Betätigungseinrichtung für einen Abgasturbolader
Die Erfindung betrifft eine Betätigungseinrichtung für einen Abgasturbolader,
insbesondere zum Einstellen des Ladedrucks des Abgasturboladers, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
Die DE 699 28 331 T2 offenbart einen Turbolader, der ein Verdichterrad umfasst, welches innerhalb eines Verdichtergehäuses angebracht ist. Das Verdichtergehäuse hat einen Druckluftauslass. Es ist ein Regelventil zum Regeln des Drucks der vom
Verdichtergehäuseauslass zugeführten Luft vorgesehen. Ferner ist eine druckbetätigte Betätigungsvorrichtung vorgesehen, die am Turbolader angebracht ist, um das
Regelventil zu betätigen. Die Betätigungsvorrichtung umfasst ein Gehäuse, das eine Druckkammer und einen Einlass zum Zuführen von Druck zu der Kammer definiert.
Ferner umfasst das Gehäuse ein Verbindungsrohr, das sich vom
Betätigungsvorrichtungseinlass zum Verdichtergehäuse erstreckt, wobei das von dem Gehäuse entfernte Ende des Verbindungsrohrs mit dem Verdichterauslass verbunden wird, um dem Betätigungsvorrichtungseinlass Druck zuzuführen. Das Verbindungsrohr ist wesentlich starr und hat eine vorher definierte Form und ist in dem
Betatigungsvorrichtungsgehäuse integriert oder wird an dem selben befestigt, um so vor dem Anbringen der Betätigungsvorrichtung am Turbolader ein Bauteil der
Betätigungsvorrichtung zu bilden, wobei ein zum Anbringen des
Betätigungsvorrichtungsgehäuses am Turbolader bereitgestelltes Befestigungsmittel so konfiguriert wird, dass der Vorgang des Anbringens des Gehäuses am Turbolader das Ende des Verbindungsrohrs in Verbindung mit den Verdichterauslass bringt.
Der US 2003/0196 435 A1 ist eine Betätigungseinrichtung für einen Turbolader als bekannt zu entnehmen, welche ein Umgehungsventil, eine Welle sowie einen Hebelarm umfasst. Das Umgehungsventil ist dabei über die Welle mit dem Hebelarm verbunden. Die Betätigungseinrichtung umfasst eine Hebelarmerweiterung, welche derart mit dem Hebelarm verbunden ist, dass die Hebelarmerweiterung mit dem Hebelarm
korrespondierend zur Bewegung des Umgehungsventils rotiert. Ferner umfasst die Betätigungseinrichtung einen Betätigungsarm mit einem ersten Ende, welches drehbar
mit der Hebelarmerweiterung verbunden ist. Der Betätigungsarm weist ein zweites Ende auf, welches ein Gewinde sowie einen Befestigungsarm aufweist. Der Befestigungsarm weist eine Durchgangsöffnung für den Betätigungsarm auf, welche von dem
Betätigungsarm durchdrungen ist. Ferner weist der Befestigungsarm Mittel zur
Befestigung an dem Turboladergehäuse auf. Die bekannten Betätigungseinrichtungen weisen eine verbesserungswürdige Betätig barkeit des Ventilelements auf.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Betätigungseinrichtung für einen Abgasturbolader, insbesondere zum Einstellen des Ladedrucks des Abgasturboladers, bereitzustellen, welche eine verbesserte Betätigbarkeit des Ventilelements ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Betätigungseinrichtung für einen Abgasturbolader, insbesondere zum Einstellen des Ladedrucks des Abgasturboladers, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nichttrivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Eine solche Betätigungseinrichtung für einen Abgasturbolader, insbesondere zum
Einstellen des Ladedrucks des Abgasturboladers, umfasst ein Ventilelement, welches über wenigstes ein Zwischenelement mit einem Betätigungselement der
Betätigungseinrichtung gekoppelt ist. Das Ventilelement ist dabei über das
Betätigungselement zwischen einer ersten, einen von einem Medium, insbesondere Gas und insbesondere Abgas, durchströmbaren Kanal des Abgasturboladers zumindest teilweise fluidisch freigebenden Stellung und zumindest einer weiteren, den Kanal demgegenüber zumindest teilweise fluidisch versperrenden Stellung verstellbar. Das Zwischenelement, aufweisend einen ersten Endbereich und einen zweiten Endbereich, ist jeweils zumindest mittelbar mit dem Ventilelement und mit dem Betätigungselement gekoppelt.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Zwischenelement an seinem zweiten
Endbereich um eine dritte Drehachse relativ zu dem Ventilelement drehbar zumindest mittelbar mit diesem und an seinem ersten Endbereich um eine, zumindest im
Wesentlichen schräg, insbesondere senkrecht, zur dritten Drehachse verlaufenden zweiten Drehachse relativ zu dem Betätigungselement drehbar zumindest mittelbar mit diesem gekoppelt ist. Somit ist das Zwischenelement einerseits gelenkig mit dem
Ventilelement zumindest mittelbar und andererseits gelenkig mit dem Betätigungselement zumindest mittelbar verbunden. Durch diese jeweilige gelenkige Verbindung sind entsprechende Freiheitsgrade zum relativen Bewegen des Zwischenelements zu dem
Ventilelement und dem Betätigungselement geschaffen, welche zum einen einer verbesserten Betätigung des Ventilelements und damit zu einer verbesserten Funktion der Betätigungseinrichtung führen. Zum anderen ermöglicht die Schaffung der
Freiheitsgrade durch die gelenkigen Verbindungen eine besonders einfache, zeit- und damit kostengünstige Montage der Betätigungseinrichtung, wodurch die Gesamtkosten des Abgasturboladers gering gehalten werden können.
