BR112015024229B1

BR112015024229B1 - Turboalimentador de gás de exaustão que apresenta um sistema de wastegate

Info

Publication number: BR112015024229B1
Application number: BR112015024229-4A
Authority: BR
Inventors: Georg Mehne; Ivo Sandor; Christoph Sparrer
Original assignee: Continental Automotive Gmbh
Priority date: 2013-04-26
Filing date: 2014-04-22
Publication date: 2022-01-11
Also published as: CN105121790B; BR112015024229A2; WO2014173911A1; DE102013207677A1; BR112015024229B8; EP2951402A1; CN105121790A; US10041399B2; EP2951402B1; US20160053675A1

Abstract

turbocarregador de exaustão com conexão sem desgaste de componentes de seu sistema wastegate a presente invenção refere-se a um turbocarregador de exaustão, o qual apresenta um sistema wastegate. a este pertencem uma haste de regulagem e uma alavanca wastegate conectada com a haste de regulagem através de um elemento de conexão. no caso do elemento de conexão trata-se de um elemento de mola.

Description

[0001] A presente invenção refere-se a um turboalimentador de gásde exaustão.

[0002] Um motor de combustão, que é carregado por umturboalimentador de gás de exaustão, se caracteriza pela disposição exposta na figura 1 da condução de ar fresco e gases de exaustão. Durante o funcionamento carregado, o gás de exaustão corre para fora do motor de combustão 1 através da turbina 2, a qual aciona o compressor 3 na seção de aspiração antes da entrada do motor de combustão através de um eixo em comum 4. Através da compressão do ar aspirado é possível adicionar mais combustível por curso de cilindro. Desse modo aumenta-se o momento de rotação do motor de combustão. Além disso, durante o funcionamento carregado, a válvula de borboleta 5, disposta entre o compressor e o motor de combustão, encontra-se totalmente aberta. Além disso, a disposição mostrada ne figura 1 apresenta uma válvula de recirculação de impulsão 6, a qual, em seu estado aberto, conecta a saída, pelo lado do motor, do compressor 3 com a entrada do compressor.

[0003] Uma regulagem do carregamento pode ocorrer através depurga de uma parte da corrente de massa de gás de exaustão através de um sistema de wastegate 7.

[0004] A figura 2 mostra uma vista em corte para a explicação dosistema de wastegate de turboalimentador de gás de exaustão conhecido. Nessa exposição em corte é mostrada a caixa de turbina2a, na qual está disposto o sistema de wastegate 7. A esse sistema de wastegate 7 pertence um atuador wastegate 7a, o qual está fixado à caixa de compressor 3a por meio de um suporte. Entre a caixa de turbina 2a e a caixa de compressor 3 acha-se posicionado um grupo de casco 8, no qual está alojado o eixo do turboalimentador de gás de exaustão.

[0005] A figura 3a mostra uma vista em corte de uma vista de cimasobre o sistema de wastegate 6 e a figura 3b mostra uma vista em corte de uma vista lateral do sistema de wastegate 6 de um turboalimentador de gás de exaustão conhecido.

[0006] Na figura 3b é mostrada a abertura by-pass 2b da caixa deturbina, a qual pode ser aberta e fechada mediante o emprego de uma tampa basculante de wastegate 7b. Desse modo, em caso de necessidade, uma parte da corrente de massa de gás de exaustão pode contornar a roda de turbina. O acionamento de abertura, respectivamente de fechamento da tampa basculante de wastegate 7b ocorre através de um movimento linear de uma haste de regulagem 7c que é iniciado pelo atuador wastegate. Esse movimento linear é transmitido a uma alavanca de wastegate 7e através de um elemento de conexão 7d. Um fuso wastegate 7g apoiado em uma bucha 7f transmite o movimento de rotação da alavanca de wastegate 7e para a tampa basculante de wastegate 7b. Devido à haste de regulagem 7c conduzida linearmente, é prevista uma articulação de compensação 7h para garantir uma compensação de limitação.

