Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung eines Abgasführungsabschnitts eines Abgasturboladers der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Abgasführungsabschnitte für Abgasturbolader, welche eine Regelvorrichtung zur Regelung eines den Abgasführungsabschnitt durchströmenden Fluids, im Allgemeinen Abgas, aufweisen, sind bekannt. Die Regelvorrichtung ist zum Öffnen und Schließen eines Umgehungskanals im durchströmbaren Abgasführungsabschnitt zur Umgehung eines im Abgasführungsabschnitt in einer Radkammer des Abgasführungsabschnitts drehbar angeordneten Turbinenrades des Abgasführungsabschnitts vorgesehen. Des Weiteren kann mit der Regelvorrichtung eine zwischen zwei Spiralkanälen des Abgasführungsabschnitts ausgebildete Durchströmöffnung geöffnet oder geschlossen werden, damit eine Überströmung des Abgases von einem Spiralkanal in den anderen und vice versa möglich ist.

Mit Hilfe einer derartigen Regelvorrichtung ist es möglich in bestimmten Betriebspunkten des Abgasturboladers, insbesondere in Betriebspunkten, welche große Strömungsmengen aufweisen, das Turbinenrad vollständig oder teilweise zu umgehen, so dass ein effizienter Betrieb des Abgasturboladers ermöglicht ist. Der effiziente Betrieb des Abgasturboladers ist abhängig von einer bestimmten Öffnungscharakteristik der Regelvorrichtung, welche den Erfordernissen eines mit dem Abgasturbolader verbundenen Antriebsaggregates, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine, angepasst auszubilden ist.

Die Regelvorrichtung weist mehrere Bauteile auf, welche miteinander verbunden sind, wobei auch relative Bewegungen einzelner Bauteile zueinander möglich sind. So weist ein Schließelement der Regelvorrichtung, welches zum Schließen des Umgehungskanals und/oder der Durchströmöffnung vorgesehen ist, zu einem zur Bewegung des Schließelementes ausgebildeten Hebelarm der Regelvorrichtung, der das Schließelement an einem Ende aufnimmt, eine relativ zum Hebelarm mögliche Bewegbarkeit auf. Diese mögliche Bewegbarkeit ist notwendig, damit bspw. bei einem Verschwenken des Hebelarms mit dem Schließelement ein Verklemmen im Abgasführungsabschnitt vermieden werden kann. Die relative Bewegbarkeit der beiden Bauteile zueinander bedingt im Betrieb des Abgasturboladers einen Verschleiß der Regelvorrichtung, den es zumindest zu reduzieren gilt.

So kann der Offenlegungsschrift DE 102017202 132 A1 eine Regelvorrichtung eines Abgasturboladers entnommen werden, welche ein Schließelement aufweist, das an einem Hebelarm der Regelvorrichtung aufgenommen ist. Der Hebelarm ist in einen Hohlraum des Schließelementes hineinragend ausgeführt. Zur Reduzierung des Verschleißes ist ein Ende des Hebelarms, welches in den Hohlraum hineinragt, abschnittsweise zur Herbeiführung eines Kontaktes mit dem Schließelement ausgeführt. Hierzu weist das Ende des Hebelarms Führungselemente mit Führungsflächen auf, die in Kontakt mit dem Schließelement kommen können.