Die Bewegbarkeit des Zwischenelements sowohl relativ zu dem Ventilelement um die dritte Drehachse als auch relativ zu dem Betätigungselement um die, schräg,
insbesondere senkrecht, zur dritten Drehachse verlaufenden zweiten Drehachse führt ferner zu einer besonders geringen Reibung beim Betrieb der Betätigungseinrichtung, woraus ein besonders geringer Verschleiß der Betätigungseinrichtung resultiert. Dies geht einher mit einer verbesserten Funktionserfüllung der erfindungsgemäßen
Betätigungseinrichtung und das auch über eine hohe Lebensdauer des Abgasturboladers hinweg. So kann beispielsweise mittels der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung der Ladedruck des Abgasturboladers auch über eine besonders hohe Lebensdauer dieses hinweg präzise und definiert eingestellt werden, was mit einem effizienten Betrieb des Abgasturboladers und damit mit einem effizienten Betrieb eines dem
Abgasturboladers zugeordneten Aggregats, insbesondere einer
Verbrennungskraftmaschine, einhergeht. Dadurch kann der Energieverbrauch zum Betreiben des Aggregats gering gehalten werden, woraus ein geringer
Kraftstoffverbrauch sowie geringe C02-Emissionen resultieren.
Ein weiterer vorteilhafter Aspekt der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung ist, dass durch die gelenkige Kopplung des Zwischenelements sowohl mit dem Ventilelement als auch mit dem Betätigungselement (zumindest mittelbar) Betätigungskräfte beim Betrieb der Betätigungseinrichtung gedämpft werden, und das gegebenenfalls ohne zusätzliche Dämpfungseinrichtungen und/oder Dämpfungselemente. Ferner können durch die gelenkigen Kopplungen bauteil- und/oder montagebedingte Toleranzen kompensiert werden, was ebenso der verbesserten Funktion der erfindungsgemäßen
Betätigungseinrichtung zugute kommt.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung ist, dass sie neben der besonders einfachen Montierbarkeit auch eine besonders einfache Demontierbarkeit aufweist, was in einem Reparaturfall einer zeit- und kostengünstigen Reparatur und gegebenenfalls einem zeit- und kostengünstigen Teileaustausch zugute kommt.
Die erfindungsgemäße Betätigungseinrichtung kann ferner vorteilhafterweise für jedweden Abgasturbolader eingesetzt werden, um den Kanal zumindest teilweise völlig freizugeben und demgegenüber zumindest teilweise zu versperren.
Bei dem Kanal handelt es sich beispielsweise um einen Umgehungskanal. Durch diesen Umgehungskanal kann Abgas von in Strömungsrichtung des Abgases durch ein
Turbinengehäuse des Abgasturboladers stromauf eines in dem Turbinengehäuse zumindest bereichsweise aufgenommenen und um eine Drehachse drehbaren
Turbinenrads abgezweigt und unter Umgehung des Turbinenrads stromab desselbigen geführt werden. Somit wird das Turbinenrad nicht von den Umgehungskanal
durchströmenden Abgas beaufschlagt und nicht von diesem angetrieben. So kann der Ladedruck des Abgasturboladers gesteuert oder geregelt eingestellt werden.
Bevorzugt weist das Ventilelement, welches auch als Wastegate bezeichnet wird, eine Stellung auf, in welcher der Kanal fluidisch zumindest im Wesentlichen versperrt wird, sodass das Medium, insbesondere das Abgas, den Kanal zumindest im Wesentlichen nicht durchströmen kann. In der zumindest einen weiteren Stellung gibt das Ventilelement den Kanal zumindest teilweise fluidisch frei, sodass das Medium, insbesondere das Abgas, den Kanal durchströmen kann. Mit anderen Worten ist mittels des Ventilelements ein Strömungsquerschnitt des Kanals variabel einstellbar.
