DE102021203407A1 - Exhaust gas turbocharger with adjusting device for adapting its operating behavior - Google Patents

Exhaust gas turbocharger with adjusting device for adapting its operating behavior Download PDF

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Daniel Helisch
Christian Kirschner
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader (10) für eine Brennkraftmaschine, der eine Stellvorrichtung (50), zur Anpassung seines Betriebsverhaltens an das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine aufweist.Zur Betätigung der Stellvorrichtung (50) mittels eines Betätigungsaktuators (60), ist ein Übertragungsgetriebe (70) vorgesehen, das eine mit dem Betätigungsaktuator (60) verbundene Antriebsstange (71), einen mit der Stellvorrichtung (50)verbundenen Kurbelarm (79) und ein zwischen Antriebsstange (71) und Kurbelarm(79) angeordnetes Koppelelement (75) zur Koppelung von Antriebsstange (71) und Kurbelarm (79) aufweist. Das Koppelelement (75) weist einen Drehzapfen (76) auf, der in dem Kurbelarm (79) aufgenommen ist und weist eineAntriebsstangen-Aufnahme (74) auf, in der das vom Betätigungsaktuator (60) abgewandte Ende der Antriebsstange (71) mittels einer stoffschlüssigen Verbindung (73) fixiert ist,wobei die Antriebsstangen-Aufnahme (74) so gestaltet ist, dass die Antriebsstange (71), vor der Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung (73), in der Antriebsstangen-Aufnahme (74) vorpositioniert, jedoch in Richtung der Antriebsstangenachse (71a) verschiebbar aufgenommen ist.The invention relates to an exhaust gas turbocharger (10) for an internal combustion engine, which has an adjusting device (50) for adapting its operating behavior to the operating behavior of the internal combustion engine. To actuate the adjusting device (50) by means of an actuating actuator (60), a transmission gear (70) provided which has a drive rod (71) connected to the actuating actuator (60), a crank arm (79) connected to the adjusting device (50) and a coupling element (75) arranged between the drive rod (71) and the crank arm (79) for coupling the drive rod ( 71) and crank arm (79). The coupling element (75) has a pivot pin (76) which is accommodated in the crank arm (79) and has a drive rod receptacle (74) in which the end of the drive rod (71) facing away from the actuating actuator (60) can be fixed by means of a material connection Connection (73) is fixed, the drive rod receptacle (74) being designed in such a way that the drive rod (71) is pre-positioned in the drive rod receptacle (74) before the material connection (73) is made, but in the direction of the Drive rod axis (71a) is slidably received.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine mit einer Stellvorrichtung zur Anpassung seines Betriebsverhaltens.The invention relates to an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine with an adjusting device for adapting its operating behavior.

Abgasturbolader werden vermehrt zur Leistungssteigerung bei Brennkraftmaschinen, insbesondere Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoren eingesetzt. Dies geschieht immer häufiger mit dem Ziel die Brennkraftmaschine respektive den Verbrennungsmotor bei gleicher oder gar gesteigerter Leistung in Baugröße und Gewicht zu reduzieren und gleichzeitig den Verbrauch und somit den CO2-Ausstoß, im Hinblick auf immer strenger werdende gesetzliche Vorgaben diesbezüglich, zu verringern. Das Wirkprinzip besteht darin, die im Abgasstrom enthaltene Energie zu nutzen, um den Druck im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors zu erhöhen und so eine bessere Befüllung des Brennraumes mit Luft-Sauerstoff zu bewirken und somit mehr Treibstoff, Benzin oder Diesel, pro Verbrennungsvorgang umsetzen zu können, also die Leistung des Verbrennungsmotors zu erhöhen.Exhaust gas turbochargers are increasingly being used to increase the performance of internal combustion engines, in particular motor vehicle internal combustion engines. This is happening more and more often with the aim of reducing the size and weight of the internal combustion engine or combustion engine with the same or even increased performance and at the same time reducing consumption and thus CO 2 emissions in view of the increasingly strict legal requirements in this regard. The operating principle is to use the energy contained in the exhaust gas flow to increase the pressure in the intake tract of the combustion engine and thus achieve better filling of the combustion chamber with air-oxygen and thus be able to convert more fuel, petrol or diesel, per combustion process. i.e. to increase the power of the combustion engine.

