DE3734386A1 - Abgasturbolader fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1.

Ein derartiger Abgasturbolader ist aus der DE-PS 26 33 587 bekannt. Bei diesem bekannten Abgasturbolader erfolgt die Steuerung der Schiebemuffe über einen an dieser be­ festigten Ringkolben, der einerseits von einer Feder be­ lastet und andererseits von der Ladeluft beaufschlagbar ist. Bei einer derartigen Steuerung der Schiebemuffe ist infolge wechselnder Reibkräfte und sich ändernder Feder­ kräfte eine eindeutige Zuordnung der Stellung der Schiebe­ muffe zur Stellgröße nicht möglich, so daß die Absperrung des einen Abgaskanals durch die Schiebemuffe nicht in der gewünschten Weise erfolgen kann. Dabei wird die den Ring­ kolben belastende Feder vor allem wegen der hohen auf sie einwirkenden Temperaturen schnell ihre Federkennlinie ver­ ändern. Auch die Funktion der großflächigen Ringdichtung des Ringkolbens ist wegen der hohen Temperaturbelastung und den dadurch bedingten Verzug in ihrer Dichtwirkung ge­ fährdet, so daß sich im Rückraum des Ringkolbens ein un­ definierter Gegendruck aufbauen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Abgasturbo­ lader für eine Brennkraftmaschine mit einer Schiebemuffe zu schaffen, deren Verstellweg eindeutig der Stellgröße zuzuordnen ist, wobei die Steuereinrichtung unabhängig von der Abdichtung trotz der im Bereich des Abgasturbo­ laders auftretenden hohen Temperaturen voll funktions­ fähig bleibt.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Abgasturbolader wirkt die Stellgröße im kühlen Bereich außerhalb des Abgasturbo­ laders auf die Welle ein, deren rein mechanische Verbindung mit der Schiebemuffe eine eindeutige Zuordnung der Stell­ größe zu der Stellung der Schiebemuffe sichert. Die aufzu­ wendende Verstellkraft wird nur durch innere Reibungs­ kräfte bestimmt, da die Schiebemuffe allseitig mit dem gleichen statischen Druck beaufschlagt wird. Dabei können Reibungskräfte keinen Einfluß auf die Genauigkeit des Verstellweges der Schiebemuffe nehmen, eine Temperatur­ einflüssen unterliegende Feder wird nicht benötigt. Als einziges Teil muß die Welle an ihrem Austritt aus dem Ladergehäuse abgedichtet werden, was jedoch wegen des geringen Durchmessers der Welle und der fehlenden axialen Verschiebung verhältnismäßig leicht möglich ist.

Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung des Abgasturboladers nach dem Patentanspruch 2 sind in platzsparender Weise Wellenlagerung und Wellenabdichtung zusammengefaßt, wobei die Dichtwirkung durch Labyrinth und Dichtring, aber auch wegen der kleinen Abmessungen der Dichtstelle sehr zuver­ lässig ist. Des weiteren ist der Dichtring wegen kleiner Verstellwinkel der Welle ohne Axialverschiebung mechanisch wenig belastet.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Abgasturboladers nach dem Patentanspruch 3 ist eine platzsparende genaue und temperaturbeständige formschlüssige Verbindung zwischen der Welle und dem Mitnehmerring hergestellt.

Die erfindungsgemäße Ausbildung nach dem Patentanspruch 4 ergibt neben der Möglichkeit eines gesonderten Zusammenbaus der gesamten Steuereinrichtung einen Schutz der sich be­ wegenden Teile vor einer unmittelbaren Beaufschlagung durch Abgase. Darüber hinaus ist eine sichere axiale Festlegung des Mitnehmerringes im Gehäusering bei Beweglichkeit in Umfangsrichtung erreicht.

Bei dem Abgasturbolader nach dem Patentanspruch 5 ergibt sich durch die gleichzeitige Verwendung der den Mit­ nehmerring mit dem Gehäusering verbindenden Stifte als Mitnehmerstifte für die Schiebemuffe eine wesentliche bauliche Vereinfachung.

