoppelt ist, eine Mittellinie des Verbindungsarms in einer Querrichtung, die orthogonal zu einer Erstreckungsrichtung des Verbindungsarms ist, gekrümmt sein, so dass sie in eine Richtung vorsteht, in welche sich die Verbindungsstange bewegt, um den Bypasskanal vollständig zu schließen.
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In der oben beschriebenen Konfiguration ist der Verbindungsarm gekrümmt. Infolgedessen neigt die Kraft, die zum Zeitpunkt des Antriebs des Wastegates in Schließrichtung auf den Verbindungsarm ausgeübt wird, dazu, im gesamten Verbindungsarm verteilt zu werden. Daher ist es unwahrscheinlich, dass sich die Kraft auf einen bestimmten Abschnitt des Verbindungsarms konzentriert und den Verbindungsarm verformt.
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In der vorstehend beschriebenen Konfiguration beinhaltet das Turbinengehäuse einen Befestigungsflansch, der konfiguriert ist, um das Turbinengehäuse an einem Element zu befestigen, das sich auf einer Abgasvorlaufseite bzw. stromaufwärtigen Abgasseite befindet. Der Befestigungsflansch weist ein Bolzen- bzw. Schraubenloch auf, das sich durch den Befestigungsflansch erstreckt, wobei eine Schraube durch das Schraubenloch eingeführt ist. Bei Betrachtung in Richtung einer Mittelachse des Schraubenlochs befindet sich zumindest ein Teil des Schraubenlochs in einem Bereich eines imaginären Dreiecks, das, in einem Zustand, bei dem der Bypasskanal vollständig geschlossen ist, von der Kopplungsmittelposition in dem Verbindungsarm, mit der die Verbindungsstange gekoppelt ist, der Kopplungsmittelposition in dem Verbindungsarm, mit der die Welle gekoppelt ist, und einem dem Verbindungsarm gegenüberliegenden Ende der Verbindungsstange umgeben ist. Eine Kante des Verbindungsarms, die sich innerhalb des imaginären Dreiecks befindet, kann gekrümmt sein, so dass sie aus dem imaginären Dreieck nach außen ragt.
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In dieser Konfiguration ist eine Kante, die sich innerhalb des imaginären Dreiecks im Verbindungsarm befindet, d.h. eine Kante, die sich auf der Seite befindet, auf der sich das Schraubenloch befindet, vom imaginären Dreieck nach außen gebogen. Dies erleichtert das Sicherstellen eines Raums für ein Werkzeug, wie beispielsweise einen Schraubenschlüssel, beim Einsetzen einer Schraube durch das Schraubenloch und beim Befestigen der Schraube mit dem Werkzeug.
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Weitere Merkmale und Aspekte ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors.
- 2 ist eine Querschnittsansicht des Turboladers.
- 3 ist eine Frontansicht des Turboladers.
- 4 ist eine Frontansicht des Verbindungsarms.
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In den Zeichnungen und der detaillierten Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente. Die Zeichnungen brauchen hierbei nicht maßstabsgetreu sein, und die relative Größe, die Proportionen und die Darstellung der Elemente in den Zeichnungen können aus Gründen der Übersichtlichkeit, Illustration und Bequemlichkeit übertrieben sein.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Diese Beschreibung bietet ein umfassendes Verständnis der beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und/oder Systeme. Änderungen und Äquivalente der beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und/oder Systeme sind für den Fachmann ersichtlich. Die Arbeitsabläufe sind exemplarisch und können so geändert werden, wie sie für den Fachmann ersichtlich sind, Abgesehen von Arbeitsabläufen, die notwendigerweise in einer bestimmten Reihenfolge erfolgen. Beschreibungen von Funktionen und Konstruktionen, die dem Fachmann wohlbekannt sind, können weggelassen werden.
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Beispielhafte Ausführungsformen können unterschiedliche Formen haben und sind nicht auf die beschriebenen Beispiele beschränkt. Die beschriebenen Beispiele sind jedoch gründlich und vollständig und vermitteln dem Fachmann den vollen Umfang der Erfindung.
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Eine Ausführungsform wird nun mit Bezug auf die 1 bis 4 beschrieben. Zunächst wird die Konfiguration eines Verbrennungsmotors 100 eines Fahrzeugs schematisch beschrieben.
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Wie in 1 dargestellt, weist der Motor 100 einen Ansaugkanal 11 auf. Ansaugluft strömt von außerhalb des Motors 100 in den Ansaugkanal 11. Ein Zylinder 12 ist mit dem Ansaugkanal 11 verbunden, um Kraftstoff mit der Ansaugluft zu vermischen und das Gemisch zu verbrennen. Ein Abgaskanal 13 ist mit dem Zylinder 12 verbunden und leitet das Abgas aus dem Zylinder 12 ab.