Die Gebrauchsmusterschrift DE 202018 101 707 U1 offenbart ebenfalls eine Regelvorrichtung eines Abgasturboladers, welche ein Schließelement und einen in das Schließelement hineinragenden Hebelarm aufweist, wobei das Ende das Hebelarms konisch ausgebildete Führungselemente aufweist, welche einer zur Herbeiführung eines gleitfähigen Linienkontaktes gekrümmten Kontaktfläche des Schließelementes gegenüberliegend ausgebildet sind, oder vice versa.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine verbesserte Regelvorrichtung eines Abgasführungsabschnitts eines Abgasturboladers bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Regelvorrichtung eines Abgasführungsabschnitts eines Abgasturboladers mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Eine erfindungsgemäße Regelvorrichtung eines Abgasführungsabschnitts eines Abgasturboladers weist eine Schließeinrichtung umfassend ein Schließelement und einen Elementhebel auf, wobei die Schließeinrichtung um eine Drehachse verschwenkbar ist. Das Schließelement ist zum Öffnen und Schließen eines ersten Strömungsquerschnitts des Abgasführungsabschnitts ausgebildet, wobei der erste Strömungsquerschnitt in einer zwischen einem ersten Spiralkanal des Abgasführungsabschnitts und einem zweiten Spiralkanal des Abgasführungsabschnitts liegenden Trennwand ausgebildet ist. Der Abgasführungsabschnitt weist einen zweiten Strömungsquerschnitt auf, welcher einem im Abgasführungsabschnitt ausgebildeten Umgehungskanal zugeordnet ist, welcher zur Umgehung einer Anströmung eines im Abgasführungsabschnitt ausgebildeten Turbinenrades ausgeführt ist. Das Schließelement weist einen ersten Elementabschnitt zur Schließung des ersten Strömungsquerschnitts und einen zweiten Elementabschnitt auf, welcher zur Schließung des zweiten Strömungsquerschnitts nutzbar ist. Der Elementhebel weist einen in einen Hohlraum des Schließelementes eingreifend ausgebildeten Hebelendabschnitt auf. Das Schließelement besitzt ein mit ihm fest verbundenes Halteelement, das zumindest teilweise vom Hebelendabschnitt umfasst ist. Erfindungsgemäß weist der Hebelendabschnitt eine erste Kontaktfläche und eine bezogen auf eine Längsachse des Schließelementes axial von der ersten Kontaktfläche beabstandete zweite Kontaktfläche auf, wobei die erste Kontaktfläche eine sich axial erstreckende erste Teilfläche und eine sich radial erstreckende zweite Teilfläche aufweist, die mit Hilfe einer zwischen beiden Teilflächen ausgebildeten dritten Teilfläche miteinander verbunden sind, wobei die Teilflächen einen Kontakt mit dem Schließelement ausführbar ausgebildet sind, und wobei die Teilflächen und ein Boden des Schließelementes eben ausgebildet sind.

Der Vorteil ist die Herbeiführung einer möglichst großen Kontaktfläche aufgrund der drei Teilflächen, die relativ zueinander bezogen auf die Längsachse unterschiedlich angeordnet sind. Aus dieser möglichst großen Kontaktfläche resultiert eine im Vergleich zu einer kleinen Kontaktfläche kleinere Flächenpressung der sich kontaktierenden Bauteile, die zu einer Verschleißminderung, bzw. einer Verschleißreduzierung führt. Ein weiterer Vorteil der großen Kontaktfläche ist eine Erhöhung eines Wärmeübertrages des aufgrund der hohen Abgastemperaturen erwärmten Schließelementes über den Hebelendabschnitt in den Elementhebel, und von dort in den Abgasführungsabschnitt, welcher eine höhere Wärmeaufnahmekapazität ohne wesentliche Ausdehnungsänderungen besitzt als das Schließelement.

Somit ist eine gegenüber dem Stand der Technik wesentlich verbesserte Regelvorrichtung bereitgestellt, deren Schließeinrichtung sich durch einen reduzierten Verschleiß und somit durch eine hohe Betriebssicherheit und eine hohen, gegenüber dem Stand der Technik gesteigerten Lebensdauer auszeichnet. Des Weiteren ist eine Geräuschemission reduziert.

Es ist somit insgesamt eine Regelvorrichtung für einen Abgasturbolader geschaffen, die aufgrund der Form der Regelvorrichtung unter den auftretenden Abgasdrücken und Abgaspulsationen eine übermäßige Bewegung des Schließelementes bzw. eine Relativbewegung zwischen dem Elementhebel und dem Schließelement, begrenzen, damit eine übermäßige Reibung zwischen dem Schließelement und dem Elementhebel im Bereich ihrer, insbesondere axialer Kontaktflächen vermieden ist.