Das Betätigungselement ist beispielsweise als Stange oder dergleichen Stabelement ausgebildet und zum Bewegen des Ventilelements zumindest im Wesentlichen
translatorisch bewegbar. Dazu umfasst die Betätigungseinrichtung beispielsweise ein Stellglied, beispielweise eine Druckdose, welches mit dem Betätigungselement gekoppelt ist und mittels welchem das Betätigungselement bewegbar ist.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind das
Zwischenelement und das Betätigungselement über eine Steckverbindung miteinander gekoppelt. Dadurch weist die erfindungsgemäße Betätigungseinrichtung eine besonders einfache und damit zeit- und kostengünstige Montage auf, was die Gesamtkosten der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung gering hält.
Vorteilhafterweise ist durch das Zwischenelement eine Steckaufnahme der
Steckverbindung gebildet, in welche das Betätigungselement zumindest bereichsweise eingesteckt ist. Dies hält die Kosten der Betätigungseinrichtung gering, da insbesondere das Zwischenelement besonders einfach und damit kostengünstig zu bearbeiten und
somit die Steckaufnahme besonders vorteilhaft auszubilden ist. Ebenso kann vorgesehen sein, dass die Steckaufnahme durch das Betätigungselement gebildet ist, wobei das Zwischenelement zumindest bereichsweise in der Steckaufnahme aufgenommen und in diese eingesteckt ist.
In jeglicher Hinsicht ermöglicht die Steckaufnahme eine zeit- und kostengünstiges Einstecken beispielsweise des Betätigungselements von wenigstens einer Seite her. Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Steckaufnahme zumindest im Wesentlichen U- oder C-förmig ausgebildet und umfasst die Steckaufnahme begrenzende, und einander gegenüberliegend, insbesondere gegenseitige überdeckend, angeordnete Schenkel, welche über einen den Schenkeln gemeinsamen Grundsteg miteinander verbunden sind, wobei dieser Grundsteg die Steckaufnahme ebenso begrenzt. Bevorzugt ist lediglich ein den Schenkel gemeinsamer Grundsteg vorgesehen, über welchen die Schenkel miteinander verbunden sind. Dies birgt den Vorteil, dass dadurch beispielsweise das Betätigungselement in einer Vielzahl von Steckrichtungen in die Steckaufnahme eingesteckt werden und somit besonders einfach gelenkig mit dem Zwischenelement verbunden werden kann.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind das
Zwischenelement und das Ventilelement über eine Steckverbindung zumindest mittelbar miteinander gekoppelt. So können das Ventilelement und das Zwischenelement zumindest mittelbar besonders zeit- und kostengünstig miteinander verbunden werden, was die Kosten der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung gering hält.
Bei der Steckverbindung des Ventilelements mit dem Zwischenelement kann
vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass durch das Zwischenelement eine
Steckaufnahme der Steckverbindung gebildet ist, in welche das Ventilelement zumindest bereichsweise zumindest mittelbar eingesteckt ist. Dabei kommt der bereits zur
Steckverbindung des Zwischenelements mit dem Betätigungselement geschilderte Vorteil zum tragen, wonach das Zwischenelement besonders einfach und damit zeit- und kostengünstig zu bearbeiten und somit die Steckaufnahme vorteilhaft auszubilden ist.
Das zur Steckaufnahme der Steckverbindung des Betätigungselements mit dem
Zwischenelement Geschilderte kann analog auf die Steckaufnahme der Steckverbindung zwischen dem Zwischenelement und dem Ventilelement angeordnet werden. Dies bedeutet, dass die Steckaufnahme der Steckverbindung zwischen dem Ventilelement und dem Zwischenelement zumindest im Wesentlichen U- oder C-förmig ausgebildet sein und
zwei die Steckaufnahme begrenzende Schenkel umfassen kann, welche einander gegenüberliegen, insbesondere zumindest im Wesentlichen in gegenseitiger
Überdeckung, angeordnet sein können. Dabei sind die Schenkel mit insbesondere lediglich einem, den Schenkeln gemeinsamen Grundsteg verbunden, wobei der
Grundsteg die Steckaufnahme ebenso begrenzt. Dadurch kann beispielsweise das Ventilelement in einer Vielzahl von Steckrichtungen in die Steckaufnahme eingesteckt werden, sodass die zumindest mittelbare Verbindung bzw. Kopplung des Ventilelements mit dem Zwischenelement besonders zeit- und kostengünstig ausgebildet werden kann.