Dazu weist der Abgasturbolader eine im Abgastrakt des Verbrennungsmotors angeordnete Abgasturbine, einen im Ansaugtrakt angeordneten Frischluftverdichter und ein dazwischen angeordnetes Läuferlager auf. Die Abgasturbine weist ein Turbinengehäuse und ein darin angeordnetes, durch den Abgasmassenstrom angetriebenes Turbinenlaufrad auf. Der Frischluftverdichter weist ein Verdichtergehäuse und ein darin angeordnetes, einen Ladedruck aufbauendes Verdichterlaufrad auf. Das Turbinenlaufrad und das Verdichterlaufrad sind auf den sich gegenüberliegenden Enden einer gemeinsamen Welle, der sogenannten Läuferwelle, drehfest angeordnet und bilden so den sogenannten Turboladerläufer. Die Läuferwelle erstreckt sich axial zwischen Turbinenlaufrad und Verdichterlaufrad durch das zwischen Abgasturbine und Frischluftverdichter angeordnete Läuferlager und ist in diesem, in Bezug auf die Läuferwellenachse, radial und axial drehgelagert. Gemäß diesem Aufbau treibt das vom Abgasmassenstrom angetriebene Turbinenlaufrad über die Läuferwelle das Verdichterlaufrad an, wodurch der Druck im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors, bezogen auf den Frischluftmassentrom hinter dem Frischluftverdichter, erhöht und dadurch eine bessere Befüllung des Brennraumes mit Luft-Sauerstoff bewirkt wird.For this purpose, the exhaust gas turbocharger has an exhaust gas turbine arranged in the exhaust tract of the internal combustion engine, a fresh air compressor arranged in the intake tract and a rotor bearing arranged in between. The exhaust gas turbine has a turbine housing and a turbine impeller which is arranged therein and is driven by the exhaust gas mass flow. The fresh air compressor has a compressor housing and a compressor impeller which is arranged therein and builds up boost pressure. The turbine impeller and the compressor impeller are arranged in a rotationally fixed manner on the opposite ends of a common shaft, the so-called rotor shaft, and thus form the so-called turbocharger rotor. The rotor shaft extends axially between the turbine rotor and the compressor rotor through the rotor bearing arranged between the exhaust gas turbine and the fresh air compressor and is rotatably mounted in it radially and axially with respect to the rotor shaft axis. According to this design, the turbine impeller driven by the exhaust gas mass flow drives the compressor impeller via the rotor shaft, which increases the pressure in the intake tract of the combustion engine, based on the fresh air mass flow behind the fresh air compressor, and thus causes better filling of the combustion chamber with air-oxygen.

Turbinen und Verdichter sind Strömungsmaschinen und haben aufgrund der physikalischen Gesetzmäßigkeiten einen jeweils von Baugröße und Bauart abhängigen optimalen Betriebsbereich der durch den Massedurchsatz, das Druckverhältnis und die Drehzahl des jeweiligen Laufrades gekennzeichnet ist. Im Gegensatz dazu ist der Betrieb eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug von dynamischen Änderungen der Last und des Betriebsbereiches gekennzeichnet.Turbines and compressors are turbomachines and, due to the laws of physics, have an optimal operating range that depends on size and design and is characterized by the mass throughput, the pressure ratio and the speed of the respective impeller. In contrast, the operation of an internal combustion engine in a motor vehicle is characterized by dynamic changes in load and operating range.

Um nun den Betriebsbereich des Abgasturboladers an sich ändernde Betriebsbereiche des Verbrennungsmotors anpassen zu können und so ein gewünschtes Ansprechverhalten möglichst ohne spürbare Verzögerungen (Turboloch) zu gewährleisten, werden Abgasturbolader mit Stellvorrichtungen zur Anpassung ihres Betriebsverhaltens ausgestattet. Dies sind zum Beispiel sogenannte variablen Turbinengeometrien (VTG) oder Wastegate-Einrichtungen (WG) auf der Abgas- oder Turbinenseite und Schubumluft- oder Abblas-Einrichtungen auf der Zuluft- oder Verdichterseite. Diese dienen dazu das träge Verhalten und somit das verzögerte Ansprechverhalten des Turboladers zu minimieren und schädliche Betriebszustände zu vermeiden. Je nach Drehzahl und Abgasmassenstrom des Verbrennungsmotors wird in Abhängigkeit von den Lastanforderungen zum Beispiel das Wastegate-Ventil bzw. die Variable Turbinengeometrie mittels eines Betätigungsaktuators über ein Übertragungsbetriebe so eingestellt, dass die Drehzahl von Turbinen- und Verdichterlaufrad sowie das Druckverhältnis, insbesondere an der Abgasturbine, innerhalb des gewünschten Arbeitsbereichs des Abgasturboladers gehalten werden kann.In order to be able to adapt the operating range of the exhaust gas turbocharger to changing operating ranges of the combustion engine and thus to ensure a desired response behavior with as few noticeable delays as possible (turbo lag), exhaust gas turbochargers are equipped with actuators to adapt their operating behavior. These are, for example, so-called variable turbine geometries (VTG) or wastegate devices (WG) on the exhaust gas or turbine side and overrun air or blow-off devices on the intake air or compressor side. These serve to minimize the sluggish behavior and thus the delayed response behavior of the turbocharger and to avoid harmful operating states. Depending on the speed and exhaust gas mass flow of the internal combustion engine and depending on the load requirements, for example the wastegate valve or the variable turbine geometry is adjusted by means of an actuating actuator via a transmission system in such a way that the speed of the turbine and compressor impeller and the pressure ratio, in particular on the exhaust gas turbine, can be kept within the desired working range of the exhaust gas turbocharger.

Als Betätigungsaktuatoren werden hierzu in bekannter Weise pneumatische oder elektromotorische Aktuatoren eingesetzt, die aufgrund der in direkter Umgebung der Abgasturbine im Betrieb herrschenden hohen Temperaturen in der Regel abgesetzt davon im Bereich des Verdichters angeordnet sind. Auch bauraumbedingt ist es häufig erforderlich, den Betätigungsaktuator abgesetzt von der Stellvorrichtung anzuordnen. Zur Übertragung der Stellbewegung vom Betätigungsaktuator auf die Stellvorrichtung sind dann entsprechende Übertragungsgetriebe erforderlich, die häufig eine Antriebsstange zur Überbrückung der Entfernung und damit gekoppelte Kurbelarme zur Umsetzung der Antriebsbewegung aufweisen.For this purpose, pneumatic or electric motor actuators are used as actuating actuators in a known manner, which due to the high temperatures prevailing in the immediate vicinity of the exhaust gas turbine during operation are generally arranged separately from it in the region of the compressor. Due to the space available, it is often necessary to arrange the actuating actuator separately from the actuating device. In order to transmit the actuating movement from the actuating actuator to the actuating device, corresponding transmission gears are then required, which often have a drive rod to bridge the distance and crank arms coupled thereto for converting the drive movement.