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Der Motor 100 beinhaltet einen Turbolader 20, um die Ansaugluft unter Verwendung eines Abgasstroms zu verdichten. Der Turbolader 20 hat ein Verdichtergehäuse 21 und ein Turbinengehäuse 30. Das Verdichtergehäuse 21 ist am Ansaugkanal 11 angebracht und das Turbinengehäuse 30 ist am Abgaskanal 13 angebracht. Das Verdichtergehäuse 21 und das Turbinengehäuse 30 sind über ein Lagergehäuse 22 des Turboladers 20 miteinander verbunden.
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Ein Turbinenrad 78 ist im Turbinengehäuse 30 untergebracht und wird durch den Abgasstrom gedreht. Ein Ende einer Kupplungswelle 77 ist mit dem Turbinenrad 78 verbunden. Im Lagergehäuse 22 ist ein Mittelteil in Axialrichtung der Kupplungswelle 77 untergebracht. Die Kupplungswelle 77 ist durch ein nicht gezeigtes Lager im Lagergehäuse 22 drehbar gelagert. Ein Verdichterrad 76 ist mit dem anderen Ende der Kupplungswelle 77 verbunden und im Verdichtergehäuse 21 untergebracht.
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Das Turbinengehäuse 30 des Turboladers 20 und die zum Turbinengehäuse 30 gehörenden Konfigurationen werden im Folgenden näher beschrieben.
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Wie in 2 dargestellt, beinhaltet das Turbinengehäuse 30 einen zylindrischen Rohrabschnitt 30B und einen bogenförmigen Abschnitt bzw. Bogenabschnitt 30A. Der Rohrabschnitt 30B erstreckt sich in axialer Richtung des Turbinenrades 78. Der Bogenabschnitt 30A erstreckt sich in einer Weise, die den Außenumfang des Rohrabschnitts 30B umgibt. Im Bogenabschnitt 30A des Turbinengehäuses 30 ist ein Schneckengang 31 definiert, um Abgas von außen einzubringen. Der Schneckengang 31 erstreckt sich in Umfangsrichtung um die Drehachse des Turbinenrades 78, d.h. die Drehachse der Kupplungswelle 77, in einer das Turbinenrad 78 umgebenden Weise.
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Bezug nehmend auf 3 erstreckt sich ein stromaufwärtsseitiger Flansch 38 vom Bogenabschnitt 30A des Turbinengehäuses 30 nach außen. Der stromaufwärtsseitige Flansch 38 befindet sich am stromaufwärts gelegenen Ende des Schneckengangs 31. Von vorne gesehen ist der stromaufwärtsseitige Flansch 38 im Wesentlichen wie ein Dreieck geformt. Ein Bolzen- bzw. Schraubenloch 38a zur Aufnahme einer nicht gezeigten Schraube erstreckt sich durch jeden der Scheitelabschnitte des durch den stromaufwärtsseitigen Flansch 38 definierten Dreiecks in Dickenrichtung. Durch das Einsetzen von nicht gezeigten Schrauben durch die Schraubenlöcher 38a wird der stromaufwärtsseitige Flansch 38 des Turbinengehäuses 30 am Abgaskanal 13 auf der stromaufwärts gelegenen Seite des Turbinengehäuses 30 befestigt. In der vorliegenden Ausführungsform entspricht der stromaufwärtsseitige Flansch 38 einem Befestigungsflansch.
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Bezug nehmend auf 2 ist im Rohrabschnitt 30B des Turbinengehäuses 30 ein im Wesentlichen säulenförmiger Aufnahmebereich 32 zur Aufnahme des Turbinenrades 78 definiert. Der Aufnahmebereich 32 ist mit dem stromabwärts gelegenen Ende des Schneckengangs 31 verbunden. Im Rohrabschnitt 30B des Turbinengehäuses 30 ist ein Auslasskanal 33 definiert, um das Abgas nach außen zu leiten. Der Auslasskanal 33 ist mit dem Aufnahmebereich 32 im Wesentlichen in Richtung der Drehachse des Turbinenrades 78 verbunden. Ein stromabwärtsseitiger Flansch 39 erstreckt sich vom Rohrabschnitt 30B des Turbinengehäuses 30 nach außen. Der stromabwärtsseitige Flansch 39 befindet sich am stromabwärts gelegenen Ende des Auslasskanals 33. Der stromabwärtsseitige Flansch 39 des Turbinengehäuses 30 wird von einem nicht gezeigten Klemmelement gehalten und somit am Abgaskanal 13 auf der stromabwärts gelegenen Seite des Turbinengehäuses 30 befestigt.
