DE3734386C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verstelleinrichtung für den Abgasdurchsatz durch die Turbine eines Abgas­ turboladers nach den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Eine derartige Verstelleinrichtung ist aus der DE-PS 26 33 587 bekannt. Bei dieser bekannten Verstellein­ richtung erfolgt die axiale Verschiebung der Schiebemuffe über einen an dieser befestigten Ringkolben, der einer­ seits von einer Feder belastet und andererseits von der Ladeluft beaufschlagbar ist. Bei einer derartigen Ver­ schiebung der Schiebemuffe ist infolge wechselnder Reib­ kräfte und sich ändernder Federkräfte eine eindeutige Zuordnung der Stellung der Schiebemuffe zur Stellgröße nicht möglich, so daß die Absperrung des einen Abgas­ kanals durch die Schiebemuffe nicht in der gewünschten Weise erfolgen kann. Dabei wird die den Ringkolben be­ lastende Feder vor allem wegen der hohen auf sie ein­ wirkenden 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, eine Verstell­ einrichtung für den Abgasdurchsatz durch die Turbine eines Abgasturboladers für eine Brennkraftmaschine mit einer Schiebemuffe zu schaffen, deren Verstellweg eindeutig der Stellgröße zuzuordnen ist, wobei die Verstelleinrichtung unabhängig von der Abdichtung trotz der im Bereich des Ab­ gasturboladers auftretenden hohen Temperaturen voll funktionsfähig bleibt.

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

Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Verstelleinrichtung wirkt die Stellgröße im kühlen Bereich außerhalb des Ab­ gasturboladers auf die Welle ein, deren rein mechanische Verbindung mit der Schiebemuffe eine eindeutige Zuordnung der Stellgröße zu der Stellung der Schiebemuffe sichert. Die aufzuwendende 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 Temperaturein­ flüssen unterliegende Feder wird nicht benötigt. Als einziges Teil muß die Welle an ihrem Austritt aus dem Ladergehäuse abgedichtet werden, was jedoch wegen des geringen Durch­ messers der Welle und der fehlenden axialen Verschiebung verhältnismäßig leicht möglich ist.

Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung der Verstellein­ richtung 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 zuverlässig ist. Des weiteren ist der Dichtring wegen kleiner Verstellwinkel der Welle ohne Axialverschiebung mechanisch wenig belastet. Keramik-Lager an sich, die eine hohe Temperaturbelastung aushalten können, sind be­ reits aus der DE-OS 31 43 606 bekannt.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Verstellein­ richtung 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 Verstelleinrichtung 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 der Verstelleinrichtung 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 so­ wie 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 schleunigen 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. Verstelleinrichtung für den Abgasdurchsatz durch die Turbine eines Abgasturboladers für eine Brennkraftmaschine, wobei die 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 nach Art eines formschlüssigen Schiebesitzes mit Hilfe kulissenartiger Längsnuten axial verschiebbar im Ge­ häuse gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiebemuffe (7) mit einem axial festgelegten und in Umfangsrichtung verdrehbaren Mitnehmerring (13) über Mitnehmerstifte (14), die in die in der Schiebemuffe (7) angeordneten Längsnuten (16) eingreifen und diese in Um­ fangsrichtung mitnehmen, verbunden ist, daß in eine Wendel­ nut (18) in der Schiebemuffe (7) ein gehäusefester Kulissenstift (17) eingreift und daß an den Mitnehmerring (13) über eine formschlüssige Verbindung (Verzahnung 19, 20) eine Welle (21) angreift, die über ein Lager (Lagerringe 24) im Gehäuse (1) radial aus diesem herausgeführt ist.

2. Verstelleinrichtung 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. Verstelleinrichtung 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. Verstelleinrichtung 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. Verstelleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Mitnehmerring (13) eingesetzten Stifte von diesem nach außen ragend die in die Längsnuten (16) der Schiebemuffe (7) eingreifenden Mitnehmerstifte (14) bilden.

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

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