Da der Hubweg des Betätigungsaktuators in der Regel begrenzt ist und zusätzlich Fertigungstoleranzen der Bauteile des Übertragungsgetriebes sowie Lagetoleranzen des Betätigungsaktuators in seiner Montageposition auftreten können, andererseits gewährleistet werden muss, dass die Stelleinrichtung sicher in bestimmte Endpositionen gestellt werden kann, ist eine Ausrichtung und eine Justage der Bauteile des Übertragungsgetriebes bei der Montage am Abgasturbolader in der Regel erforderlich.Since the stroke of the actuating actuator is usually limited and additional manufacturing tolerances of the components of the transmission and positional tolerances of the actuating actuator can occur in its assembly position, on the other hand it must be ensured that the actuating device can be safely set in certain end positions, alignment and adjustment of the Components of the transmission gear are usually required for assembly on the exhaust gas turbocharger.

Dazu werden in den Druckschriften FR 2 707 712 A1 , DE 10 2013 202 191 A1 und WO 2004 053 299 A1 beispielsweise längenverstellbare Schraubverbindung zwischen Antriebsstange und einem mit dem Kurbelarm verbundenen Koppelelement vorgeschlagen.These are in the publications FR 2 707 712 A1 , DE 10 2013 202 191 A1 and WO 2004 053 299 A1 proposed, for example, a length-adjustable screw connection between the drive rod and a coupling element connected to the crank arm.

Weiterhin wird beispielsweise in den Druckschriften DE 10 2009 054 241 , DE 10 2009 039 911 A1 , DE 10 2010 040 583 A1 und DE 10 2011 007 072 A1 vorgeschlagen, eine als Stellstab, Stabelement oder Regelstange bezeichnete Antriebsstange in ihrem Endbereich mit einem Schlitz bzw. einer Nut auszuführen, wobei ein als Führungshebel, Anbindungselement oder Plattenelement bezeichnets plattenförmig ausgebildetes Koppelelement drehbeweglich mit einem als Hebelelement, Hebelarm oder Stellhebel bezeichneten Kurbelarm verbunden und in dem Schlitz bzw. der Nut der Antriebsstange positioniert und erst nach Ausrichtung der Stelleinrichtung und des Betätigungsaktuators in Endposition darin durch eine Schweißverbindung in Endposition fixiert wird.Furthermore, for example, in the publications DE 10 2009 054 241 , DE 10 2009 039 911 A1 , DE 10 2010 040 583 A1 and DE 10 2011 007 072 A1 proposed to design a drive rod referred to as an adjusting rod, rod element or control rod with a slot or a groove in its end region, with a plate-shaped coupling element referred to as a guide lever, connecting element or plate element being rotatably connected to a crank arm referred to as a lever element, lever arm or adjusting lever and in the Positioned slot or the groove of the drive rod and only after alignment of the adjusting device and the actuating actuator in the end position is fixed therein by a welded connection in the end position.

Die bekannten Lösungen weisen dabei die Nachteile eines komplexen Aufbaus, eines erhöhten Montageaufwands und von schwer zu automatisierenden Montage- und Justagevorgängen auf.The known solutions have the disadvantages of a complex structure, increased assembly costs and assembly and adjustment processes that are difficult to automate.

Die daraus abgeleitete Aufgabe besteht deshalb darin einen Abgasturbolader anzugeben, bei dem der Aufbau des Übertragungsgetriebes zwischen Betätigungsaktuator und Stellvorrichtung zur Anpassung des Betriebsverhaltens, möglichst einfach aufgebaut sowie einfach und automatisiert montierbar und justierbar und somit kostengünstiger zu realisieren ist wie die bekannten Lösungen des Standes der Technik.The task derived from this is therefore to specify an exhaust gas turbocharger in which the structure of the transmission gear between the actuating actuator and the adjusting device for adapting the operating behavior is as simple as possible and can be easily and automatically assembled and adjusted and is therefore cheaper to implement than the known solutions of the prior art .

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen erfindungsgemäßen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine, mit den Merkmalen gemäß dem Hauptanspruch. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by an exhaust gas turbocharger according to the invention for an internal combustion engine, with the features according to the main claim. Advantageous training and developments, which can be used individually or in combination with one another, are the subject matter of the dependent claims.

Der erfindungsgemäße Abgasturbolader weist eine Stellvorrichtung, zur Anpassung seines Betriebsverhaltens an das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine, sowie einen Betätigungsaktuator zur Betätigung der Stellvorrichtung und ein Übertragungsgetriebe, das unmittelbar oder mittelbar mit dem Betätigungsaktuator einerseits und mit der Stellvorrichtung andererseits gekoppelt ist zur Übertragung einer Stellgröße des Betätigungsaktuators auf die Stellvorrichtung, auf. Dabei weist das Übertragungsgetriebe eine mit dem Betätigungsaktuator verbundene Antriebsstange mit einer Antriebsstangenachse, einen mit der Stellvorrichtung verbundenen Kurbelarm und ein zwischen Antriebsstange und Kurbelarm angeordnetes Koppelelement, zur Koppelung von Antriebsstange und Kurbelarm, auf.The exhaust gas turbocharger according to the invention has an actuating device for adapting its operating behavior to the operating behavior of the internal combustion engine, as well as an actuating actuator for actuating the actuating device and a transmission gear, which is coupled directly or indirectly to the actuating actuator on the one hand and to the actuating device on the other hand for transmitting a manipulated variable of the actuating actuator the adjusting device. The transmission gear has a drive rod connected to the actuating actuator with a drive rod axis, a crank arm connected to the adjusting device, and a coupling element arranged between the drive rod and crank arm for coupling the drive rod and crank arm.