[0007] Devido às altas temperaturas na região dos pontos de apoio,as partes móveis do sistema de wastegate são projetadas como suportes deslizantes. As folgas de apoio que ocorrem na região desses pontos de apoio devem ser dimensionadas de modo correspondentemente grande devido às dilatações térmicas, bem como às tolerâncias de fabricação e de montagem, para se evitar um emperramento do sistema de wastegate. No entanto, isso leva a uma grande mobilidade indesejável de todos os componentes da cinemática wastegate, tão logo falhar a força de tração do atuador wastegate estando aberta a tampa basculante de wastegate. Nesse caso, ocorre uma inversão contínua de direção das forças predominantes no sistema de wastegate, as quais são provocadas pelas pulsações de gás de exaustão do motor de combustão para a tampa basculante de wastegate. Isso leva a movimentos relativos indesejáveis dos componentes do sistema de wastegate dispostos dentro da cadeia de folgas, no ritmo da frequência de ignição do motor.

[0008] Análises da evolução temporal de uma medição de força nosistema de wastegate durante um funcionamento em meia carga estando aberta a tampa basculante de wastegate comprovaram que a cinemática wastegate não é sobrecarregada apenas quanto à tração (forças positivas), senão que também ocorrem forças de pressão (forças negativas) e, consequentemente, mudanças de carga. Essas forças são influenciadas por uma multiplicidade de parâmetros, aos quais pertencem o diâmetro da abertura by-pass, o ponto de operação do motor, as relações de alavanca da cinemática wastegate, o ângulo de abertura da tampa basculante de wastegate, a quantidade dos pontos de apoio e a dimensão da folga nos pontos de apoio.

[0009] Devido a essa mudança de carga ocorre um desgasteindesejável de componentes do sistema de wastegate, o qual pode levar a desde um comportamento de resposta retardado do motor de combustão até a uma falha total do turbocarregador. Se ocorrer um desgaste maior na região do fuso wastegate, então mais emissões brutas podem chegar ao ar livre devido à fenda anelar aumentada. Isso também tem efeitos negativos sobre uma regulagem de pressão de carga, pois com um desgaste crescente não é possível ajustar nenhuma posição definida da tampa basculante de wastegate. Devido às intervenções de regulagem mais frequentes através do atuador wastegate causadas por isso, essa problemática aumenta ainda mais.

[0010] Outro mecanismo de avarias resulta do contato permanenteentre a tampa basculante de wastegate e o seu assento de tampa basculante, quando o turboalimentador de gás de exaustão for operado por um período de tempo maior, com a tampa basculante de wastegate levemente aberta. Nesse estado operacional, devido à maior folga entre os componentes do sistema de wastegate, ocorrem contatos recorrentes permanentemente entre a tampa basculante de wastegate e o seu assento de tampa basculante, os quais se fazem perceptíveis através de um batimento indesejável na cinemática wastegate. Além disso, isso leva a uma deformação indesejável das áreas de vedação na tampa basculante de wastegate e em seu assento. Isso tem um vazamento mais elevado como consequência.

[0011] O objetivo da invenção consiste em apresentar umturboalimentador de gás de exaustão, no qual não ocorram as desvantagens acima apontadas.

[0012] Esse objetivo é alcançado através de um turboalimentadorde gás de exaustão com a invenção. Esse turboalimentador de gás de exaustão apresenta um sistema de wastegate, ao qual pertencem uma haste de regulagem e uma alavanca de wastegate conectada com a haste de regulagem através de um elemento de conexão, sendo que o elemento de conexão é um elemento de mola.

[0013] As vantagens da invenção consistem especialmente em queatravés do emprego de um elemento de mola como conexão sem articulação e elástica entre a alavanca de wastegate e a haste de regulagem impede-se um desgaste. Além disso, devido à tensão da conexão deformada elasticamente impede-se uma vibração e um batimento das peças basculantes wastegate, que são provocadas pelo impacto de pulsações no motor.