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Das Abgas strömt durch den Schneckengang 31 im Turbinengehäuse 30 und wird dann auf das Turbinenrad 78 geblasen. Das Abgas strömt dann durch den Auslasskanal 33 im Turbinengehäuse 30 und wird so in den Abgaskanal 13 auf der stromabwärts gelegenen Seite des Turbinengehäuses 30 geleitet. Wenn das Abgas durch den Schneckengang 31 auf das Turbinenrad 78 geblasen wird, dreht das Abgas das Turbinenrad 78. Dieses dreht das Verdichterrad 76 durch die Kupplungswelle 77 und bewirkt so eine Zwangsansaugung der Ansaugluft.
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Im Turbinengehäuse 30 ist ein Bypasskanal 34 definiert, der den Schneckengang 31 mit dem Auslasskanal 33 verbindet. Das heißt, der Bypasskanal 34 verbindet einen Abgasvorlaufabschnitt bzw. stromaufwärtigen Abgasabschnitt mit einem Abgasnachlaufabschnitt bzw. stromabwärtigen Abgasabschnitt in Bezug auf das Turbinenrad 78 und umgeht so das Turbinenrad 78. Der Bypasskanal 34 ist ein Loch mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt und erstreckt sich durch einen Wandabschnitt, der den Schneckengang 31 und den Auslasskanal 33 voneinander trennt. Das Turbinengehäuse 30 weist einen Ventilsitzabschnitt 36 auf einer Innenwandfläche des Turbinengehäuses 30 auf. Insbesondere ist der Ventilsitzabschnitt 36 die stromabwärtsseitige Öffnung des Bypasskanals 34 umgebend auf der Innenwandfläche des Turbinengehäuses 30 angeordnet.
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Wie in 2 dargestellt, ist im Auslasskanal 33 im Turbinengehäuse 30 ein Wastegate bzw. Ladedruckregelventil 40 angeordnet, um das stromabwärts gelegene Ende des Bypasskanals 34 selektiv zu öffnen und zu schließen. Bezug nehmend auf 1 ist das Wastegate 40 über einen Verbindungsmechanismus 50 mit einem Stellglied 60 gekoppelt. Der Verbindungsmechanismus 50 überträgt die Antriebskraft des Stellglieds 60 auf das Wastegate 40. Wie in 3 dargestellt, ist das Stellglied 60 an einer Außenwandfläche des Verdichtergehäuses 21 befestigt. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Stellglied 60 ein Elektromotor.
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Wie in 3 dargestellt, ist ein erstes Ende eines im Wesentlichen rechteckigen, plattenförmigen Verbindungselements 53 an einer Ausgangs- bzw. Abtriebswelle 61 des Stellglieds 60 befestigt. Ein zweites Ende des Verbindungselements 53 ist mit einem ersten Ende einer Verbindungsstange 52 mit einer insgesamt länglichen Form über einen Kupplungsstift 57 gekoppelt. Das erste Ende der Verbindungsstange 52 ist relativ zum zweiten Ende des Verbindungselements 53 schwenkbar. Die Verbindungsstange 52 erstreckt sich vom Verdichtergehäuse 21 zum Turbinengehäuse 30. Ein Verbindungsarm 51 ist über einen Kupplungsstift 56 mit einem zweiten Ende der Verbindungsstange 52 gekoppelt. In der vorliegenden Ausführungsform konfigurieren der Verbindungsarm 51, die Verbindungsstange 52, das Verbindungselement 53, der Kupplungsstift 56 und der Kupplungsstift 57 den Verbindungsmechanismus 50.
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Bezug nehmend auf 4 erstreckt sich der Verbindungsarm 51 insgesamt bogenförmig gekrümmt. Eine Kupplungsbohrung 51c erstreckt sich in Dickenrichtung durch ein erstes Ende des Verbindungsarms 51 in Erstreckungsrichtung. Wie in 3 dargestellt, wird der Kupplungsstift 56 durch die Kupplungsbohrung 51c gesteckt. Das erste Ende des Verbindungsarms 51 ist schwenkbar mit dem zweiten Ende der Verbindungsstange 52 durch den Kupplungsstift 56 gekoppelt, der durch das Kupplungsloch 51c eingeführt ist. Bezug nehmend auf 4 erstreckt sich ein Befestigungsloch 51d in Dickenrichtung durch den Verbindungsarm 51 an einer von dem Kupplungsloch 51c in Längsrichtung beabstandeten Position.