Der erfindungsgemäße Abgasturbolader zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass das Koppelelement einerseits einen Drehzapfen mit einer Drehzapfenachse aufweist, der um die Drehzapfenachse drehbar in dem Kurbelarm aufgenommen ist und andererseits eine Antriebsstangen-Aufnahme aufweist, in der das vom Betätigungsaktuator abgewandte Ende der Antriebsstange mittels einer stoffschlüssigen Verbindung fixiert ist. Dabei ist die Antriebsstangen-Aufnahme so gestaltet, dass die Antriebsstange, vor der Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung, in der Antriebsstangen-Aufnahme, quer zur Antriebsstangenachse vorpositioniert jedoch in Richtung der Antriebsstangenachse verschiebbar und die Drehlage des Koppelelements um die Drehzapfenachse bestimmend aufgenommen ist.The exhaust gas turbocharger according to the invention is characterized in particular by the fact that the coupling element has, on the one hand, a pivot pin with a pivot pin axis, which is accommodated in the crank arm so that it can rotate about the pivot pin axis, and, on the other hand, it has a drive rod receptacle in which the end of the drive rod facing away from the actuating actuator is held in place by means of a material connection connection is fixed. The drive rod holder is designed in such a way that the drive rod, before the material connection is made, is pre-positioned in the drive rod holder transversely to the drive rod axis but can be displaced in the direction of the drive rod axis and the rotational position of the coupling element around the pivot axis is determined.

Diese Konfiguration stellt einen besonders einfachen Aufbau, bestehend aus nur wenigen Komponenten dar und ermöglicht eine einfache automatisierte Montage sowie Justage der Position der Antriebsstange in Bezug auf die Lage des Kurbelarms in Endstellung der Stellvorrichtung. Dabei wirkt die Antriebsstangen-Aufnahme des Koppelements so mit der Antriebsstange zusammen, dass die Antriebsstange bereits vor der Erstellung der endgültigen stoffschlüssigen Verbindung, lediglich durch Auflage in der Antriebsstangen-Aufnahme, beispielsweise durch ihre Schwerkraft, bezüglich zumindest dreier räumlicher Richtungen normal, also senkrecht zur Antriebsstangenachse vorpositioniert ist, jedoch in Richtung der Antriebsstangenachse verschiebbar bleibt. Gleichzeitig wird dadurch das Koppelement entlang der Antriebsstangenachse in seiner Drehlage ausgerichtet und vorpositioniert. In diesem Montagezustand kann nun die Justage auf einfache Weise erfolgen indem die Stellvorrichtung und somit das mit dem Kurbelarm verbundene Koppelelement sowie die Antriebsstange des Betätigungsaktuators zum Beispiel in Endanschlagposition gebracht werden und dann in dieser Position die stoffschlüssige Verbindung zwischen Antriebsstange und Koppelelement erstellt wird.This configuration represents a particularly simple structure, consisting of only a few components, and enables simple, automated assembly and adjustment of the position of the drive rod in relation to the position of the crank arm in the final position of the adjusting device. The drive rod receptacle of the coupling element interacts with the drive rod in such a way that the drive rod is normal in at least three spatial directions, i.e. perpendicular to the Drive rod axis is pre-positioned, but remains movable in the direction of the drive rod axis. At the same time, the coupling element is thereby aligned and pre-positioned in its rotational position along the drive rod axis. In this assembly state, the adjustment can now be carried out in a simple manner by bringing the adjusting device and thus the coupling element connected to the crank arm and the drive rod of the actuating actuator into the end stop position, for example, and then creating the material connection between the drive rod and the coupling element in this position.

Eine Auswahl von Ausführungsbeispielen der Erfindung gemäß Hauptanspruch und den Unteransprüchen werden im Folgenden anhand der Darstellungen in der Zeichnung näher erläutert.A selection of exemplary embodiments of the invention according to the main claim and the subclaims are explained in more detail below using the representations in the drawing.

Es zeigen:

  • 1 Einen erfindungsgemäßen Abgasturbolader mit den wesentlichen Komponenten, in vereinfachter schematischer Darstellung, mit aufgeschnittenem Turbinengehäuse;
  • 2 bis 5 jeweils eine schematische Schnittdarstellung der Komponenten unterschiedlicher Übertragungsgetriebe eines erfindungsbemäßen Abgasturboladers;
  • 6 eine 3-dimensionale Darstellung der Komponenten des in 3 schematisch dargestellten Übertragungsgetriebes.
Show it:
  • 1 An exhaust gas turbocharger according to the invention with the essential components, in a simplified schematic representation, with the turbine housing cut open;
  • 2 until 5 each a schematic sectional view of the components of different transmission gears of an exhaust gas turbocharger according to the invention;
  • 6 a 3-dimensional representation of the components of the in 3 Schematically shown transmission gear.

Funktions- und Benennungsgleiche Teile sind in den Figuren durchgehend mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.Parts with the same function and names are identified throughout the figures with the same reference symbols.

