DE112012002896T5

DE112012002896T5 - Turbolader

Info

Publication number: DE112012002896T5
Application number: DE112012002896.1T
Authority: DE
Inventors: Thomas Ramb; Dietmar Metz
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2011-08-08
Filing date: 2012-07-24
Publication date: 2014-04-03
Also published as: KR20180100448A; JP6072795B2; KR101967791B1; CN103635671A; USRE47973E1; US20140154055A1; WO2013022597A1; CN105484809A; JP6518646B2; JP2017096289A; KR101895894B1; CN103635671B; JP2014525532A; CN105484809B; KR20140050678A; US9506371B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Turbolader (1) mit variabler Turbinengeometrie (VTG) mit einem Turbinengehäuse (2) mit einem Zuführkanal (9) für Abgase; mit einem Turbinenrad (4), das drehbar im Turbinengehäuse (2) gelagert ist; und mit einem Leitgitter (18), das das Turbinenrad (4) radial außen umgibt, das einen Schaufellagerring (6) aufweist, das eine Mehrzahl von Leitschaufeln (7) aufweist, die jeweils eine im Schaufellagerring (6) gelagerte Schaufelwelle (8) aufweisen, das einen Verstellring (5) aufweist, der mit den Leitschaufeln (7) über zugeordnete, an den Schaufelwellen (8) an einem ihrer Enden befestigte Schaufelhebel (20) in Wirkverbindung steht, wobei jeder Schaufelhebel (20) am anderen Ende einen Hebelkopf (23) aufweist, der mit einer eine Bodenwand (26) aufweisenden zugeordneten Eingriffsausnehmung (24) des Verstellrings (5) in Eingriff bringbar ist, und das einen Anschlag (25) zumindest zur Einstellung des Minimaldurchflusses durch die von den Leitschaufeln (7) gebildeten Düsenquerschnitte aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag ein erster Abstützpunkt (25) auf der Bodenwand (26) ist, den der Hebelkopf (23) in der Minimaldurchflussstellung mit einer der Bodenwand (26) zugewandten Wandfläche (27) berührt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Turbolader gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein derartiger Turbolader ist aus der EP 1 564 380 A1 bekannt. Zur Vermeidung einer Schwächung des Verstellringes schlägt diese Druckschrift einen Anschlag vor, der einteilig mit dem Verstellring verbunden ist und aus einem Steg besteht, dessen Breite verändert werden kann oder mit einer verstellbaren Wurmschraube versehen sein kann. Durch diese Ausbildung ergibt sich zwar in gewisser Weise die Möglichkeit eines verstellbaren Anschlages, jedoch wäre ein derartig aufgebauter Anschlag in der Praxis kaum verwirklichbar, da zum einen die Platzverhältnisse das Einbringen einer Wurmschraube, was überdies ein Vorsehen eines Innengewindes im einstückigen Anschlagteil erfordern würde und überdies eine Kontermöglichkeit für die Wurmschraube vorgesehen werden müsste, um die vorgenommene Einstellung fixieren zu können. Dies ist aufgrund der äußerst knappen Platzverhältnisse in der Realität mit hohem Aufwand verbunden und daher nicht erstrebenswert.
Durch die einteilige Ausbildung des Anschlages am Verstellring ist es jedoch bei dem bekannten Turbolader, wenn überhaupt, nur unter relativ hohem Aufwand möglich, den Vorsprung des Anschlages nach der Montage des Leitgitters nachzubearbeiten, wenn beispielsweise eine Korrektur der Endlagen des Leitgitters vorgenommen werden soll bzw. muss.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Turbolader der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art zu schaffen, der eine Vereinfachung der Montage des Leitgitters bzw. Leitapparates ermöglicht, wobei zumindest eine einfache und genaue Einstellung des Minimaldurchflusses mittels des Leitapparates allein möglich sein soll.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Erfindungsgemäß ist es mithin möglich, die Leitschaufelstellung in der Kartusche bzw. dem Leitgitter durch einen inneren Anschlag zwischen dem Verstellring und dem Schaufelhebel bzw. Schaufelhebelkopf zu realisieren. Damit kann jeweils ein Anschlag für die kleinste und vorzugsweise größte Schaufelstellung zur Verfügung gestellt werden, ohne dass zusätzliche Bauteile erforderlich wären.
Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigt:
1 eine geschnittene perspektivische Darstellung des grundsätzlichen Aufbaues eines erfindungsgemäßen Turboladers,
2 eine Draufsicht auf das erfindungsgemäße Leitgitter, und
3–5 Teilansichten des Leitgitters in verschiedenen Leitschaufelpositionen.
In 1 ist ein erfindungsgemäßer Turbolader 1 dargestellt, der ein Turbinengehäuse 2 und ein damit über ein Lagergehäuse 19 verbundenes Verdichtergehäuse 3 aufweist. Die Gehäuse 2, 3 und 19 sind entlang einer Rotationsachse R angeordnet. Das Turbinengehäuse 2 ist teilweise im Schnitt gezeigt, um die Anordnung eines Schaufellagerrings 6 als Teil eines radial äußeren Leitgitters 18 zu verdeutlichen, das eine Mehrzahl von über den Umfang verteilten Leitschaufeln 7 mit Schwenkachsen bzw. Schaufelwellen 8 aufweist. Hierdurch werden Düsenquerschnitte gebildet, die je nach der Lage der Leitschaufeln 7 größer oder kleiner sind und dem in der Mitte an der Rotationsachse R gelagerten Turbinenrad 4 mehr oder weniger mit dem über einen Zuführkanal 9 zugeführten und über einen Zentralstutzen 10 abgeführten Abgas eines Motors beaufschlagen, um über das Turbinenrad 4 ein auf der selben Welle sitzendes Verdichterrad 17 anzutreiben.