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Wie in 3 dargestellt, ist eine Welle 41 des Wastegates 40 an der Befestigungsbohrung 51d des Verbindungsarms 51 befestigt. Bezug nehmend auf 2 erstreckt sich die Welle 41 durch einen Wandabschnitt des Turbinengehäuses 30 und weist einen Teil auf, der das Innere des Turbinengehäuses 30 (das Innere des Auslasskanals 33) erreicht. Die Welle 41 wird durch den Wandabschnitt des Turbinengehäuses 30 schwenkbar gelagert. Ein Ventilelement 42 ist am Ende der Welle 41 befestigt, die sich im Turbinengehäuse 30 befindet. Das Ventilelement 42 berührt den Ventilsitzabschnitt 36 des Turbinengehäuses 30.
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Wie durch den durchgezogenen Pfeil in 3 dargestellt, kann die Abtriebswelle 61 des Stellglieds 60 in einer ersten Umfangsrichtung der Abtriebswelle 61 oder gegen den Uhrzeigersinn, wie in der Zeichnung dargestellt, schwenken. Dadurch schwenkt das Verbindungselement 53 in der ersten Umfangsrichtung der Abtriebswelle 61 oder gegen den Uhrzeigersinn, wie in 3 dargestellt. Die Verbindungsstange 52 bewegt sich somit in Längsrichtung der Verbindungsstange 52 auf eine erste Seite, d.h. in der Zeichnung gesehen nach links. Der Verbindungsarm 51 wandelt dann die Längsbewegung der Verbindungsstange 52 in eine Drehung um und schwenkt so in eine erste Umfangsrichtung der Welle 41, die sich wie aus 3 ersichtlich gegen den Uhrzeigersinn befindet. Dadurch schwenkt das Wastegate 40 in der ersten Umfangsrichtung der Welle 41 oder gegen den Uhrzeigersinn, wie in der Zeichnung dargestellt. Das Ventilelement 42 des Wastegates 40 berührt somit den Ventilsitzabschnitt 36 des Turbinengehäuses 30. Auf diese Weise wird das stromabwärts gelegene Ende des Bypasskanals 34 durch das Ventilelement 42 des Wastegates 40 blockiert. Dadurch wird der Bypasskanal 34 in einen vollständig geschlossenen Zustand versetzt.
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Im Gegensatz dazu kann die Abtriebswelle 61 des Stellglieds 60, wie durch den gestrichelten Pfeil in 3 dargestellt, in einer zweiten Umfangsrichtung der Abtriebswelle 61 oder im Uhrzeigersinn, wie in der Zeichnung dargestellt, schwenken. Dadurch schwenkt das Verbindungselement 53 in der zweiten Umfangsrichtung der Abtriebswelle 61 oder im Uhrzeigersinn, wie in 3 dargestellt. Die Verbindungsstange 52 bewegt sich somit auf eine zweite Seite in Längsrichtung der Verbindungsstange 52, d.h. nach rechts, wie in der Zeichnung dargestellt. Der Verbindungsarm 51 wandelt dann die Längsbewegung der Verbindungsstange 52 in eine Drehung um und schwenkt so in eine zweite Umfangsrichtung der Welle 41, die sich wie aus 3 ersichtlich im Uhrzeigersinn befindet. Dadurch wird das Wastegate 40 in der zweiten Umfangsrichtung der Welle 41 oder im Uhrzeigersinn, wie in der Zeichnung dargestellt, geschwenkt. Das Ventilelement 42 des Wastegates 40 löst sich somit vom Ventilsitzabschnitt 36 des Turbinengehäuses 30. Auf diese Weise wird das stromabwärts gelegene Ende des Bypasskanals 34 durch das Ventilelement 42 des Wastegates 40 freigegeben. Der Bypasskanal 34 wird somit in einen offenen Zustand versetzt. Infolgedessen wird in der vorliegenden Ausführungsform die Antriebskraft des Stellglieds 60 über das Verbindungselement 53, die Verbindungsstange 52 und den Verbindungsarm 51 des Verbindungsmechanismus 50 auf die Welle 41 des Wastegates 40 übertragen.
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Als nächstes wird die Form des Verbindungsarms 51 ausführlich beschrieben. In der folgenden Beschreibung ist die Längsrichtung der Verbindungsstange 52 in dem Zustand, in dem das Wastegate 40 den Bypasskanal 34, wie in 3 dargestellt, vollständig verschließt, definiert als die Breitenrichtung W des Verbindungsarms 51.