Der in 1 dargestellte Abgasturbolader 10 weist einen mehrteiligen Aufbau auf. Dabei sind eine im Abgastrakt des Verbrennungsmotors anordenbare Abgasturbine 20 mit einem Turbinengehäuse 21, ein im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors anordenbarer Luftverdichter 30 mit einem Verdichtergehäuse 31 und zwischen Turbinengehäuse 21 und Verdichtergehäuse 31 eine Lagereinheit 40 mit einem Lagergehäuse 41 auf einer gemeinsamen Turboladerachse 15 nebeneinander angeordnet und montagetechnisch miteinander verbunden. Eine weitere Baueinheit des Abgasturboladers 10 stellt der Turboladerläufer dar, der eine Läuferwelle (nicht sichtbar), ein in dem Turbinengehäuse 21 angeordnetes Turbinenlaufrad 12 und ein in dem Verdichtergehäuse 31 angeordnetes Verdichterlaufrad (nicht sichtbar) aufweist. Das Turbinenlaufrad 12 und das Verdichterlaufrad sind auf den sich gegenüberliegenden Enden der gemeinsamen Läuferwelle angeordnet und mit diesen drehfest verbunden. Die Läuferwelle erstreckt sich in Richtung der Turboladerachse 15 axial durch das Lagergehäuse 41 und ist in diesem axial und radial um seine Läuferdrehachse drehgelagert, wobei die Läuferdrehachse in der Turboladerachse 15 liegt, also mit dieser zusammenfällt.the inside 1 illustrated exhaust gas turbocharger 10 has a multi-part structure. An exhaust gas turbine 20 with a turbine housing 21 that can be arranged in the exhaust tract of the internal combustion engine, an air compressor 30 with a compressor housing 31 that can be arranged in the intake tract of the internal combustion engine, and a bearing unit 40 with a bearing housing 41 between the turbine housing 21 and the compressor housing 31 are arranged side by side on a common turbocharger axis 15 and are assembly-related connected with each other. Another structural unit of the exhaust gas turbocharger 10 is the turbocharger rotor, which has a rotor shaft (not visible), a turbine wheel 12 arranged in the turbine housing 21 and a compressor wheel (not visible) arranged in the compressor housing 31 . The turbine wheel 12 and the compressor wheel are arranged on the opposite ends of the common rotor shaft and are non-rotatably connected thereto. The rotor shaft extends axially through the bearing housing 41 in the direction of the turbocharger axis 15 and is rotatably mounted in it axially and radially about its rotor axis of rotation, the rotor axis of rotation lying in the turbocharger axis 15, ie coinciding with it.

Die gezeigte Ausführung des Abgasturboladers 10 weist eine Stellvorrichtung 50, zur Anpassung seines Betriebsverhaltens an das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine auf. Im dargestellten Fall ist dies ein sogenanntes Wastegate-Ventil 52, das mit einer Übertragungsspindel 51 um seine Längsachse, die Spindeldrehachse 51a, drehbar im Turbinengehäuse 21 gelagert ist. In anderer Ausführung kann eine entsprechende Stellvorrichtung jedoch auch als sogenannte Variable Turbinengeometrie oder als sogenanntes Schubumluftventil auf der Verdichterseite ausgeführt sein.The embodiment of the exhaust gas turbocharger 10 shown has an adjusting device 50 for adapting its operating behavior to the operating behavior of the internal combustion engine. In the illustrated case, this is a so-called wastegate valve 52, which is mounted in the turbine housing 21 with a transmission spindle 51 such that it can rotate about its longitudinal axis, the spindle axis of rotation 51a. In another embodiment, however, a corresponding adjusting device can also be designed as a so-called variable turbine geometry or as a so-called diverter valve on the compressor side.

Weiterhin in 1 erkennbar ist ein am Verdichtergehäuse 31 angeordneter Betätigungsaktuator 60, zur Betätigung der Stellvorrichtung 50, sowie ein Übertragungsgetriebe 70, das unmittelbar mit dem Betätigungsaktuator 60 einerseits und mittelbar über die Übertragungsspindel 51 mit der Stellvorrichtung 50 andererseits gekoppelt ist, zur Übertragung einer vom Betätigungsaktuator 60 vorgegebenen Stellgröße auf die Stellvorrichtung 50.continue in 1 An actuating actuator 60 arranged on compressor housing 31 can be seen for actuating actuating device 50, as well as a transmission gear 70, which is coupled directly to actuating actuator 60 on the one hand and indirectly to actuating device 50 via transmission spindle 51 on the other hand, for transmitting a manipulated variable specified by actuating actuator 60 on the adjusting device 50.

Das Übertragungsgetriebe 70 weist eine unmittelbar mit dem Betätigungsaktuator 60 verbundene Antriebsstange 71 auf, die auch Teil des Betätigungsaktuators selbst sein kann. Die Längsachse der Antriebsstange 71 wird hier als Antriebsstangenachse 71a bezeichnet. An dem aus dem Turbinengehäuse 21 herausgeführten Ende der Übertragungsspindel 51 der Stellvorrichtung 50 ist ein Kurbelarm 79 mit diesem verbunden. Zur Koppelung der Antriebsstange 71 mit dem Kurbelarm 79 ist zwischen Antriebsstange 71 und Kurbelarm 79 ein Koppelelement 75 angeordnet.The transmission gear 70 has a drive rod 71 which is directly connected to the actuating actuator 60 and which can also be part of the actuating actuator itself. The longitudinal axis of drive rod 71 is referred to herein as drive rod axis 71a. A crank arm 79 is connected to the end of the transmission spindle 51 of the actuating device 50 which is guided out of the turbine housing 21 . A coupling element 75 is arranged between the drive rod 71 and the crank arm 79 in order to couple the drive rod 71 to the crank arm 79 .