Bevorzugt ist der Grundsteg, der die Schenkel der Steckaufnahme der Steckverbindung zwischen dem Betätigungselement und dem Zwischenelement verbindet, auch der Grundsteg, der die Schenkel der Steckaufnahme der Steckverbindung zwischen dem Ventilelement und dem Zwischenelement miteinander verbindet. Mit anderen Worten ist lediglich ein Grundsteg vorgesehen, welcher sowohl die Schenkel der Steckaufnahme der Steckverbindung zwischen dem Zwischenelement und dem Betätigungselement als auch die Schenkel der Steckaufnahme der Steckverbindung zwischen dem Zwischenelement und dem Ventilelement miteinander verbindet. Das Zwischenelement weist dadurch einen besonders geringen Bauraumbedarf auf, sodass der Bauraumbedarf der
erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung gering gehalten werden kann. Dies trägt insbesondere zur Vermeidung und/oder Lösung von Package-Problemen bei,
insbesondere in einem platzkritischen Bereich wie einem Motorraum eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind das Zwischenelement und das
Ventilelement über wenigstens ein weiteres, einerseits mit dem Zwischenelement und andererseits mit dem Ventilelement gekoppeltes Zwischenelement miteinander gekoppelt. Bei dem weiteren Zwischenelement handelt es sich beispielsweise um einen Hebelarm, welcher mit einer Welle drehfest verbunden ist, wobei die Welle um eine Drehachse drehbar zumindest mittelbar an einem Gehäuse, insbesondere einem Turbinengehäuse, des Abgasturboladers gehalten ist. Mit der Welle ist ebenso das Ventilelement drehbar verbunden, sodass das Ventilelement über die Welle, das weitere Zwischenelement, das Zwischenelement und das Betätigungselement zwischen den zumindest zwei Stellungen bewegbar ist. Dies ermöglicht eine sehr kompakte und bauraumgünstige Darstellung der Betätigungseinrichtung, was den Bauraumbedarf des gesamten Abgasturboladers in einem geringen Rahmen hält. Dies bedeutet, dass das Ventilelement mittelbar über das weitere Zwischenelement mit dem ersten Zwischenelement gelenkig gekoppelt ist, wobei
also das bisher und im Folgenden in Bezug auf das Ventilelement Geschilderte analog auf das weitere Zwischenelement übertragbar und anwendbar ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind das
Zwischenelement und das Ventilelement und/oder das Zwischenelement und das
Betätigungselement über ein Verbindungselement, beispielsweise ein Bolzen, Stift oder dergleichen Stabelement, zumindest mittelbar miteinander gekoppelt. Dadurch ist eine besonders einfache und dadurch kostengünstige Montage sowie eine geringe Teileanzahl der Betätigungseinrichtung realisiert bei gleichzeitiger Verbesserung ihrer Funktion.
Das Stabelement kann dabei beispielsweise zumindest eine jeweilige Durchtrittsöffnung des Zwischenelements und des Betätigungselements und/oder des Zwischenelements und des Ventilelements durchdringen und somit das Zwischenelement mit dem
Betätigungselement und/oder das Zwischenelement mit dem Ventilelement verbinden. Das Stabelement kann dabei eine Lagerungsachse und/oder Lagerungswelle darstellen, mittels welcher die gelenkige, d.h. um die entsprechende Drehachse drehbare Kopplung des Zwischenelements mit dem Betätigungselement und/oder des Zwischenelements mit dem Ventilelement dargestellt ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das
Verbindungselement mittels wenigstens eines Sicherungselements, insbesondere eines Sicherungsrings, gegen eine Relativbewegung zu dem Zwischenelement und dem
Ventilelement und/oder gegen eine Relativbewegung zu dem Zwischenelement und dem Betätigungselement in axialer Richtung des Bolzens, Stifts oder dergleichen Stabelement gesichert. Dadurch sind das Ventilelement und das Zwischenelement und/oder das Ventilelement und das Betätigungselement auf besonders einfache und kostengünstige Art und Weise miteinander gekoppelt bei gleichzeitiger Realisierung einer sehr guten Funktion und Funktionserfüllungssicherheit der Betätigungseinrichtung. Somit kann das Ventilelement auch über eine hohe Lebensdauer hinweg und bei hohen Belastungen sicher mittels der Betätigungseinrichtung betätigt und bewegt werden.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das
Zwischenelement einstückig ausgebildet. Dies hält die Teileanzahl, das Gewicht und die Kosten der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung gering.
Zum Begrenzen eines Verdrehwinkelbereichs des Zwischenelements relativ zum
Betätigungselement ist das Zwischenelement vorteilhafterweise in zwei den
Verdrehwinkelbereich jeweils begrenzende Endstellungen unter Ausbildung einer jeweiligen Stützanlage des Zwischenelements an dem Betätigungselement bewegbar. Mit anderen Worten ist das Zwischenelement relativ zu dem Betätigungselement um die entsprechende Drehachse lediglich in dem begrenzten Verdrehwinkelbereich und somit um weniger als 360° drehbar. Der Verdrehwinkelbereich ist dabei einerseits von der ersten Endstellung und andererseits von der zweiten Endstellung begrenzt, in welche das Zwischenelement relativ zu dem Betätigungselement bewegbar, insbesondere drehbar, ist. In der jeweiligen Endstellung ist zwischen dem Zwischenelement und dem
Betätigungselement eine Stützanlage ausgebildet, in welcher das Zwischenelement zumindest mittelbar an dem Betätigungselement anliegt und nicht mehr weiter bewegt sondern lediglich in Richtung der entsprechend anderen Endstellung bewegt werden kann. Dadurch ist eine besonders einfache und kostengünstige Begrenzung des
Verdrehwinkelbereichs dargestellt, was auch zu einer geringen Teileanzahl und zu geringen Kosten der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung führt.