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Bezug nehmend auf 4 ist der Verbindungsarm 51 insgesamt U-förmig. Der Verbindungsarm 51 weist einen bogenförmig gekrümmten Hauptkörper 51a und einen Anschlagabschnitt 51b auf. Der Anschlagabschnitt 51b erstreckt sich vom Hauptkörper 51a. Die Kupplungsbohrung 51c befindet sich an einem ersten Ende des Hauptkörpers 51a, d.h. am oberen Ende, wie in 4 dargestellt. Der Verbindungsarm 51 ist über die Kupplungsbohrung 51c mit der Verbindungsstange 52 gekoppelt. Das Befestigungsloch 51d befindet sich an einem zweiten Ende des Hauptkörpers 51a, d.h. am unteren Ende, wie in der Zeichnung dargestellt. Die Welle 41 wird über die Befestigungsbohrung 51d befestigt. Der Anschlagabschnitt 51b ragt vom zweiten Ende des Hauptkörpers 51a zu einer ersten Seite in Breitenrichtung W heraus, die in 4 nach rechts zeigt. In der vorliegenden Ausführungsform erstreckt sich bei Betrachtung in Breitenrichtung W der Anschlagabschnitt 51b in der Richtung, in der sich die Verbindungsstange 52 bewegt, um das Wastegate 40 zu öffnen. Ein nicht dargestellter Vorsprung ragt aus dem Rohrabschnitt 30B des Turbinengehäuses 30 heraus. Der Anschlagabschnitt 51b kommt mit dem Vorsprung in Berührung, wenn der Verbindungsarm 51 in der zweiten Umfangsrichtung der Welle 41, der Öffnungsrichtung, schwenkt. Dadurch wird der Drehpunkt des Wastegates 40 in Öffnungsrichtung eingeschränkt.
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Die Position der Mitte der Kupplungsbohrung 51c im Verbindungsarm 51 ist die Kopplungsmittelposition A des Verbindungsarms 51, mit der die Verbindungsstange 52 gekoppelt ist. Die Position der Kupplungsbohrung 51c wird so bestimmt, dass die Kopplungsmittelposition A versetzt in der Richtung liegt, in der sich die Verbindungsstange 52 bewegt, um das Wastegate 40 von der Mitte des Verbindungsarms 51 in der Breitenrichtung W zu öffnen, was in 4 nach rechts gerichtet ist.
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Die Position der Mitte der Befestigungsbohrung 51d im Verbindungsarm 51 ist die Kopplungsmittelposition B des Verbindungsarms 51, mit der die Welle 41 gekoppelt ist. Wie durch die doppelt-strichpunktierte Linie in 4 dargestellt, ist die Linie, die die Kopplungsmittelposition A mit der Kopplungsmittelposition B im Verbindungsarm 51 verbindet, definiert als die imaginäre Gerade Y. Die Mittellinie X in einer Querrichtung orthogonal zur Erstreckungsrichtung des Verbindungsarms 51, wie durch die strichpunktierte Linie in 4 dargestellt, ist gekrümmt, um in die Richtung vorzustehen, in der sich die Verbindungsstange 52 in Bezug auf die imaginäre Gerade Y (die doppelt-strichpunktierte Linie in 4) bewegt, um den Bypasskanal 34 vollständig zu schließen, also in in Zeichnung nach links gerichtet.
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Bezug nehmend auf 3 ist, in Richtung der Mittelachse jedes Schraubenlochs 38a betrachtet, der Bereich, der von der Kopplungsmittelposition A des Verbindungsarms 51, mit der die Verbindungsstange 52 gekoppelt ist, der Kopplungsmittelposition B des Verbindungsarms 51, mit der die Welle 41 gekoppelt ist, und das dem Verbindungsarm 51 gegenüberliegende Ende C der Verbindungsstange 52 in dem Zustand, in dem der Bypasskanal 34 vollständig geschlossen ist, umgeben ist, als das imaginäre Dreieck D definiert. In der vorliegenden Ausführungsform befindet sich, in Richtung der Mittelachse jedes Schraubenlochs 38a betrachtet, der gesamte Bereich des dem Verbindungsarm 51 am nächsten liegenden der drei Schraubenlöcher 38a im Bereich des imaginären Dreiecks D. Außerdem befindet sich Bezug nehmend auf 4 eine Kante 51e des Verbindungsarms 51 innerhalb des imaginären Dreiecks D und ist so gekrümmt, dass sie aus dem imaginären Dreieck D (in der Zeichnung gesehen nach links) nach außen ragt.
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Die Funktionsweise und die Vorteile der vorliegenden Ausführungsform werden nun beschrieben.