Das Koppelelement 75 weist einerseits einen Drehzapfen 76 (in 1 nicht erkennbar) mit einer Drehzapfenachse 76a auf, der um die Drehzapfenachse 76a drehbar in dem Kurbelarm 79 aufgenommen ist. Andererseits weist das Koppelelement 75 eine Antriebsstangen-Aufnahme 74 auf, in der das vom Betätigungsaktuator 60 abgewandte Ende der Antriebsstange 71 mittels einer stoffschlüssigen Verbindung 73 fixiert ist. Dabei ist die Antriebsstangen-Aufnahme 74 so gestaltet, dass die Antriebsstange 71, vor der Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung 73, in der Antriebsstangen-Aufnahme 74, quer zur Antriebsstangenachse 71a vorpositioniert jedoch in Richtung der Antriebsstangenachse 71a verschiebbar ist. Darüber hinaus ist durch die Anordnung der Antriebsstange 71, im Zusammenwirken mit der Antriebsstangen-Aufnahme 74, die Drehlage des Koppelelements 75 um die Drehzapfenachse 76a bestimmt. In der in 1 gezeigten Ausführung des erfindungsgemäßen Abgasturboladers 10 ist die Antriebsstangen-Aufnahme 74 als Durchgangsbohrung in dem Koppelelement 75 ausgeführt, die quer zur Drehzapfenachse76a durch das Koppelement 75 verläuft und durch die die Antriebsstange 71 durchgesteckt ist. Diese Ausführung ist auch in 2 anhand der isolierten Darstellung des Übertragungsgetriebes 70 in vergrößerter Schnittansicht dargestellt.The coupling element 75 has, on the one hand, a pivot pin 76 (in 1 not visible) with a pivot axis 76a, which is rotatably received in the crank arm 79 about the pivot axis 76a. On the other hand, the coupling element 75 has a drive rod receptacle 74 in which the end of the drive rod 71 facing away from the actuating actuator 60 is fixed by means of a material connection 73 . The drive rod receptacle 74 is designed in such a way that the drive rod 71, before the material connection 73 is produced, is prepositioned in the drive rod receptacle 74 transversely to the drive rod axis 71a but can be displaced in the direction of the drive rod axis 71a. In addition, the arrangement of the drive rod 71, in cooperation with the drive rod receptacle 74, determines the rotational position of the coupling element 75 about the pivot axis 76a. in the in 1 shown embodiment of the exhaust gas turbocharger 10 according to the invention, the drive rod receptacle 74 is designed as a through hole in the coupling element 75, which runs transversely to the pivot axis 76a through the coupling element 75 and through which the drive rod 71 is inserted. This version is also in 2 shown on the basis of the isolated representation of the transmission gear 70 in an enlarged sectional view.

Diese Ausführung ist besonders vorteilhaft dahingehend, dass die Antriebsstange 71 im durchgesteckten Zustand bereits vor Erstellung der endgültigen stoffschlüssigen Verbindung 73 bezüglich aller Richtungen senkrecht zur Antriebsstangenachse 71a vorpositioniert ist. Bei dieser Ausführung ist die Vorpositionierung unabhängig von Schwerkrafteinflüssen gewährleistet und es ist keine besondere räumliche Orientierung der Abgasturbolader-Baugruppe währende der Montage und Justage der Stellvorrichtung 50 erforderlich.This embodiment is particularly advantageous in that the drive rod 71 in the pushed-through state is already pre-positioned with respect to all directions perpendicular to the drive rod axis 71a before the final materially bonded connection 73 is created. In this embodiment, the pre-positioning is ensured independently of the influence of gravity and no special spatial orientation of the exhaust gas turbocharger assembly is required during the assembly and adjustment of the actuating device 50 .

Klar erkennbar ist in der Darstellung der 2, wie auch in den Darstellungen der 3 bis 5, das abgeschnittene Ende einer um ihre Spindeldrehachse 51a drehbar gelagerten Übertragungsspindel 51, die mit dem Kurbelarm 79 fest verbunden, beispielsweise verschweißt ist. Auf der gegenüberliegenden Seite des Kurbelarms 79 ist das Koppelelement 75 mit seinem Drehzapfen 76 um die Drehzapfenachse 76a drehbar in dem Kurbelarm 79 aufgenommen und, wie hier dargestellt, beispielsweise mittels eines Nietkopfes 78 festgelegten Sicherungsscheibe 77 gesichert.It is clearly recognizable in the representation of the 2 , as well as in the representations of 3 until 5 , the cut end of one to spin her deldrehachse 51a rotatably mounted transmission spindle 51, which is firmly connected to the crank arm 79, for example welded. On the opposite side of the crank arm 79, the coupling element 75 is accommodated in the crank arm 79 with its pivot pin 76 so that it can rotate about the pivot pin axis 76a and, as shown here, secured by means of a rivet head 78 fixed locking washer 77, for example.