Durch die Ausführung nach dem Patentanspruch 6 wird eine weitere Verbesserung der Führung des Mitnehmerringes sowie eine Verminderung der Reibung erreicht.

Die Ausführung nach dem Patentanspruch 7 erleichtert neben einer guten Anpassung des Verlaufs der Kanalinnenwand an die Form des Turbinenrades weiter den Zusammenbau der Steuereinrichtung und verbessert die Führung der Schiebe­ muffe.

Mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 ist der Konturring relativ zum Mitnehmerring eindeutig festgelegt und wird das Kugellager in seiner Ausführung vereinfacht.

Im folgenden ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Abgasturbine mit einer Schiebemuffe im Querschnitt und

Fig. 2 die teilweise abgewickelte Schiebemuffe.

Im Gehäuse 1 der Abgasturbine 2 ist mittels einer Welle 3, die gleichzeitig ein nicht gezeigtes Pumpenrad zur Förderung von Verbrennungsluft in eine Brennkraftmaschine antreibt, ein Turbinenrad 4 gelagert. Dieses ist über zwei Spiral­ kanäle 5 und 6 mit Abgasen beaufschlagbar, und zwar über den einen Spiralkanal 5 rein radial und über den anderen Spiral­ kanal 6 seitlich mit einer sowohl radialen wie axialen Komponente. Um bei bestimmten Betriebszuständen, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine und zum Be­ schleunigung des Turbinenrades 4, die gesamte Abgasmenge über den Spiralkanal 6 dem Turbinenrad 4 zuzuführen, ist der rein radial beaufschlagende Spiralkanal 5 unmittelbar vor dem Einlauf in das Turbinenrad 4 durch eine Schiebemuffe 7 absperrbar.

Die Schiebemuffe 7 ist axial verschiebbar zwischen dem Ge­ häuse 1 und einem Gehäusering 8 sowie einem mit diesem mittels Haltestiften 9 verbundenen Konturring 10 gelagert, wobei der Gehäusering 8 die Wand des stromab des Turbinen­ rades 4 liegenden Kanals 11 bildet und der Konturring 10 der Außenform des Turbinenrades 4 unmittelbar im Anschluß an den Auslauf des Spiralkanals 5 folgt. Auf dem Gehäuse­ ring 8 ist mittels Kugeln 12 aus Keramik, deren turbinen­ radseitige Reihe durch eine Laufschulter (27) des Kontur­ ringes (10) geführt ist, ein Mitnehmerring 13 gelagert, der zusätzlich durch in ihn eingesetzte Mitnehmerstifte 14, die in eine äußere Umfangsnut 15 im Gehäusering 8 ein­ greifen, so geführt ist, daß er sich auf dem Gehäusering 8 drehen kann, jedoch in Axialrichtung festgelegt ist. Die Mit­ nehmerstifte 14 sind nach außen bis in die Schiebemuffe 7 weitergeführt und greifen in darin eingearbeitete Längsnuten 16 ein. Weiterhin greifen in den Konturring 10 eingesetzte Kulissenstifte 17 in schräglaufende Wendelnuten 18 ein, die in die Schiebemuffe 7 eingearbeitet sind. Somit wird bei einer Umfangsbewegung des Mitnehmerringes 13 über den Ein­ griff der Mitnehmerstifte 14 in die Längsnuten 16 die Schiebe­ muffe 7 verdreht und gleichzeitig infolge des Eingriffs der feststehenden Kulissenstifte 17 in die Wendelnuten 18 in Axialrichtung verschoben und dadurch der Einlauf des Spiral­ kanals 5 mehr oder weniger geöffnet. Dabei sind die Wendel­ nuten 18 auf der Schiebemuffe 7 soweit stromab gelegt, daß sie über den gesamten Verstellweg der Schiebemuffe vom Konturring 10 abgedeckt werden.