Um die Bewegung bzw. die Lage der Leitschaufeln 7 zu steuern, ist eine Betätigungseinrichtung 11 vorgesehen. Diese kann an sich beliebig ausgebildet sein, jedoch weist eine bevorzugte Ausführungsform ein Steuergehäuse 12 auf, das die Steuerbewegung eines an ihr befestigten Stößelgliedes 14 steuert, um dessen Bewegung auf einen hinter dem Schaufellagerring 6 gelegenen Verstellring 5 in eine leichte Drehbewegung desselben umzusetzen. Zwischen dem Schaufellagerring 6 und einem ringförmigen Teil 15 des Turbinengehäuses 2 wird ein Freiraum 13 für die Leitschaufeln 7 gebildet. Um diesen Freiraum 13 sichern zu können, weist der Schaufellagerring 6 einstückig geformte Abstandshalter 16 auf. Im Beispielsfalle sind drei Abstandshalter 16 in einem Winkelabstand von jeweils 120° am Umfang des Schaufellagerrings 6 angeordnet. Vom Prinzip her ist es jedoch möglich, mehr oder weniger derartige Abstandshalter 16 vorzusehen.
Aus 2 ergibt sich eine Draufsicht auf das erfindungsgemäße Leitgitter 18, den Schaufellagerring 6, die Leitschaufeln 7 mit ihren Schaufelwellen 8, den Verstellring 5 und die Schaufelhebel 20 mit ihren Hebelgriffen 23 verdeutlicht, wobei beispielhaft jeweils zwei Schaufelhebel 20 mit Hebelköpfen 23 repräsentativ für alle anderen Anordnungen dargestellt sind. Die in 2 mit dem Buchstaben ”X” geeignete Einzelheit ist in den 3 bis 5 in unterschiedlichen Leitschaufelstellungen wiedergegeben. Dementsprechend ist jeweils nur ein Ausschnitt des Leitgitters 18 dargestellt.
3 zeigt eine mittlere Stellung ST_M der Leitschaufel 7. 3 verdeutlicht, dass der im Wesentlichen halbrund ausgebildete Hebelkopf 23 eine Wandfläche 27 aufweist, die auf eine Bodenwand 26 der Eingriffsausnehmung 24 zuweist. In der in 3 gezeigten mittleren Schaufelstellung ST_M ergibt sich ein Spiel S zwischen dieser Wandfläche 27 und der Bodenwand 26, wie sich dies im Einzelnen aus der Darstellung der 3 ergibt.
4 zeigt demgegenüber die geschlossene Stellung ST_G der Leitschaufeln 7. Hierbei schwenkt gemäß der in 4 gewählten Darstellung der Schaufelhebel 20 mit seinem Hebelkopf 23 um einen Winkel α, der etwa 25° betragen kann, nach links. In dieser Stellung reduziert sich das Spiel S auf einen Wert 0, wie dies in 4 angegeben ist. Die Wandfläche 27 legt sich in dieser Stellung an einen ersten Abstützpunkt 25 der Bodenwand 26 an, so dass der Abstützpunkt 25 den Anschlag (in diesem Fall den Minimalanschlag) bildet.
In 5, die die geöffnete Schaufelstellung ST_O zeigt, schwenkt der Schaufelhebel 20 um den Mittelpunkt M₈ der Schaufelwelle 8 um einen Winkel β nach rechts und es kommt zu einer Anlage an einem zweiten Abstützpunkt 28, der ebenfalls auf der Bodenwand 26 liegt und den die Wandfläche 27 in dieser Stellung als Maximalanschlag berührt.
Die beiden Abstützpunkte 25 und 28 sind symmetrisch zu einer Radiuslinie R angeordnet, die durch den Mittelpunkt M₈ der Schaufelwelle 8 verläuft und die vom Mittelpunkt M₁₈ des Leitgitters 18 ausgeht. Bei der in 3 dargestellten mittleren Schaufelstellung entspricht die Radiuslinie R der Längsmittellinie des Schaufelhebels 20.
Durch diese Anordnung wird insbesondere der Vorteil erreicht, dass sowohl für die Minimalstellung als auch die Maximalstellung ein definierter Anschlag gebildet werden kann, ohne dass zusätzliche Bauteile erstellt und montiert werden müssen. Jeder Schaufelhebel findet seinen Endanschlag bei maximalem, aber auch gleichem Winkelausschlag im inneren Anschlag zum Verstellring. Wie anhand der 3 bis 5 erläutert, ergibt sich sowohl beim Minimalanschlag als auch beim Maximalanschlag ein gleiches Wirkprinzip. Beide Endpositionen haben hierbei den Vorteil, dass die Leitschaufeln in einer sehr genauen Endposition zum Liegen kommen.
Für den Maximalanschlag bedeutet dies einen sehr genauen Innenkreis an den Schaufelenden, was insbesondere für Abgasturbolader mit verstellbarer Turbinengeometrie wichtig ist, die bei Otto-Motoren zum Einsatz kommen.
Die erfindungsgemäße Lösung bedeutet für den Minimalanschlag eine sehr genaue, gleichmäßige Kanalausbildung mit einem entsprechend genauen Durchsatzkennwert, was wiederum für Dieselmotoren wichtig ist.
Darüber hinaus ergibt sich, wie gesagt, durch die erfindungsgemäße Konstruktion der Vorteil, dass zumindestens ein Bauteil eingespart werden kann und damit einige Bearbeitungsvorgänge am Schaufellagerring sowie die dazugehörende Montage eines derartigen zusätzlichen Bauteils. Dies ergibt neben einer Vereinfachung des Aufbaus bei gleicher technischer Wirksamkeit, einen Kostenvorteil.
Neben der voranstehenden schriftlichen Offenbarung der Erfindung wird hiermit explizit auf deren zeichnerische Darstellung in den 1 bis 5 Bezug genommen.
Bezugszeichenliste