In den 3 bis 5 sind unterschiedliche Ausführungen von Übertragungsgetrieben 70 des erfindungsgemäßen Abgasturboladers 10 dargestellt. Diese Übertragungsgetriebe 70 sind dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsstangen-Aufnahme 74 als V-förmige oder U-förmige oder rechteckige, einseitig offene Aussparung auf einer dem Drehzapfen gegenüberliegenden Oberseite oder einer Seitenfläche des Koppelelements 75 ausgeführt ist, die quer zur Drehzapfenachse 76a verläuft und in die die Antriebsstange 71 eingelegt ist.In the 3 until 5 different versions of transmission gears 70 of the exhaust gas turbocharger 10 according to the invention are shown. These transmission gears 70 are characterized in that the drive rod receptacle 74 is designed as a V-shaped or U-shaped or rectangular recess open on one side on a top side opposite the pivot pin or a side surface of the coupling element 75, which runs transversely to the pivot pin axis 76a and in which the drive rod 71 is inserted.

Insbesondere die Ausführung der Antriebsstangen-Aufnahme 74 als einseitig offene Aussparung hat den Vorteil, dass die Antriebsstange 71 auf einfache Weise eingelegt werden kann und nicht durchgesteckt werden muss wie beim Ausführungsbeispiel der 1 und 2. Dies trägt zur weiteren Vereinfachung des Montagevorgangs bei und erleichtert die automatisierte Montage. Jedoch ist hierbei auf die Orientierung der Abgasturbolader-Baugruppe bis zum Abschluss der endgültigen stoffschlüssigen Verbindung zwischen Antriebsstange 71 und Koppelement 75 zu achten. Diese ist vorteilhaft so zu wählen und beizubehalten, dass sich die Antriebsstange 71 selbst, mittels ihrer Schwerkraft, in der Antriebsstangen-Aufnahme 74 vorpositioniert und in dieser Position verharrt bis zur Fertigstellung der stoffschlüssigen Verbindung.In particular, the design of the drive rod receptacle 74 as a recess open on one side has the advantage that the drive rod 71 can be inserted in a simple manner and does not have to be pushed through as in the exemplary embodiment in FIG 1 and 2 . This further simplifies the assembly process and facilitates automated assembly. However, attention must be paid to the orientation of the exhaust gas turbocharger assembly until the final material connection between the drive rod 71 and the coupling element 75 has been completed. This is advantageously selected and maintained in such a way that the drive rod 71 itself, by means of its gravity, is pre-positioned in the drive rod receptacle 74 and remains in this position until the material connection is completed.

In 3 ist eine Ausführung eines Übertragungsgetriebes 70 dargestellt, das eine V-förmige Aussparung auf der dem Drehzapfen 76 gegenüberliegenden Oberseite des Koppelelements 75 aufweist, die einseitig offen, mit der Öffnung auf der Oberseite des Koppelelements, ausgebildet ist.In 3 1 shows an embodiment of a transmission gear 70 which has a V-shaped recess on the upper side of the coupling element 75 opposite the pivot pin 76, which is open on one side, with the opening on the upper side of the coupling element.

In 4 ist eine Ausführung eines Übertragungsgetriebes 70 dargestellt, das eine U-förmige Aussparung auf einer Seitenfläche des Koppelelements 75 aufweist, die einseitig offen, mit der Öffnung auf der Seitenfläche des Koppelelements, ausgebildet ist.In 4 1 shows an embodiment of a transmission gear 70 which has a U-shaped recess on a side surface of the coupling element 75 which is open on one side, with the opening on the side surface of the coupling element.

In 5 ist eine Ausführung eines Übertragungsgetriebes 70 dargestellt, das eine rechteckige Aussparung auf der dem Drehzapfen 76 gegenüberliegenden Oberseite des Koppelelements 75 aufweist, die einseitig offen, mit der Öffnung auf der Oberseite des Koppelelements, ausgebildet ist.In 5 1 shows an embodiment of a transmission gear 70 which has a rectangular recess on the upper side of the coupling element 75 opposite the pivot pin 76, which is open on one side, with the opening on the upper side of the coupling element.

6 zeigt schließlich eine Ausführung eines Übertragungsgetriebes 70 wie bereits in 3 dargestellt, hier jedoch in perspektivischer 3-D-Ansicht. 6 finally shows an embodiment of a transmission gear 70 as already shown in 3 shown, but here in a perspective 3-D view.

Bei allen gezeigten Ausführungen der 1 bis 6 ist die stoffschlüssige Verbindung 73 der Antriebsstange 71 in der Antriebsstangen-Aufnahme 74 schematisch dargestellt. Die stoffschlüssige Verbindung kann in allen Fällen als Schweißverbindung oder als Lötverbindung ausgeführt sein. Schweiß- oder Lötverbindungen sind dauerhaft feste und sichere Verbindungstechnologien, die auch automatisiert im Montageprozess ausgeführt werden können.In all the versions shown 1 until 6 the integral connection 73 of the drive rod 71 in the drive rod receptacle 74 is shown schematically. In all cases, the integral connection can be implemented as a welded connection or as a soldered connection. Welded or soldered connections are permanently strong and secure connection technologies that can also be automated in the assembly process.

