CH717206A2 - Druckdosenvorrichtung für Abgasturbolader sowie Verbrennungsmotor. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Druckdosenvorrichtung zur pneumatisch-mechanischen Verstellung eines Waste-Gates oder der Turbinen-Schaufeln eines Abgasturboladers, umfassend ein Gehäuse mit einer darin angeordneten Membran, die mit einem Stellglied zur Übertragung einer mechanischen Stellkraft auf das Waste-Gate oder die Turbinen-Schaufeln verbunden ist, dadurch gekennzeichnet , dass im Bereich der Gehäusewand der Druckdose ein oder mehrere Kühlkanäle vorgehalten sind, die von einem externen Kühlmittelstrom zur dedizierten Kühlung der Druckdose durchströmbar sind.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft eine Druckdosenvorrichtung zur pneumatisch mechanischen Verstellung eines Waste-Gates oder der Turbinenschaufeln eines Abgasturboladers, umfassend ein Gehäuse mit einer darin angeordneten Membran, die mit einem Stellglied zur Übertragung einer mechanischen Stellkraft auf das Waste-Gate oder mit einem Mechanismus zur Verstellung der Turbinenschaufeln verbunden ist.

[0002] Ausgangspunkt der nachfolgenden Ausführungen sind dynamisch betriebene Verbrennungskraftmaschinen mit Aufladung. Wünschenswert ist es, dass eine wirksame Verdichtung bereits bei vergleichsweise geringen Motordrehzahlen/-leistungen erzielt wird und mit zunehmender Leistungsanforderung ausreichend schnell gesteigert werden kann. Eine die entsprechenden Anforderung erfüllende Auslegung des Abgasturboladers führt dazu, dass seine thermische und/oder mechanische Belastbarkeitsgrenze bereits weit unterhalb des Volllastbetriebs der Verbrennungskraftmaschine erreicht wird. Um den Betrieb des Abgasturboladers auch im Volllastbetrieb der Verbrennungskraftmaschine zu ermöglichen, wird üblicherweise die Leistungsaufnahme der Turbine begrenzt.

[0003] Im einfachsten Fall enthält der Abgaspfad eine Bypass-Leitung zur Turbine, die über das sogenannte Waste-Gate geschaltet werden kann. Bei geringen Abgasmengen ist das Waste-Gate geschlossen, der für die Aufladung vorgesehene Abgasstrom wird dem Turbolader vollständig zugeführt. Im Betrieb mit hoher Last oder im Volllastbetrieb öffnet das Waste-Gate, so dass ein Teil des Abgasstroms über die Bypass-Leitung am Turbolader vorbeigeführt werden kann.

[0004] Die Betätigung des Waste-Gates kann mechanisch erfolgen, bspw. über eine Druckdose. Eine solche Druckdose enthält eine Membran, die auf eine bewegliche Stellstange zur Betätigung des Waste-Gates einwirkt. In Abhängigkeit eines der Druckdose zugeführten Druckniveaus übt die Membran über die Stellstange auf das Waste Gate entgegen ihrer Rückstellvorrichtung eine Kraft aus, wodurch sich eine definierte Öffnungsweite des Waste-Gates einstellt. Üblicherweise ist das der Druckdose zugeführte Druckniveau der im Ansaugtrakt erzeugte Unterdruck. Alternativ kann durch einen entsprechenden anderen Aufbau der Druckdose der Abgasdruck zugeführt werden. Ein anderes bekanntes Prinzip, welches eine verbesserte Anpassung der Aufladung an den Motorbetriebspunkt ermöglicht, ist die Verwendung eines Abgasturboladers, dessen Turbine verstellbare Leitschaufeln aufweist. Bekannt ist dies als sogenannter „Variablen Turbinengeometrielader (VTG). Die Verstellung der Leitschaufeln kann ebenso mechanisch mittels Druckdose erfolgen.