Dabei kann zumindest ein Dämpfungselement vorgesehen sein, um eine
Anschlagsdämpfung zu bewirken, wenn das Zwischenelement in zumindest eine der Endstellungen bewegt wird. Der Verdrehwinkelbereich des Zwischenelements relativ zu dem Betätigungselement beträgt dabei beispielsweise 0° bis 15°, insbesondere liegt ein Verdrehwinkel bei 2,5°. So kann sich das Zwischenelement zur Realisierung der geschilderten und verbesserten Funktion der Betätigungseinrichtung und der
verbesserten Betätigung des Ventilelements weit genug, jedoch nicht unerwünscht weit relativ zu dem Betätigungselement bewegen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und
Merkmalskombinationen sowie nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Dabei zeigen:
Fig. 1 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht eines Abgasturboladers mit einer erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung,
Fig. 2 eine schematische und perspektivische Explosionsansicht der
Betätigungseinrichtung gemäß Fig. 1 ,
Fig. 3 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht der
Betätigungseinrichtung gemäß den Figuren 1 und 2,
Fig. 4 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht der
Betätigungseinrichtung gemäß Fig. 3, wobei ein Gabelkopf relativ zur Betätigungsstange in eine erste von zwei Endstellungen eines Verdrehwinkelbereichs bewegt ist,
Fig. 5 ausschnittsweise eine schematische und vergrößerte Seitenansicht der
Betätigungseinrichtung gemäß Fig. 4 und
Fig. 6 eine schematische Draufsicht der Betätigungseinrichtung gemäß den
Figuren 1 bis 5.
Die Fig. 1 zeigt einen Abgasturbolader 10 für eine beispielsweise als Hubkolbenmaschine ausgebildete Verbrennungskraftmaschine. In der Fig. 1 ist ein Turbinengehäuse 12 einer Turbine 14 des Abgasturboladers 10 zu erkennen, wobei das Turbinengehäuse 12 von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbar ist. In dem Turbinengehäuse 12 ist ein nicht näher dargestelltes Turbinenrad der Turbine 14 um eine nicht näher dargestellte Drehachse drehbar angeordnet, wobei das Abgas zu dem Turbinenrad geführt wird, um dieses zu beaufschlagen und anzutreiben. Das Turbinenrad ist mit einer nicht näher dargestellten Welle des Abgasturboladers 10 drehfest verbunden, mit welcher auch ein nicht näher dargestelltes Verdichterrad eines nicht näher dargestellten Verdichters des Abgasturboladers 10 drehfest verbunden ist. Durch Beaufschlagen und Antreiben des Turbinenrads durch das Abgas kann auch das Verdichterrad angetrieben und somit um die Drehachse gedreht werden. Mittels des Verdichterrads ist dabei der
Verbrennungskraftmaschine zuzuführende Luft verdichtbar. Durch die Verdichtung der Luft wird diese auf einen so genannten Ladedruck verdichtet, welche von dem
Abgasturbolader 10 bereitgestellt wird.
Damit der Ladedruck des Abgasturboladers 10 nicht einen Schwellenwert überschreitet und um somit den Ladedruck einzustellen, insbesondere zu begrenzen, umfasst die Turbine 14 eine nicht näher dargestellte Umgehungseinrichtung mit zumindest einem
beispielsweise in das Turbinengehäuse 12 integrierten nicht näher dargestellten
Umgehungskanal. Mittels des Umgehungskanals kann Abgas von in Strömungsrichtung des Abgases durch das Turbinengehäuse 12 stromauf des Turbinenrads abgezweigt und stromab des Turbinenrads geleitet werden. Das über den Umgehungskanal abgezweigte Abgas kann das Turbinenrad nicht beaufschlagen und nicht antreiben. Diese
Umgehungseinrichtung wird als Wastegate bezeichnet, wodurch ein so genanntes Bypassieren (Umgehen) des Turbinenrads möglich ist.