Der Mitnehmerring 13 ist auf seiner dem Spiralkanal 5 ab­ gewandten Stirnseite über einen Teil seines Umfanges mit einer Kegelradverzahnung 19 versehen, in die eine ent­ sprechende Verzahnung 20 eines auf eine Welle 21 aufge­ setzten Kegelzahnrades 22 eingreift, die radial aus dem Gehäuse 1 herausgeführt ist. Die Welle 21 ist an ihrem äußeren Ende mit einer Formschlußverbindung 23 wie bei­ spielsweise einer Kerbverzahnung versehen, auf die ein nicht dargestellter Verstellantrieb zur Einleitung einer Drehbewegung auf die Welle 21 aufsetzbar ist.

Die Welle 21 ist in zwei Lagerringen 24 aus Keramik ge­ lagert, zwischen denen ein Dichtring 25 angeordnet ist. Die Lagerung wirkt wie eine Labyrinthdichtung, so daß sich eine sehr gute Dichtwirkung gegen die Abgase er­ gibt. Zur Vereinfachung des Einbaus der Welle 21 ist in deren Bereich eine zweigeteilte Lagerplatte 26 vor­ gesehen, die zusammen mit dem Gehäusering 8 am Ge­ häuse 1 verschraubt wird.

Claims (8)

1. Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine, dessen Turbine ein zweiflutiges Gehäuse mit zwei Kanälen zur Zuführung der Abgase auf das Turbinenrad aufweist, von denen ein Kanal in Abhängigkeit von einem veränderlichen Betriebsparameter durch eine Schiebemuffe absperrbar ist, die durch eine Steuereinrichtung axial verschiebbar im Gehäuse gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiebemuffe (7) mit einem axial festgelegten und in Umfangsrichtung verdrehbaren Mitnehmerring (13) über einen formschlüssigen, die Schiebemuffe (7) in Um­ fangsrichtung mitnehmenden Schiebesitz verbunden ist, daß in eine Wendelnut (18) in der Schiebemuffe (7) ein ge­ häusefester Kulissenstift (17) eingreift und daß an den Mitnehmerring (13) über eine formschlüssige Verbindung (Verzahnungen 19, 20) eine Welle (21) angreift, die über ein Lager (Lagerringe 24) im Gehäuse (1) radial aus diesem herausgeführt ist.

2. Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das insbesondere aus Keramik bestehende Lager (Lager­ ringe 24) der Welle (21) als Labyrinthdichtung ausgeführt ist, in die zusätzlich ein Dichtring (25) eingesetzt ist.

3. Abgasturbolader nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die formschlüssige Verbindung als über einen Teil des Umfanges mit einer Verzahnung (20) versehenes, an der Welle (21) befestigtes Kegelrad (22) ausgebildet ist, das in eine seitlich an dem Mitnehmerring (13) angebrachte Kegelradverzahnung (19) eingreift.

4. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmerring (13) auf einem in dem Abgaskanal (11) stromab des Turbinenrades (4) eingesetzten, die Kanalwand bildenden Gehäusering (8) gelagert ist, wobei in den Mit­ nehmerring (13) eingesetzte Stifte in eine äußere Umlaufnut (15) im Gehäusering (8) eingreifen.

5. Abgasturbolader nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Mitnehmerring (13) eingesetzten Stifte von diesem nach außen ragend als Mitnehmerstifte (14) in Längs­ nuten (16) der Schiebemuffe (7), den Schiebesitz bildend, eingreifen.

6. Abgasturbolader nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmerring (13) mittels Kugeln (12) aus Keramik auf dem Gehäusering (8) gelagert ist.

7. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich an den turbinenradseitigen Endbereich des Gehäuse­ ringes (8), mit diesem durch Haltestifte (9) fest ver­ bunden, ein an die Außenkanten des Turbinenrades (4) angepaßter Konturring (10) anschließt, auf dem die Schiebemuffe (7) zusätzlich gelagert ist.

8. Abgasturbolader nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Konturring (10) die innere Laufschulter (27) für die turbinenradseitigen Lagerkugeln (12) bildet.