[0005] Ein Problem solcher Abgasturbolader ist die enorme Temperaturentwicklung, bedingt durch die heißen Abgase. Insbesondere im Volllastbetrieb treten im Bereich des Waste-Gates bzw. den Turbinenschaufeln des Abgasturboladers sehr hohe Temperaturen auf, die über die Umgebungsluft per Konvention die Druckdosenwand erwärmen können. Noch gravierender ist die Aufheizung der sich in der Druckdose befindenden Membran über die Verstellkinematik (Stellstange) des Waste-Gates bzw. des Turboladers per Konduktion. Hinzu kommt eine Konduktion über die Fixierung der Druckdose am Abgasturbolader. Eine zu starke Erhitzung einer solchen Membran beschleunigt deren Alterungsprozess oder führt gar zu ihrer augenblicklichen Zerstörung. Sinnvollerweise sollte die Temperatur zur Schonung der Membran auf maximal 180Grad begrenzt werden.

[0006] Bei vielen Anwendungen genügt die Temperatur der Umgebungsluft zur Kühlung der Druckdose, weshalb eine Bedrohung der Membran vor thermischer Beschädigung zu vernachlässigen ist. Anders ist dies bei Spezialanwendungen, bspw. bei Verbrennungskraftmaschinen für maritime Anwendungen. Internationale Übereinkommen (bspw. die International Convention for the Safety Of Life At Sea (SOLAS)) verlangen für Passagier- und Frachtschiffe spezielle Sicherheitsvorkehrungen. Darunter fällt auch eine Begrenzung der Oberflächentemperatur einer Verbrennungskraftmaschine auf maximal 220Grad, was sich oftmals nur durch eine wärmedämmende Kapselung gewisser Bereiche und Komponenten der Verbrennungskraftmaschine erreichen lässt. Naturgemäß müssen demnach die Abgasseite und die Luftstrecke beginnend von der Verdichtung bis zur Ladeluftkühlung thermisch isoliert werden, meistens durch eine gehäuseartige Kapselung. Eine solche Kapselung kann auch aus Lärmemissionsgründen erforderlich sein.

[0007] Ein Nachteil einer solchen Kapselung ist deren nachteilige Auswirkung auf die thermischen Umgebungsbedingungen im Bereich des Abgasturboladers. Zwar kann die Druckdose außerhalb der Kapselung angeordnet sein, jedoch die kapselungsbedingt nochmals höheren Temperaturen im Inneren der Kapselung werden jedoch über die mechanische Kopplung vom Waste-Gate auf die Druckdose und die darin befindliche Membran per Konduktion übertragen.

[0008] Ein Überhitzen der Druckdose kann während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine auftreten, jedoch auch nach dem Abschalten der Maschine, wenn die Kühlung des Abgasturboladers ausbleibt und die in seinem Gehäuse gespeicherte thermische Energie die Druckdose bzw. Membran aufheizt. Abhilfe kann ein vollständig gekühlter Abgasturbolader schaffen, was jedoch Spezialkomponenten verlangt und damit höhere Kosten verursacht. Zudem schränkt dies die Auswahl verfügbarer Abgasturbolader auf dem Markt deutlich ein. Sofern auf eine Spezialkomponenten zurückgegriffen werden würde, besteht in Bezug auf das Turbolader-Matching für den real verfügbaren Turbolader mit hoher Wahrscheinlichkeit eine grössere Abweichung zu dem Turbolader mit der optimalen Charakteristik . Ferner führt eine starke Kühlung im Bereich des Abgassammlers in der Regel zu direkten Wirkungsgradverlusten.

[0009] Gesucht wird daher nach einer konstruktiven Lösung für eine Druckdose, um die vorgenannten Probleme zu überwinden.

[0010] Zur Aufgabenlösung wird eine Druckdosenvorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausführungen der Druckdosenvorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

[0011] Die Erfindung schlägt eine Druckdosenvorrichtung vor, die von einer konventionellen Druckdose ausgeht. Erfindungsgemäß wir diese Druckdose jedoch um ein oder mehrere Kühlkanäle erweitert, die innerhalb oder im Bereich der Gehäusewan der Druckdose verlaufen. Der eine oder die mehreren Kühlkanäle können von einem Kühlmedienstrom durchströmt werden, wodurch Wärmeenergie von der Gehäusewand an das Kühlmedium übertragen werden kann. Durch diese konstruktive Maßnahme wird eine ausreichende Kühlleistung fokussiert an dem Ort eingebracht, wo diese tatsächlich benötigt wird.