Diese Umgehung des Turbinenrads durch das Abgas über den Umgehungskanal ist jedoch nur in einigen Betriebspunkten der Verbrennungskraftmaschine erwünscht. Zur bedarfsgerechten Umgehung des Turbinenrads und damit zur bedarfsgerechten
Einstellung des Ladedrucks des Abgasturboladers 10 umfasst dieser eine
Betätigungseinrichtung 16. Die Betätigungseinrichtung 16 umfasst ein Ventilelement 18 mit einem in der Fig. 1 nicht erkennbaren Ventilteil, das zumindest bereichsweise in dem Umgehungskanal angeordnet und zwischen zumindest zwei Stellungen bewegbar ist. In einer der Stellungen ist der Umgehungskanal mittels des Ventilteils fluidisch zumindest im Wesentlichen versperrt, sodass kein Abgas den Umgehungskanal durchströmen kann. In der zumindest einen weiteren der Stellungen ist der Umgehungskanal demgegenüber zumindest teilweise fluidisch freigegeben, sodass Abgas den Umgehungskanal unter Umgehung des Turbinenrads durchströmen kann.
Zum Betätigen und Bewegen des Ventilteils ist dieses mit einer Verstellwelle 20 des Ventilelements 18 drehfest verbunden. Die Verstellwelle 20 ist dabei um eine erste Drehachse 22 relativ zu dem Turbinengehäuse 12 drehbar und zumindest bereichsweise und zumindest mittelbar in diesem gehalten. Ein Drehen der Verstellwelle 20 um die erste Drehachse 22, was beispielsweise durch einen Richtungspfeil 24 angedeutet ist, bewirkt ein Drehen des Ventilteils um die erste Drehachse 22 und damit ein Verstellen dieses zwischen den zumindest zwei Stellungen. Bevorzugt ist das Ventilteil in einem
Verstellbereich zwischen einer Vielzahl von unterschiedlichen Stellungen verstellbar, insbesondere bewegbar, wobei das Ventilteil bevorzugt zumindest im Wesentlichen kontinuierlich oder stufenweise zwischen den unterschiedlichen Stellungen verstellbar ist. So kann ein von abgezweigtem Abgas durchströmbarer Strömungsquerschnitt des Umgehungskanals variabel eingestellt werden.
Zum Verstellen des Ventilteils ist mit der Verstellwelle 20 des Ventilelements 18 ein Hebelelement 26 des Ventilelements 18 drehfest verbunden. Das Hebelelement 26 ist besonders in den Fig. 2 und 5 erkennbar.
Die Betätigungseinrichtung 16 umfasst ferner ein Betätigungselement 28, welches hier in Form einer Betätigungsstange ausgebildet ist, welche an ihrem ersten Ende 30 mit einer Druckdose 32, insbesondere einer Unterdruckdose, der Betätigungseinrichtung 16 gekoppelt ist. An ihrem dem ersten Ende 30 gegenüberliegenden zweiten Ende 34 weist die Betätigungsstange 28 ein Betätigungsteil 36 auf, über welches sie mit einem
Zwischenelement 38, welches hier in Form eines Gabelkopfes ausgebildet ist, der Betätigungseinrichtung 16 gekoppelt ist. Das Betätigungsteil 36 ist beispielsweise derart mit der Betätigungsstange 28 verbunden, dass das Betätigungsteil 36 ein Innengewinde aufweist, wobei die Betätigungsstange 28 ein dazu korrespondierendes Außengewinde aufweist. Dabei sind das Betätigungsteil 36 und die Betätigungsstange 28 über das Innengewinde und das Außengewinde miteinander verschraubt und somit verbunden. Es wäre auch eine andere Art der Verbindung des Betätigungsteils 36 mit der
Betätigungsstange 28 denkbar, beispielsweise eine gesicherte Steckverbindung, wobei die Betätigungsstange 28 in das Betätigungsteil 38 gesteckt wird oder das Betätigungsteil 38 in der Betätigungsstange 28 aufgenommen wird und eine zwischen dem
Betätigungsteil 38 und der Betätigungsstange 28 ausgebildete Verbindungsstelle über ein entsprechendes Sicherungselement gesichert ist. Hierzu kann im einfachsten Fall ein Steckbolzen mit entsprechenden Sicherungsringen dienen.
Der Gabelkopf 38 ist in einem ersten Endbereich 40 des Gabelkopfs 38 um eine zweite Drehachse 42 relativ zu der Betätigungsstange 28 drehbar mit dieser gekoppelt. In einem dem ersten Endbereich 40 gegenüberliegenden zweiten Endbereich 44 ist der Gabelkopf 38 um eine dritte Drehachse 46 relativ zu dem Hebelelement 26 und damit zu dem Ventilelement 18 drehbar mit dem Ventilelement 18 gekoppelt. Wie insbesondere den Fig. 2 bis 5 zu entnehmen ist, verlaufen die zweite Drehachse 42 und die dritte
Drehachse 46 zumindest im Wesentlichen senkrecht zueinander.