[0014] Outras propriedades vantajosas da invenção podem serdeduzidas da explicação da mesma que se segue como exemplo, com base nas figuras de 4 a 7. Mostra-se:

[0015] figura 4: um primeiro exemplo de execução para um acoplamento da haste de regulagem do sistema de wastegate com a alavanca de wastegate, mediante o emprego de um elemento de mola;

[0016] figura 5: vários exemplos de execução para a configuraçãodo ponto de conexão da alavanca de wastegate com a primeira região extrema do elemento de mola;

[0017] figura 6: vários exemplos de execução para a região centraldo elemento de mola; e

[0018] figura 7: vários exemplos de execução para a configuraçãodo ponto de conexão entre a segunda região extrema do elemento de mola e a haste de regulagem.

[0019] Através da presente invenção disponibiliza-se umturboalimentador de gás de exaustão, o qual apresenta um sistema de wastegate, ao qual pertencem uma haste de regulagem e uma alavanca de wastegate conectada com a haste de regulagem através de um elemento de conexão, sendo que o elemento de conexão está configurado como elemento de mola.

[0020] De preferência, esse elemento de mola apresenta umaprimeira região extrema, uma região central e uma segunda região extrema, sendo que a primeira região extrema está em contato com a alavanca de wastegate e a segunda região extrema está em contato com a haste de regulagem.

[0021] De modo vantajoso, no caso desse elemento de mola, aprimeira região extrema e/ou a região central e/ou a segunda região extrema estão configuradas de modo resiliente.

[0022] A figura 4 mostra um primeiro exemplo de execução de umacoplamento da haste de regulagem 7c do sistema de wastegate de um turboalimentador de gás de exaustão com a alavanca de wastegate 7e, mediante o emprego de um elemento de mola 9, o qual apresenta uma primeira região extrema 9a, uma região central 9b e uma segunda região extrema 9c. Nesse primeiro exemplo de execução, a primeira região extrema 9a do elemento de mola 9 está configurada como mola de torção, que está posicionada em torno de um pino 7e1 da alavanca de wastegate 7e, sendo que esse pino 7e1 se estende a partir da alavanca de wastegate 7e perpendicularmente para cima. Devido a essa configuração do ponto de conexão da primeira região extrema 9a do elemento de mola 9 com a alavanca de wastegate 7e, fica garantido o grau necessário de liberdade de rotação. Através da quantidade de voltas da mola de torção, do diâmetro da mola de torção e da espessura do arame da mola de torção é possível ajustar de modo desejável a força de restauração do elemento de mola em função da deflexão local. A região central 9b do elemento de mola, no exemplo de execução mostrado na figura 4, está concretizada como arame de mola com uma superfície arredondada de seção transversal. A segunda região extrema 9c do elemento de mola 9, assim como a primeira região extrema 9a, está configurada como mola de torção. Essa mola de torção está colocada em torno de um pino 11, o qual se estende a partir de uma placa de contato 10 perpendicularmente para cima. Essa placa de contato 10, em sua região extrema de costas para a alavanca de wastegate, está arqueada para cima e está conectada firmemente com a haste de regulagem 7c nessa região arqueada para cima, através de uma conexão roscada 12, por exemplo.

[0023] A figura 5 mostra vários exemplos de execução para aconfiguração do ponto de conexão da alavanca de wastegate com a primeira região extrema do elemento de mola. No exemplo de execução mostrado na figura 5a, a primeira região extrema 9a do elemento de mola está projetada como um pedaço de arame arqueado, o qual se encontra conduzido através de uma perfuração da alavanca de wastegate 7e e cuja extremidade está conectada firmemente com a alavanca de wastegate 7e. No exemplo de execução mostrado na figura 5b, a primeira região extrema 9a do elemento de mola está configurada como mola em espiral, a qual está colocada em torno de um pino 7e1 da alavanca de wastegate e lá fica segura, por meio de um anel de segurança 7e2, na direção axial do pino contra um deslizamento para fora. No exemplo de execução mostrado na figura 5c, a primeira região extrema 9a do elemento de mola está projetada como um pedaço de arame arqueado, o qual se encontra conduzido através de um elemento de guia de arame 7e3 puncionado, o qual está posicionado sobre o lado superior da alavanca de wastegate 7e, sendo que a extremidade do arame está conectada firmemente com a alavanca de wastegate 7e. No exemplo de execução mostrado na figura 5d, a primeira região extrema 9a do elemento de mola está configurada como mola em espiral, a qual está disposta sobre uma alavanca com extremidade arqueada.