Sollte dennoch an den axialen Kontaktflächen ein Verschleiß eingetreten sein, führt dies zu einem Kontakt zwischen geneigt ausgebildeten Flächen, insbesondere konisch ausgebildeten Flächen, wodurch die Kontaktflächen vergrößert sind und ein weiterer Verschleiß gestoppt oder zumindest verlangsamt wird, ebenso aufgrund einer dadurch auch herbeigeführten weiteren Begrenzung der Relativbewegung. Die radial ausgebildeten Kontaktflächen der beiden Bauteile begrenzen eine Taumelbewegung des Schließelementes, die durch die Abgaspulsation herbeigeführt wird.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die 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. Gleichen oder funktionsgleichen Elementen sind identische Bezugszeichen zugeordnet. Es zeigen:

Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht einen Schnitt entlang einer Schnittebene durch einen Abgasführungsabschnitt eines Abgasturboladers mit einer Regelvorrichtung gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 2 in einem Teilschnitt eine Schließeinrichtung einer erfindungsgemäßen Regelvorrichtung in einer ersten Relativposition,

Fig. 3 in einem Teilschnitt die Schließeinrichtung der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung in einem zweiten Ausführungsbeispiel in einer zweiten Relativposition,

Fig. 4 in einer Draufsicht die Schließeinrichtung gern. Fig. 2, und

Fig. 5 in einem Teilschnitt die Schließeinrichtung der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung in einem dritten Ausführungsbeispiel in der ersten Relativposition.

Ein gemäß Fig. 1 ausgebildeter erfindungsgemäßer durchströmbarer Abgasführungsabschnitt 1 eines Abgasturboladers 2, umfasst einen Eintrittskanal 3 zum Eintritt einer Fluidströmung in den Abgasführungsabschnitt 1, im Allgemeinen Abgas einer Verbrennungskraftmaschine 7, einen ersten Spiralkanal 4 und einen zweiten Spiralkanal 5 stromab des Eintrittskanals 3 zur Konditionierung der Strömung und einen nicht näher dargestellten Austrittskanal stromab der Spiralkanäle 4, 5, über welchen das Abgas aus dem Abgasführungsabschnitt 1 gezielt entweichen kann. Zwischen den Spiralkanälen 4, 5 und dem Austrittskanal ist eine nicht näher dargestellte Radkammer ausgebildet, in welcher ein nicht näher dargestelltes Turbinenrad drehbar aufgenommen ist.

Der Abgasführungsabschnitt 1 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einem Abgaskrümmer 6 der Verbrennungskraftmaschine 7 verbunden, so dass das Abgas der Verbrennungskraftmaschine 7 über den Eintrittskanal 3 in die Spiralkanäle 4, 5 eintreten kann um das Turbinenrad zu beaufschlagen.

Zur Anpassung eines Betriebsverhaltens des Abgasturboladers 2 an die Fluidströmung der Verbrennungskraftmaschine 7, und somit an die Verbrennungskraftmaschine 7, ist im Abgasführungsabschnitt 1 eine Regelvorrichtung 8 zur Trennung und zur Verbindung des ersten Spiralkanals 4 und des zweiten Spiralkanals 5 angeordnet. Die Regelvorrichtung 8 weist eine Schließeinrichtung 9 umfassend ein Schließelement 10 und einen Elementhebel 11 auf, wobei der Elementhebel 11 zur Verschwenkung des Schließelementes 10 um einen Verschwenkwinkel ausgeführt ist.

Zur Trennung und zur Verbindung der beiden Spiralkanäle 4, 5 ist das Schließelement 10 in einer Durchströmöffnung 12, welche die beiden Spiralkanäle 4, 5 miteinander durchströmbar ausgebildet ist, angeordnet.