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In der vorliegenden Ausführungsform wird, wie in 2 dargestellt, um das Wastegate 40 zu veranlassen, den Bypasskanal 34 im vollständig geschlossenen Zustand zu halten, in einigen Fällen kontinuierlich Kraft vom Stellglied 60 auf das Wastegate 40 in Schließrichtung durch den Verbindungsmechanismus 50 aufgebracht, so dass der Abgasdruck im Bypasskanal 34 das Wastegate 40 nicht öffnen kann. In diesem Stadium steht das Wastegate 40 in Kontakt mit dem Ventilsitzabschnitt 36 des Turbinengehäuses 30 und kann sich nicht weiter in Schließrichtung bewegen. Die Kraft, die das Wastegate 40 in Schließrichtung antreibt, wird somit kontinuierlich auf das Wastegate 40 und den Verbindungsmechanismus 50 aufgebracht, der mit dem Wastegate 40 gekoppelt ist. Weiterhin wandelt der Verbindungsarm 51 des Verbindungsmechanismus 50, wie in 3 dargestellt, die Bewegung der Verbindungsstange 52 in der ersten Längsrichtung oder in der Zeichnung nach links in die Drehung der Welle 41 in der ersten Umfangsrichtung um, die in der Zeichnung gegen den Uhrzeigersinn erfolgt. Die Kraft wird somit kontinuierlich auf den mit der Verbindungsstange 52 gekoppelten Abschnitt des Verbindungsarms 51 in der ersten Längsrichtung der Verbindungsstange 52, d.h. nach links, wie in 3 dargestellt, aufgebracht. Dadurch kann sich der Verbindungsarm 51 in Längsrichtung der Verbindungsstange 52 stark verformen, was eine genaue Steuerung des Öffnungsgrades des Wastegates 40 erschwert.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist jedoch Bezug nehmend auf 4 die Kopplungsmittelposition A des Verbindungsarms 51, mit der die Verbindungsstange 52 gekoppelt ist, versetzt in der Richtung angeordnet, in der sich die Verbindungsstange 52 in der Zeichnung nach rechts gerichtet bewegt, um das Wastegate 40 von der Mitte des Verbindungsarms 51 in der Breitenrichtung W zu öffnen. Das heißt, die Breite A1 auf der Seite, auf der die Antriebskraft auf den Verbindungsarm 51 zum Zeitpunkt des Antriebs des Wastegates 40 in Schließrichtung aufgebracht wird, ist größer als die Breite A2 auf der Seite, auf der die Antriebskraft auf den Verbindungsarm 51 aufgebracht wird, wenn das Wastegate 40 in Öffnungsrichtung angetrieben wird. Im Vergleich zu einer Konfiguration, bei der die Breiten A1, A2 des Verbindungsarms 51 gleich sind, hat der Verbindungsarm 51 der vorliegenden Ausführungsform daher eine verbesserte Steifigkeit gegenüber der in der ersten Längsrichtung der Verbindungsstange 52 wirkenden Kraft oder nach links, wie in 4 dargestellt. Selbst wenn der Verbindungsarm 51 zum Zeitpunkt der vollständigen Schließung des Bypasskanals 34 kontinuierlich mit Kraft beaufschlagt wird, ist daher eine Verformung des Verbindungsarms 51 unwahrscheinlich.
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Wenn sich der Hauptkörper 51a des Verbindungsarms 51 gerade erstreckt, würde der Verbindungsarm 51 als Ganzes an der Grenze zwischen dem Hauptkörper 51a und dem Anschlagabschnitt 51b gebogen ausgebildet sein. In diesem Fall konzentriert sich die durch die Verbindungsstange 52 übertragene Kraft auf den gebogenen Abschnitt des Verbindungsarms 51 und verformt so den Verbindungsarm 51 ausgehend vom gebogenen Abschnitt.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist jedoch, wie in 4 dargestellt, die Mittellinie X (die strichpunktierte Linie in der Zeichnung) in Querrichtung orthogonal zur Erstreckungsrichtung des Verbindungsarms 51 gekrümmt, um in die Richtung vorzustehen, in der sich die Verbindungsstange 52 bewegt, um den Bypasskanal 34 vollständig zu schließen, d.h. nach links, wie in der Zeichnung gesehen, in Bezug auf die imaginäre Gerade Y (die doppelt-strichpunktierte Linie in der Zeichnung). Infolgedessen neigt die Kraft, die zum Zeitpunkt des Antriebs des Wastegates 40 in Schließrichtung auf den Verbindungsarm 51 ausgeübt wird, dazu, im gesamten Verbindungsarm 51 verteilt zu werden. Daher ist es unwahrscheinlich, dass sich die Kraft auf einen bestimmten Abschnitt des Verbindungsarms 51 konzentriert und den Verbindungsarm 51 verformt.