[0024] A figura 6 mostra vários exemplos de execução para a regiãocentral 9b do elemento de mola 9. No exemplo de execução mostrado na figura 6a, a região central 9b do elemento de mola está concretizada como mola em espiral simples, a qual está conectada com as regiões extremas do elemento de mola através de pedaços de arame retilíneos. No exemplo de execução mostrado na figura 6b, a região central 9b do elemento de mola está concretizada como mola múltipla em espiral, a qual apresenta duas molas simples em espiral dispostas uma em relação à outra em ângulo reto em suas direções longitudinais. No exemplo de execução mostrado na figura 6c, a região central 9b do elemento de mola está configurada como uma mola simples em espiral colocada em torno de uma manga de reforço 13. No exemplo de execução mostrado na figura 6d, a região central 9b do elemento de mola está concretizada como mola de tração. No exemplo de execução mostrado na figura 6e, a região central 9b do elemento de mola está configurada como arame de mola com superfície retangular de seção transversal. No exemplo de execução mostrado na figura 6f, a região central 9b do elemento de mola está concretizada como arame de mola com superfície arredondada de seção transversal. No exemplo de execução mostrado na figura 6g, a região central 9b do elemento de mola está configurada como arame de mola com superfície oval de seção transversal.

[0025] A figura 7 mostra vários exemplos de execução para o pontode conexão da segunda região extrema 9c do elemento de mola com a haste de regulagem 7c. No exemplo de execução mostrado na figura 7a, a segunda região extrema 9c do elemento de mola está concretizada como pedaço de arame, o qual está fixado em uma pinça de aperto 15 mediante o emprego de contra-porcas 14. No exemplo de execução mostrado na figura 7b, a segunda região extrema 9c do elemento de mola está concretizada como pedaço de arame, o qual está fixado em uma manga roscada 16. No exemplo de execução mostrado na figura 7c, a segunda região extrema 9c do elemento de mola está concretizada como uma mola em espiral colocada em torno de um pino 11 de uma placa de contato 17 e protegida em cima por meio de um anel de segurança 17, sendo que a extremidade da placa de contato 10 posicionada na direção da haste de regulagem 7c está arqueada para cima e sendo que na extremidade da placa de contato 10 arqueada para cima acha-se fixada a haste de regulagem 7c mediante o emprego de parafusos 18. No exemplo de execução mostrado na figura 7d, a segunda região extrema 9c do elemento de mola está concretizada como pedaço de arame, o qual está fixado em uma placa de contato 10 mediante o emprego de um parafuso de aperto 19, sendo que a extremidade da placa de contato posicionada na direção da haste de regulagem 7c está arqueada para cima e sendo que na extremidade da placa de contato 10 arqueada para cima acha-se fixada a haste de regulagem 7c. Por exemplo, a extremidade da placa de contato 10 arqueada para cima apresenta uma perfuração, na qual está enroscada a haste de regulagem 7c.

[0026] Os exemplos de execução mostrados acima com base nasfiguras 4, 5, 6 e 7 para a configuração da primeira região extrema 9a, da região central 9b e da segunda região extrema 9c do elemento de mola 9 podem ser amplamente combinados à vontade.