In einer ersten Position, der Schließposition des Schließelementes 10, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, sind die beiden Spiralkanäle 4, 5 vollständig voneinander getrennt durchströmbar, wobei die Durchströmöffnung 12 mit Hilfe des Schließelementes 10 vollständig geschlossen ist. Das Abgas der Verbrennungskraftmaschine 7 durchströmt die beiden Spiralkanäle 4, 5, wobei ein erster Teil des Abgases den ersten Spiralkanal 4 und ein zweiter Teil des Abgases den zweiten Spiralkanal 5 durchströmt.

In einer zweiten Position des Schließelementes 10, welche nicht näher abgebildet ist, ist die Durchströmöffnung 12 vollständig geöffnet und Abgas kann aus dem ersten Spiralkanal 4 in den zweiten Spiralkanal 5 überströmen und vice versa. D. h., dass Abgas von dem einen Spiralkanal 4; 5 in den anderen Spiralkanal 5; 4 über die Durchströmöffnung 12, welche einen ersten Strömungsquerschnitt 13 aufweist, überströmen kann.

Das Schließelement 10 ist zwischen der ersten Position und der zweiten Position in weitere Zwischenpositionen zu positionieren, so dass der erste Strömungsquerschnitt 13 einem entsprechenden Bedarfsfall zur Erzielung eines gemäß der durchströmenden Abgasmenge bestmöglichen Wirkungsgrades des Abgasturboladers 2 anpassbar ist. Zur Herbeiführung einer zu bevorzugenden Öffnung des ersten Strömungsquerschnitts 13 ist das Schließelement 10 eine topfformartige Außenkontur 14 aufweisend ausgestaltet.

Das Schließelement 10 besitzt einen ersten Elementabschnitt 15 zur Schließung des ersten Strömungsquerschnitts 13 und einen zweiten Elementabschnitt 16, welcher zur Schließung eines im Abgasführungsabschnitt 1 ausgebildeten zweiten Strömungsquerschnitts 17 nutzbar ist.

Der zweite Strömungsquerschnitt 17 ist zur Umströmung des Turbinenrades vorgesehen. Das heißt mit anderen Worten, dass das durch den zweiten Strömungsquerschnitt 17 strömende Abgas am Turbinenrad vorbei geleitet wird und das Turbinenrad nicht von diesem durch den zweiten Strömungsquerschnitt 17 strömenden Abgas beaufschlagt wird. Der zweite Strömungsquerschnitt 17 ist in einem Umgehungskanal 18 ausgebildet, welcher auch üblicherweise als so genannter Wastegatekanal bezeichnet wird. Die Schließeinrichtung 9 ist um eine Drehachse 19 verschwenkbar ausgeführt.

Das in den Figuren 2 bis 4 abgebildete Schließelement 10 der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung 8 besitzt ebenfalls eine annähernd topfformartige Außenkontur 14, wobei in einem Hohlraum 20 des Schließelementes 10 ein stiftförmiges Halteelement 21 sich entlang einer Längsachse 22 des Schließelementes 10 erstreckend ausgebildet ist.

Das Halteelement 21 ist zur Aufnahme des Elementhebels 11 ausgebildet, wobei ein Hebelendabschnitt 23 des Elementhebels 11 sich in den Hohlraum 20 erstreckend ausgeführt ist und das Halteelement 21 in einer im Hebelendabschnitt 23 ausgebildeten Durchgangsöffnung 24 aufnimmt. Das heißt mit anderen Worten, dass das Schließelement 10 das mit ihm fest verbundene Halteelement 21 vom Hebelendabschnitt 23 umfasst aufweist. Zur Vermeidung eines Verklemmens des Schließelementes 10 im Betrieb des Abgasturboladers 2 ist zwischen dem Halteelement 21 und dem Hebelendabschnitt 23 ein Bewegungsspalt 25 ausgebildet.