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Zur Befestigung des stromaufwärtsseitigen Flansches 38 des Turbinengehäuses 30 am Abgaskanal 13 werden Schrauben durch die Schraubenlöcher 38a des stromaufwärtsseitigen Flansches 38a eingeführt und mit einem Werkzeug, wie beispielsweise einem Schraubenschlüssel, befestigt. Um die Handhabung des Werkzeugs in diesem Stadium zu erleichtern, ist bevorzugt, dass um jedes der Schraubenlöcher 3 8a herum der erforderliche Platz vorhanden ist.
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In diesem Zusammenhang ist, wie in 4 dargestellt, in der vorliegenden Ausführungsform die Kante 51e, die sich innerhalb des imaginären Dreiecks D im Verbindungsarm 51 befindet, gekrümmt, um aus dem imaginären Dreieck D nach außen oder aus der Zeichnung nach links zu ragen. In dieser Konfiguration befindet sich die Kante 51e auf der Seite, auf der sich die Schraubenlöcher 38a befinden und ist vom imaginären Dreieck D nach außen gebogen. Dies erleichtert es, Platz für die Handhabung eines Werkzeugs wie beispielsweise eines Schraubenschlüssels beim Einsetzen einer Schraube durch jedes Schraubenloch 38a zu schaffen und die Schraube mit dem Werkzeug zu befestigen. Es ist daher unwahrscheinlich, dass das Werkzeug in den Verbindungsarm 51 eingreift.
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Die vorliegende Ausführungsform kann wie folgt geändert werden. Die oben beschriebene Ausführungsform und die folgenden Modifikationen können kombiniert werden, solange die kombinierten Abwandlungen technisch konsistent bleiben.
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In der oben beschriebenen Ausführungsform kann die Form des Verbindungsarms 51 geändert werden. So kann beispielsweise der Verbindungsarm 51 wie eine rechteckige Platte geformt sein. Auch in dieser Konfiguration muss die Kopplungsmittelposition A des Verbindungsarms 51, mit der die Verbindungsstange 52 gekoppelt ist (die Position der Mitte der Kupplungsbohrung 51c), lediglich an einer Position versetzt in der Richtung angeordnet sein, in der sich die Verbindungsstange 52 bewegt, um das Wastegate 40 von der Mitte des Verbindungsarms 51 in der Breitenrichtung W zu öffnen.
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Die Mittellinie X in Querrichtung orthogonal zur Erstreckungsrichtung des Verbindungsarms 51 kann sich gerade erstrecken. Das heißt, ein Verbindungsarm 51 in Form einer rechteckigen Platte, wie er beispielsweise in der oben beschriebenen Abwandlung angeführt ist, weist eine gerade Mittellinie X auf.
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Der Anschlagabschnitt 51b kann vom Verbindungsarm 51 weggelassen werden. So kann beispielsweise der Anschlagabschnitt 51b vom Verbindungsarm 51 weggelassen werden, solange der Drehpunkt des Wastegates 40 in Öffnungsrichtung begrenzt ist, indem beispielsweise das Wastegate 40 einen im Turbinengehäuse 30 angeordneten Vorsprung berührt.
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In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann die Form der Kante 51e, die sich innerhalb des imaginären Dreiecks D im Verbindungsarm 51 befindet, verändert werden. So kann beispielsweise je nach Position der Schraubenlöcher 38a der Abstand zwischen dem Werkzeug und dem Verbindungsarm 51 vergleichsweise groß werden, was die Wahrscheinlichkeit einer Beeinträchtigung des Werkzeugs durch den Verbindungsarm 51 verringert. In diesem Fall kann die Kante 51e, die sich innerhalb des imaginären Dreiecks D im Verbindungsarm 51 befindet, entweder nach innen in Bezug auf das imaginäre Dreieck D gekrümmt, in 4 nach rechts, vorstehen oder gerade verlaufen werden.
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In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann das Turbinengehäuse 30 eine modifizierte Form aufweisen. So können beispielsweise die Form des stromaufwärtsseitigen Flansches 38 und die Positionen der Schraubenlöcher 38a im stromaufwärtsseitigen Flansch 38 geändert werden. Je nach Form des Turbinengehäuses 30 können sich die Schraubenlöcher 38a außerhalb des Bereichs des imaginären Dreiecks D in Richtung der Mittelachse jedes Schraubenlochs 38a befinden. Eine solche Änderung ist ebenfalls zulässig.