[0027] Por fim, a invenção disponibiliza um turboalimentador de gásde exaustão, ao qual pertencem uma haste de regulagem e uma alavanca de wastegate conectada com a haste de regulagem através de um elemento de conexão, sendo que o elemento de conexão é um elemento de mola. Esse elemento de mola forma uma conexão elástica e sem articulação entre a alavanca de wastegate e haste de regulagem, conexão esta através da qual se evita um desgaste dos componentes do sistema de wastegate. Além disso, devido à tensão da conexão deformável elasticamente, evitam-se vibrações e batimentos da tampa basculante de wastegate provocados pelo impacto de pulsações descrito acima. A conexão descrita de acordo com a invenção entre a alavanca de wastegate e a haste de regulagem também tem a vantagem de que é possível se prescindir de articulações presas a folgas e a desgaste, que são requeridas nos conhecidos turbocarregadores de exaustão para a disponibilização de todos os graus necessários de liberdade.

[0028] O emprego de um elemento de mola como elemento deconexão entre a alavanca de wastegate e a haste de regulagem garante a elasticidade necessária que é requerida para a disponibilização de todos os graus de liberdade necessários em toda a região de ajuste da tampa basculante de wastegate. Por outro lado, devido ao emprego do elemento de mola como elemento de conexão entre a alavanca de wastegate e a haste de regulagem garante-se uma rigidez tal que na direção do curso de ajuste possa ocorrer uma transmissão exata das forças de ajuste surgidas, sem que ocorram uma flexão para fora ou dilatações indesejáveis. Uma limitação ao se abrir a tampa basculante de wastegate, bem como ajustes incorretos que ocorram devido a tolerâncias e a dilatações térmicas dos componentes dispostos entre a haste de regulagem e a alavanca de wastegate podem ser compensados através de uma deformação elástica do elemento de mola em todas as direções espaciais. Por isso, a conexão pode ser projetada sem folga.

[0029] De resto, através de uma instalação retesada do elementode mola é possível introduzir planejadamente forças restritivas no sistema de wastegate, com base nas quais é possível excluir uma presença de folga entre o fuso wastegate e a bucha mesmo estando aberta a tampa basculante de wastegate. Também isso atua positivamente quanto a um impedimento de ocorrência de desgaste.

Claims

1. Turboalimentador de gás de exaustão, que apresenta um sistema de wastegate, ao qual pertencem uma tampa basculante de wastegate (7b), uma haste de regulagem (7c) e uma alavanca de wastegate (7e) conectada com a haste de regulagem (7c) através de um elemento de conexão, sendo que o elemento de conexão é um elemento de mola (9), forças coercivas sendo introduzidas no sistema de wastegate por meio do elemento de mola (9), de tal forma que, no caso da tampa basculante de wastegate aberta (7b), a presença de jogo entre um fuso de wastegate (7g) do sistema de wastegate e uma bucha (7f) do sistema de wastegate está excluída,caracterizado pelo fato de que o elemento de mola (9) apresenta uma primeira região extrema (9a), uma região central (9b) e uma segunda região extrema (9c), sendo que a primeira região extrema (9a) está em contato com a alavanca de wastegate (7e) e a segunda região extrema (9c) está em contato com a haste de regulagem (7c).

2. Turboalimentador de gás de exaustão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira região extrema (9a) e/ou a região central (9b) e/ou a segunda região extrema (9c) estão configuradas como resilientes.

3. Turboalimentador de gás de exaustão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a primeira região extrema (9a) apresenta uma mola de torção, um arame arqueado ou uma mola em espiral.

4. Turboalimentador de gás de exaustão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a região central (9b) apresenta uma mola simples, uma mola múltipla, uma mola em espiral posicionada em torno de uma manga de reforço, uma mola de tração, um arame de mola com superfície quadrangular de seção transversal, um arame de mola com superfície arredondada de seção transversal ou um arame de mola com superfície oval de seção transversal.

5. Turboalimentador de gás de exaustão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a segunda região extrema (9c) apresenta uma mola de torção, um pedaço de arame inserido em uma pinça de aperto, um pedaço de arame inserido em uma manga roscada, uma mola em espiral ou um pedaço de arame fixado com um parafuso de aperto.