Der Hebelendabschnitt 23 weist eine erste Kontaktfläche 26 und eine zweite Kontaktfläche 27 auf, welche einer Innenwandung 28 des Schließelementes 10, die den Hohlraum 20 begrenzt, gegenüberliegend ausgebildet sind. Die erste Kontaktfläche 26 ist von der zweiten Kontaktfläche 27 entlang der Längsachse 22 beabstandet ausgeführt zur Reduzierung eines Gesamtkörperkontaktes zwischen dem Hebelendabschnitt 23 und dem Schließelement 10, und somit zur Reduzierung des Verschleißes zwischen dem Elementhebel 11 und dem Schließelement 10. Ebenso kann dadurch eine Geräuschemission aufgrund eines reduzierten Gesamtkörperkontaktes reduziert werden.

Die erste Kontaktfläche 26, welche einem Boden 29 der Innenwandung 28 zugewandt ausgeführt ist, besitzt eine sich axial erstreckende erste Teilfläche 30 und eine sich radial erstreckende zweite Teilfläche 31, die mit Hilfe einerzwischen beiden Teilflächen 30, 31 ausgebildeten dritten Teilfläche 32 miteinander verbunden sind, wobei die Teilflächen 30, 31, 32 einen Kontakt mit der Innenwandung 28 und somit mit dem Schließelement 10 ausführbar ausgebildet sind. Die erste Teilfläche 30 und die dritte Teilfläche 32 sind ringförmig ausgebildet, wobei die dritte Teilfläche 32 gegenüber der Längsachse 22 des Schließelementes 10 geneigt ausgebildet ist.

Ein erster Teilabschnitt 33 des Hebelendabschnitts 23, welcher die erste Teilfläche 30 aufweist, ist zumindest bezogen auf seine Außenkontur zylinderförmig oder kegelstumpfförmig ausgebildet. Ein zweiter Teilabschnitt 34 des Hebelendabschnitts 23, welcher die zweite Teilfläche 31 und die dritte Teilfläche 32 aufweist, ist zumindest bezogen auf seine Außenkontur kegelstumpfförmig ausgeführt, wobei jedoch bevorzugt ein Kegelwinkel des ersten Teilabschnitts 33 kleiner zu gestalten ist als ein Kegelwinkel des zweiten Teilabschnitts 34. Somit ist ein erster Abstand A1 der dritten Teilfläche 32 von der Längsachse 22, welcher an der zweiten Teilfläche 31 ausgebildet ist, kleiner ausgebildet ist als ein zweiter Abstand S2 der dritten Teilfläche 32 von der Längsachse 22, welche an der ersten Teilfläche 30 ausgebildet ist. Die zweite Kontaktfläche 27 ist einem Elementring 35 des Hebelendabschnitts 23 zugeordnet, welche einer Bedeckung des Hohlraumes 20 dient. Der Elementring 35 kann die zweite Kontaktfläche 27 gegenüber der Längsachse 22 geneigt aufweisen. Ebenso kann die Kontaktfläche 27 parallel zur Längsachse 22 ausgeführt sein.

Die zweite Kontaktfläche 27 ist von der Längsachse 22 ungleich der ersten Kontaktfläche 26 beanstandet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Abstand der zweiten Kontaktfläche 27 von der Längsachse 22 größer als der Abstand der ersten Kontaktfläche 26 von der Längsachse 22.

Die Innenwandung 28 ist quasi komplementär um Hebelendabschnitt 23, insbesondere zu den Kontaktflächen 26, 27 unter Ausbildung eines weiteren Bewegungsspaltes 36 ausgebildet. Sie weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Stufe 37 auf, welche zur Begrenzung einer maximalen Verkippung des Schließelementes 10 relativ zum Hebelendabschnitt 23 genutzt werden kann.

In Fig. 2 ist die Schließeinrichtung 9 der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung 8 in einem ersten Ausführungsbeispiel abgebildet, wobei sie in einer ersten Relativposition, in der das Schließelement 10 und der Hebelendabschnitt 23 ohne relative Verkippung zueinander positioniert sind. In Fig. 3 ist die Schließeinrichtung 9 der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung 8 in einem zweiten Ausführungsbeispiel abgebildet, wobei sie in einer zweiten Relativposition, eine Verkippung des Schließelementes 10 relativ zum Hebelendabschnitt 23 oder vice versa aufweisend, illustriert ist.