Durch diese gelenkige Kopplung des Gabelkopfs 38 einerseits mit der Betätigungsstange 28 und andererseits mit dem Ventilelement 18 weist die Betätigungseinrichtung 16 eine besonders einfache und damit zeit- und kostengünstige Montage sowie eine sehr gute Funktion und Funktionserfüllungssicherheit auf, da durch diese beidseitige, im ersten Endbereich 40 und im zweiten Endbereich 44, gelenkige Kopplung des Gabelkopfs 38 mit der Betätigungsstange 28 und dem Ventilelement 18 entsprechende Freiheitsgrade geschaffen sind, welche der Montage und der Funktion der Betätigungseinrichtung 16 zugute kommen.
Der Gabelkopf 38 stellt somit ein Zwischenelement dar, über welches das Ventilelement 18 reibungs- und somit verschleißarm über die Betätigungsstange 28 von der Druckdose 32 betätigt werden kann. Dazu ist die Betätigungsstange 28 von der Druckdose 32 zumindest im Wesentlichen translatorisch bewegbar, was durch einen Richtungspfeil 48 angedeutet ist.
Wie insbesondere der Fig. 2 zu entnehmen ist, sind der Gabelkopf 38 und das
Ventilelement 18 in dem zweiten Endbereich 44 über eine Steckverbindung miteinander verbunden. Durch den Gabelkopf 38 ist in dem zweiten Endbereich 44 eine
Steckaufnahme 50 gebildet, welche zumindest im Wesentlichen C-förmig ausgebildet ist und zwei in gegenseitiger Überdeckung angeordnete Schenkel umfasst, einen ersten Schenkel 52 und einen zweiten Schenkel 54, die durch einen gemeinsamen Steg 56 miteinander verbunden sind. Auch der Steg 56 begrenzt die Steckaufnahme 50. Der erste Schenkel 52 weist eine erste Durchtrittsöffnung 58 auf, welche fluchtend zu einer zweiten Durchtrittsöffnung 60 des zweiten Schenkels 54 ausgebildet ist.
Zum Koppeln des Ventilelements 18 mit dem Gabelkopf 38 wird das Hebelelement 26 bereichsweise in die Steckaufnahme 50 eingesteckt. Auch das Hebelelement 26 weist zwei sich zumindest im Wesentlichen parallel zueinander erstreckende Schenkel auf, einen dritten Schenkel 62 und einen vierten Schenkel 64, welche über eine zumindest im Wesentlichen senkrecht entlang dem dritten Schenkel 62 und dem vierten Schenkel 64 verlaufenden Wandung 66 miteinander verbunden sind. Dadurch weist das Hebelelement 26 zumindest im Wesentlichen eine Z-Form auf.
Der dritte Schenkel 62 weist eine dritte Durchtrittsöffnung 69 auf, welche von der
Verstellwelle 20 durchdrungen ist, und über welche das Hebelelement 26 drehfest mit der Verstellwelle 20 verbunden ist.
Der vierte Schenkel 64 weist eine zu der ersten Durchtrittsöffnung 58 und der zweiten Durchtrittsöffnung 60 korrespondierende vierte Durchtrittsöffnung 68 auf. Wird das Hebelelement 26 mit seinem vierten Schenkel 64 in die Steckaufnahme 50 eingesteckt, so sind die erste Durchtrittsöffnung 58, die zweite Durchtrittsöffnung 60 und die vierte Durchtrittsöffnung 68 zumindest im Wesentlichen fluchtend zueinander angeordnet. In diesem Zustand wird ein erstes Verbindungselement 70, in diesem Ausführungsbeispiel in Form eines Verbindungsbolzens, bereichsweise durch die erste Durchtrittsöffnung 58, die zweite Durchtrittsöffnung 60 und die vierte Durchtrittsöffnung 68 hindurch gesteckt. Der erste Verbindungsbolzen 70 weist einenends einen ersten Bund 72 auf, welcher mit dem ersten Schenkel 52 des Gabelkopfs 38 in Stützanlage kommt, sodass der Bolzen 70
entsprechend positioniert ist. Um zu verhindern, dass sich der erste Verbindungsbolzen 70 beispielsweise während des Betriebs der Betätigungseinrichtung 16
unerwünschterweise aus der ersten Durchtrittsöffnung 58, der zweiten Durchtrittsöffnung 60 und der vierten Durchtrittsöffnung 68 hinausbewegt, wird der erste Verbindungsbolzen 70 mittels eines Sicherungselementes 74, welches in diesem Ausführungsbeispiel in Form eines Sicherungsrings ausgebildet ist, gesichert. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass der erste Verbindungsbolzen 70 mittels des ersten Bunds 72 und des
Sicherungsrings 74 gegen eine unerwünschte Bewegung in axialer Richtung
(Richtungspfeil 76) des erste Verbindungsbolzen 70 relativ zu dem Hebelelement 26 und dem Gabelkopf 38 gesichert ist.