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Der Verbindungsmechanismus 50 der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann neben dem Verbindungsarm 51, der Verbindungsstange 52 und dem Verbindungselement 53 weitere Komponenten beinhalten. Abhängig von der Befestigungsposition der Verbindungsstange 52 in Bezug auf den Verbindungsarm 51 kann sich das Verhältnis zwischen der Bewegungsrichtung der Verbindungsstange 52 und den Öffnungs-Schließrichtungen des Wastegates 40 umkehren. Wenn beispielsweise die Verbindungsstange 52 am Anschlagabschnitt 51b des Verbindungsarms 51 befestigt ist, treibt die Bewegung der Verbindungsstange 52 zu einer Seite in Längsrichtung der Verbindungsstange 52 oder nach links, wie in 3 dargestellt, das Wastegate 40 in Öffnungsrichtung an. Die Bewegung der Verbindungsstange 52 zur anderen Seite in Längsrichtung oder nach rechts, wie in der Zeichnung dargestellt, treibt das Wastegate 40 in Schließrichtung an. Diese Konfiguration ist zulässig, solange sich die Kopplungsmittelposition A des Verbindungsarms 51, mit der die Verbindungsstange 52 gekoppelt ist, an einer Position befindet, die in der Richtung versetzt ist, in der sich die Verbindungsstange 52 von der Mitte des Verbindungsarms 51 in der Breitenrichtung W bewegt, um das Wastegate 40 zu öffnen.
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Techniken bezüglich des Verbindungsarms 51 im Verbindungsmechanismus 50 können in jedem anderen Verbindungsmechanismus als dem Verbindungsmechanismus 50 zum Antreiben des Wastegates 40 verwendet werden. Ein Turbolader mit variabler Turbinengeometrie hat mehrere Schaufeln um ein Turbinenrad herum und steuert die Abgasmenge in das Turbinenrad, indem er die Positionen der Schaufeln ändert. Insbesondere wird die Position jeder Schaufel geändert, indem die Antriebskraft von einem Stellglied über einen Verbindungsmechanismus auf die Schaufel übertragen wird. Ein Verbindungsarm dieses Verbindungsmechanismus kann Techniken der vorstehend beschriebenen Ausführungsform verwenden, solange sich die Kopplungsmittelposition in dem Verbindungsarm, mit der eine Verbindungsstange gekoppelt ist, an einer Position befindet, die entgegengesetzt zu der Richtung ist, in der die Kraft auf den Verbindungsarm ausgeübt wird (typischerweise die Richtung, in der sich die Verbindungsstange bewegt, um die Abgasmenge zu verringern), bezogen auf die Mitte in Breitenrichtung des Verbindungsarms.
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In der oben beschriebenen Ausführungsform kann die Konfiguration des Stellglieds 60 geändert werden. So kann beispielsweise ein Linearantrieb mit einer längsbeweglichen Abtriebswelle eingesetzt werden. In diesem Fall können technische Ideen der vorliegenden Offenbarung verwendet werden, solange der Verbindungsmechanismus die Verbindungsstange 52 aufweist, die mit der Abtriebswelle des Linearstellglieds gekoppelt ist und sich in Längsrichtung von einer Seite zur anderen bewegt und so die Bewegung der Verbindungsstange 52 mit Hilfe des Verbindungsarms 51 in eine Drehung umwandelt. Insbesondere kann der Linearantrieb beispielsweise ein Unterdruckstellglied sein, das einen Stempel (einen Kolben) durch Luftdruck betätigt, oder ein elektromagnetisches Stellglied, das einen Stempel (einen Kolben) elektrisch betätigt.
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In der oben beschriebenen Ausführungsform kann der Verbrennungsmotor 100 mit jedem beliebigen Kraftstoff betrieben werden, solange der Verbrennungsmotor 100 den Turbolader 20 beinhaltet. Der Kraftstoff des Motors 100 kann beispielsweise Benzin oder Diesel sein.
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An den obigen Beispielen können verschiedene Form- und Detailänderungen vorgenommen werden, ohne von der Idee und dem Umfang der Ansprüche und ihrer Äquivalente abzuweichen. Die Beispiele dienen nur der Beschreibung und nicht der Einschränkung. Beschreibungen von Merkmalen in jedem Beispiel sind als auf ähnliche Merkmale oder Aspekte in anderen Beispielen anwendbar zu betrachten. Geeignete Ergebnisse können erzielt werden, wenn Sequenzen in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden und/oder wenn Komponenten in einem beschriebenen System, einer Architektur, einer Vorrichtung oder einer Schaltung unterschiedlich kombiniert und/oder durch andere Komponenten oder deren Äquivalente ersetzt oder ergänzt werden. Der Umfang der Offenbarung wird nicht durch die detaillierte Beschreibung bestimmt, sondern durch die Ansprüche und deren Äquivalente. Alle Abweichungen im Rahmen der Ansprüche und ihrer Äquivalente gelten als von der Offenlegung umfasst.