1: Turbolader
2: Turbinengehäuse
3: Verdichtergehäuse
4: Turbinenrad
5: Verstellring
6: Schaufellagerring
7: Leitschaufeln
8: Schaufelwelle
8H: Schaufelwelle, die dem Hebelkopf 23 zugeordnet ist
9: Zuführkanal
10: Axialstutzen
11: Betätigungseinrichtung
12: Steuergehäuse
13: Freiraum für Leitschaufeln 7
14: Stößelglied
15: Ringförmiger Teil des Turbinengehäuses 2
16: Abstandshalter/Distanznocken
17: Verdichterrad
18: Leitgitter/Leitapparat (VTG)
19: Lagergehäuse
20: Schaufelhebel
21: Befestigungsring
22: Ausnehmung
23: Hebelkopf
24: Eingriffsausnehmungen
25, 28: Anschlag (Abstützpunkt)
26: Bodenwand
27: Wandfläche
R: Radiuslinien
M₈: Mittelpunkt der Schaufelwelle
M₁₈: Mittelpunkt des Leitgitters

Claims

Turbolader (1) mit variabler Turbinengeometrie (VTG) – mit einem Turbinengehäuse (2) mit einem Zuführkanal (9) für Abgase; – mit einem Turbinenrad (4), das drehbar im Turbinengehäuse (2) gelagert ist; und – mit einem Leitgitter (18), • das das Turbinenrad (4) radial außen umgibt, • das einen Schaufellagerring (6) aufweist, • das eine Mehrzahl von Leitschaufeln (7) aufweist, die jeweils eine im Schaufellagerring (6) gelagerte Schaufelwelle (8) aufweisen, • das einen Verstellring (5) aufweist, der mit den Leitschaufeln (7) über zugeordnete, an den Schaufelwellen (8) an einem ihrer Enden befestigte Schaufelhebel (20) in Wirkverbindung steht, wobei jeder Schaufelhebel (20) am anderen Ende einen Hebelkopf (23) aufweist, der mit einer eine Bodenwand (26) aufweisenden zugeordneten Eingriffsausnehmung (24) des Verstellrings (5) in Eingriff bringbar ist, und • das einen Anschlag (25) zumindest zur Einstellung des Minimaldurchflusses durch die von den Leitschaufeln (7) gebildeten Düsenquerschnitte aufweist, dadurch gekennzeichnet, • dass der Anschlag ein erster Abstützpunkt (25) auf der Bodenwand (26) ist, den der Hebelkopf (23) in der Minimaldurchflussstellung mit einer der Bodenwand (26) zugewandten Wandfläche (27) berührt.
Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Anschlag in Form eines zweiten Abstützpunktes (28) auf der Bodenwand (26) vorgesehen ist, den der Hebelkopf (23) in einer Maximaldurchflussstellung mit der der Bodenwand (26) zugewandten Wandfläche (27) berührt.
Turbolader nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Abstützpunkt (25, 28) symmetrisch zu einer durch einen Mittelpunkt (M₈) der dem Hebelkopf (23) zugeordneten Schaufelwelle (8H) verlaufenden Radiuslinie (R) angeordnet sind.
Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einer mittleren Schaufelstellung (ST_M) zwischen der Bodenwand (26) und der auf sie weisenden Wandfläche (23) des Hebelkopfes (23) ein Spiel (S) vorgesehen ist.