Zur Kopplung des Gabelkopfs 38 mit der Betätigungsstange 28 ist in dem ersten
Endbereich 40 des Gabelkopfs 38 eine weitere Steckaufnahme 50' gebildet, welche zumindest im wesentlichen C-förmig ausgebildet ist und die weitere Steckaufnahme 50' begrenzende Schenkel, ein weiterer erster Schenkel 52' und ein weiterer zweiter
Schenkel 54', umfasst. Der weitere erste Schenkel 52' und der weitere zweite Schenkel 54' der weiteren Steckaufnahme 50' sind durch einen die weiteren Schenkel 52', 54' miteinander verbindenden Steg 56, der auch die weitere Steckaufnahme 50' begrenzt. Auch der weitere erste Schenkel 52' weist eine weitere erste Durchtrittsöffnung 58' auf, welche fluchtend zu einer weiteren zweiten Durchtrittsöffnung 60' des weiteren zweiten Schenkels 54' ausgebildet ist.
Zum Verbinden bzw. Koppeln der Betätigungsstange 28 mit dem Gabelkopf 38 wird das Betätigungsteil 36, welches mit der Betätigungsstange 28 verbunden ist, zumindest bereichsweise in die weitere Steckaufnahme 50' eingesteckt. Auch das Betätigungsteil 36 weist eine weitere vierte Durchtrittsöffnung 68' auf, welche in eingestecktem Zustand des Betätigungsteils 36 in der weiteren Steckaufnahme 50' zumindest im Wesentlichen fluchtend zu der weiteren ersten Durchtrittsöffnung 58' und der weiteren zweiten
Durchtrittsöffnung 60' angeordnet ist. In diesem Zustand wird ein zweites
Verbindungselement 70', ebenfalls in Form eines Verbindungsbolzens, durch die weitere erste Durchtrittsöffnung 58', die weitere zweite Durchtrittsöffnung 60' und die weitere dritte Durchtrittsöffnung 68' hindurch gesteckt. Der zweite Verbindungsbolzen 70' weist einen zweiten Bund 72' auf, der nach entsprechendem Durchstecken in Stützanlage mit dem weiteren zweiten Schenkel 54' des Gabelkopfs 38 kommt. Es ist ein zweites
Sicherungselement 74', in Form eines Sicherungsrings, vorgesehen. Mittels des zweiten Sicherungsrings 74' und des zweiten Bunds 72' ist der zweite Verbindungsbolzen 70' gegen eine unerwünschte Relativbewegung zu dem Gabelkopf 38 und dem
Betätigungsteil 36 in axialer Richtung des zweiten Verbindungsbolzens 70' gesichert, wobei die axiale Richtung durch einen Richtungspfeil 76' angedeutet ist.
In montiertem Zustand weisen der erste Verbindungsbolzen 70 eine mit der zweiten Drehachse 42 und der zweite Verbindungsbolzen 70' einer mit der dritten Drehachse 46 koaxiale Achse auf.
Der Gabelkopf 38 und das Betätigungsteil 36 sind relativ zueinander in einem
Drehwinkelbereich verdrehbar, welcher im Wesentlichen zumindest einen Betrag von 2,5° aufweist. In Fig. 4 und 6 ist eine erste Endstellung einer Relativbewegung zwischen dem Gabelkopf 38 und der Betätigungsstange 28 bzw. dem Betätigungsteil 36, welches fest mit der Betätigungsstange 28 verbunden ist, gezeigt.
Der Gabelkopf 38 und das Betätigungsteil 36 weisen eine Positionierung auf, welche in Form einer Stützlage ausgebildet ist. Das heißt, erste Stirnflächen 78 des weiteren ersten Schenkels 52' und des weiteren zweiten Schenkels 54' liegen an zweiten
Stirnflächen 80 des Betätigungsteils 36 einander kontaktierend aneinander an. Dadurch ist eine mechanische Begrenzung des Verdrehwinkelbereichs dargestellt, sodass sich der Gabelkopf 38 und das Betätigungsteil 36 relativ zueinander bewegen können, jedoch eine unerwünscht große Relativbewegung zueinander mit einfachen und kostengünstigen Mitteln vermieden ist.
Daraus ist ersichtlich, dass eine translatorische und durch den Richtungspfeil 48 angedeutete Bewegung der Betätigungsstange 28 über den Gabelkopf 38 eine rotatorische Bewegung des Hebelelements 26 um die Drehachse 22 bewirkt. Die bewegliche Kopplung des Gabelkopfs 38 mit der Betätigungsstange 28 und dem
Ventilelement 18 ermöglicht dabei einen Ausgleich von bauteil- und montagebedingten Toleranzen sowie eine Dämpfung von Betätigungskräften, und das auf kostengünstige Weise.