BezugszeichenlisteReference List

1010
Abgasturboladerexhaust gas turbocharger
1212
Turbinenlaufradturbine runner
1515
Turboladerachse turbocharger axle
2020
Abgasturbineexhaust turbine
2121
Turbinengehäuse turbine housing
3030
Luftverdichterair compressor
3131
Verdichtergehäuse compressor housing
4040
Lagereinheitstorage unit
4141
Lagergehäuse bearing housing
5050
Stellvorrichtungactuator
5151
Übertragungsspindeltransmission spindle
51a51a
Spindeldrehachsespindle axis of rotation
5252
Wastegateventil wastegate valve
6060
Betätigungsaktuator actuation actuator
7070
Übertragungsgetriebetransmission gear
7171
Antriebsstangedrive rod
71a71a
Antriebsstangenachsedrive rod axis
7373
Stoffschlüssige VerbindungMaterial connection
7474
Antriebsstangen-Aufnahmedrive rod mount
7575
Koppelelementcoupling element
7676
Drehzapfenpivot
76a76a
Drehzapfenachsetrunnion axis
7777
Sicherungsscheibelocking washer
7878
Nietkopfrivet head
7979
Kurbelarmcrank arm

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Claims (4)

Abgasturbolader (10) für eine Brennkraftmaschine, wobei der Abgasturbolader (10) eine Stellvorrichtung (50), zur Anpassung seines Betriebsverhaltens an das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine, einen Betätigungsaktuator (60), zur Betätigung der Stellvorrichtung (50), und ein Übertragungsgetriebe (70), das unmittelbar oder mittelbar mit dem Betätigungsaktuator (60) einerseits und mit der Stellvorrichtung (50) andererseits gekoppelt ist, zur Übertragung einer Stellgröße des Betätigungsaktuators (60) auf die Stellvorrichtung (50), wobei das Übertragungsgetriebe (70) eine mit dem Betätigungsaktuator (60) verbundene Antriebsstange (71) mit einer Antriebsstangenachse (71a), einen mit der Stellvorrichtung (50) verbundenen Kurbelarm (79) und ein zwischen Antriebsstange (71) und Kurbelarm (79) angeordnetes Koppelelement (75) zur Koppelung von Antriebsstange (71) und Kurbelarm (79) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (75) einerseits einen Drehzapfen (76) mit einer Drehzapfenachse (76a) aufweist, der um die Drehzapfenachse (76a) drehbar in dem Kurbelarm (79) aufgenommen ist und andererseits eine Antriebsstangen-Aufnahme (74) aufweist, in der das vom Betätigungsaktuator (60) abgewandte Ende der Antriebsstange (71) mittels einer stoffschlüssigen Verbindung (73) fixiert ist, wobei die Antriebsstangen-Aufnahme (74) so gestaltet ist, dass die Antriebsstange (71), vor der Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung (73), in der Antriebsstangen-Aufnahme (74), quer zur Antriebsstangenachse (71a) vorpositioniert jedoch in Richtung der Antriebsstangenachse (71a) verschiebbar und die Drehlage des Koppelelements (75) um die Drehzapfenachse (76a) bestimmend aufgenommen ist.Exhaust gas turbocharger (10) for an internal combustion engine, wherein the exhaust gas turbocharger (10) has an actuating device (50) for adapting its operating behavior to the operating behavior of the internal combustion engine, an actuating actuator (60) for actuating the actuating device (50), and a transmission gear (70) , which is coupled directly or indirectly to the actuating actuator (60) on the one hand and to the actuating device (50) on the other hand, for transmitting a manipulated variable of the actuating actuator (60) to the actuating device (50), the transmission gear (70) having a 60) connected drive rod (71) with a drive rod axis (71a), a crank arm (79) connected to the adjusting device (50) and a coupling element (75) arranged between the drive rod (71) and the crank arm (79) for coupling the drive rod (71) and crank arm (79), characterized in that the coupling element (75) on the one hand has a pivot pin (76) with a rotational speed pin axis (76a), which is accommodated in the crank arm (79) so that it can rotate about the pivot axis (76a) and, on the other hand, has a drive rod receptacle (74) in which the end of the drive rod (71) facing away from the actuating actuator (60) can be fixed by means of a material connection (73), the drive rod receptacle (74) being designed in such a way that the drive rod (71), before the material connection (73) is made, in the drive rod receptacle (74) transversely to the drive rod axis ( 71a) pre-positioned but displaceable in the direction of the drive rod axis (71a) and determining the rotational position of the coupling element (75) about the pivot axis (76a). Abgasturbolader (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsstangen-Aufnahme (74) als Durchgangsbohrung in dem Koppelelement (75) ausgeführt ist, die quer zur Drehzapfenachse (76a) durch das Koppelement (75) verläuft und durch die die Antriebsstange (71) durchgesteckt ist.Exhaust gas turbocharger (10) after claim 1 , characterized in that the drive rod receptacle (74) is designed as a through hole in the coupling element (75) which runs through the coupling element (75) transversely to the pivot axis (76a) and through which the drive rod (71) is inserted. Abgasturbolader (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsstangen-Aufnahme (74) als V-förmige oder U-förmige oder rechteckige, einseitig offene Aussparung auf einer dem Drehzapfen (76) gegenüberliegenden Oberseite oder einer Seitenfläche des Koppelelements (75) ausgeführt ist, die quer zur Drehzapfenachse (76a) verläuft und in die die Antriebsstange (71) eingelegt ist.Exhaust gas turbocharger (10) after claim 1 , characterized in that the drive rod receptacle (74) is designed as a V-shaped or U-shaped or rectangular recess open on one side on a top side opposite the pivot pin (76) or a side surface of the coupling element (75) which is transverse to the pivot pin axis (76a) runs and in which the drive rod (71) is inserted. Abgasturbolader (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige Verbindung (73) der Antriebsstange (71) in der Antriebsstangen-Aufnahme (74) als Schweißverbindung oder als Lötverbindung ausgeführt ist.Exhaust gas turbocharger (10) after claim 1 , characterized in that the integral connection (73) of the drive rod (71) in the drive rod receptacle (74) is designed as a welded connection or as a soldered connection.
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