Die maximale Verkippung des Schließelementes 10 relativ zum Hebelendabschnitt 23 soll bevorzugt 1,35° nicht übersteigen. Damit diese maximale Verkippung eingehalten werden kann, weist die erste Kontaktfläche 26 zumindest einen ersten Kontaktpunkt 38 und einen zweiten Kontaktpunkt 39 auf, die axial und radial bezogen auf die Längsachse 22 voneinander beabstandet ausgebildet sind. Zur weiteren Sicherung der maximalen Verkippung weist die zweite Kontaktfläche 27 zumindest einen dritten Kontaktpunkt 40 auf. Des Weiteren besitzt der Elementring 35 an seiner quer zur zweiten Kontaktfläche 27 ausgebildeten Ringoberfläche 41 einen vierten Kontaktpunkt 42.

Zur gesicherten Verbindung des Schließelementes 10 mit dem Hebelendabschnitt 23 ist ein Sicherungselement 43 vorgesehen, welches der Ringoberfläche 41 gegenüberliegend positioniert ist, wobei es an einem von einem Boden 29 des Schließelementes 10 abgewandt ausgebildeten Elementende 46 des Halteelementes 21 angeordnet ist.

In Fig. 4 ist in einer Draufsicht die Schließeinrichtung 9 gemäß Fig. 2 abgebildet. Ein Hebelarm 44 des Elementhebels 11, weicher den Hebelendabschnitt 23 aufnehmend ausbildet ist, ist an seinem dem Hebelendabschnitt 23 zugewandt ausgebildeten Ende 45 gekrümmt ausgeführt, damit Strömungsabrisse vermieden oder zumindest reduziert werden.

Die Schließeinrichtung 9 der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung 8 ist in Fig. 5 in einem dritten Ausführungsbeispiel abgebildet. Die dritte Teilfläche 32 ist abgerundet ausgeführt.

Die erste Kontaktfläche 26 ist erzielt mit Hilfe der drei Teilflächen 30, 31, 32, die bezogen auf die Längsachse 22 unterschiedlich angeordnet sind. Somit ist ein gesichertes Schließen des ersten Strömungsquerschnitts 13 und/oder des zweiten Strömungsquerschnitts 17 auch bei unterschiedlichen Betriebskonditionen zu erzielen.

Bezugszeichenliste

1 Abgasführungsabschnitt

2 Abgasturbolader

3 Eintrittskanal

4 Erster Spiralkanal

5 Zweiter Spiralkanal

6 Abgaskrümmer

7 Verbrennungskraftmaschine

8 Regelvorrichtung

9 Schließeinrichtung

10 Schließelement

11 Elementhebel

12 Durchströmöffnung

13 Erster Strömungsquerschnitt

14 Außenkontur

15 Erster Elementabschnitt

16 Zweiter Elementabschnitt

17 Zweiter Strömungsquerschnitt

18 Umgehungskanal

19 Drehachse

20 Hohlraum

21 Halteelement

22 Längsachse

23 Hebelendabschnitt

24 Durchgangsöffnung

25 Bewegungsspalt

26 Erste Kontaktfläche

27 Zweite Kontaktfläche

28 Innenwandung

29 Boden

30 Erste Teilfläche

31 Zweite Teilfläche

32 Dritte Teilfläche 33 Erster Teilabschnitt

34 Zweiter Teilabschnitt

35 Elementring

36 Weiterer Bewegungsspalt

37 Stufe

38 Erster Kontaktpunkt

39 Zweiter Kontaktpunkt

40 Dritter Kontaktpunkt

41 Ringoberfläche

42 Vierter Kontaktpunkt

43 Sicherungselement

44 Hebelarm

45 Ende

46 Elementende

A1 Erster Abstand

A2 Zweiter Abstand