[0012] Die Mantelfläche des Gehäuses der Druckdose dient demzufolge als Kühlfläche, die unter Ausnutzung der Konvektion den erforderlichen Wärmeabtrag von der Membran zum Kühlmedium ermöglicht. Bevorzugt liegt eine möglichst großflächige Umströmung der Gehäusemantelfläche der Druckdose vor, um einen ausreichenden Wärmeabtrag sowohl während des Betriebs des Verbrennungsmotors als auch nachfolgend der Deaktivierung der Verbrennungskraftmaschine sicherzustellen. Insbesondere ist die Dimensionierung der Kühlkanäle derart gewählt, sodass diese auch nach dem Abschalten etwaiger Strömungserzeugungsmittel innerhalb des Kühlkreislaufs und dem dadurch bedingt abnehmenden bzw. komplett ausbleibendenStrömungsvolumen des Kühlmediums durch die Kühlkanäle eine ausreichende Kühlleistung sicherstellen.

[0013] Da ein Kernaspekt der Erfindung darin besteht, eine bestehende Druckdose möglichst nicht modifizieren zu müssen, wird in vorteilhafter Ausführung vorgeschlagen, am Gehäuse der Druckdose wenigstens ein Anbauteil zu montieren, das nach erfolgten Montage vorzugsweise an der Mantelfläche des Druckdosengehäuses dichtend anliegt. Dieses Anbauteil weist den einen oder die mehreren Kühlkanäle auf, die einen Kühlmedienstrom um die Mantelfläche des Druckdosengehäuses ermöglichen. Hierdurch lässt sich auf einfache Weise eine bestehende Verbrennungskraftmaschine mit einer auf die Druckdose fokussierten Kühlfunktion nachrüsten.

[0014] Ein solches Anbauteil kann vorzugsweise schellenartig ausgeführt sein, welches die Mantelfläche der Druckdose umgreift. Der Schellen-Innendurchmesser des Anbauteils ist auf den Außenumfang der Druckdose abgestimmt. Das Anbauteil kann einteilig ausgeführt sein, besser ist jedoch ein zwei- oder mehrteiliger Aufbau. Vorstellbar ist es, dass die Schellenform durch zwei miteinander verbindbare, insbesondere verschraubbare Schellenteil-Elementen gebildet ist. Idealerweise sind die Schellenteil-Elemente identisch ausgeführt.

[0015] Im Bereich der Innenwand des Anbauteils befindet sich wenigstens eine zur Kühlung dienende Nut. Bevorzugt erstreckt sich diese teilweise der Umfangsrichtung des Anbauteils. Ganz besonders bevorzugte ist diese als Ringnut ausgeführt. Bevorzugt befindet sich eine in Axialrichtung der Innenwand des Anbauteils eine zentrale Lage der zur Kühlung dienenden Nut in der Innenwand. Nach Montage liegt der nicht mit einer Nut durchsetzte Bereich der Innenwand des Anbauteils an der Mantelfläche der Druckdose an, so dass diese Nut mit der Mantelfläche der Druckdose, d.h. mit dem Druckdosen-Gehäuse einen Kühlraum ausbildet, der besonders bevorzugt ringförmig ist. Bevorzugt umschliesst dieser Kühlraum eine möglichst große Umfangsfläche der Druckdose, damit eine möglichst große Umfangsfläche der Druckdose mit dem Kühlmedium umströmt wird.

[0016] Ferner kann das Anbauteil im Bereich des gebildeten Kühlraums mit ein oder mehreren Radialbohrungen versehen sein, die zum Anschluss der Kühlleitungen eines externen Kühlkreislaufs dienen. Sodann ist es nicht erforderlich eine bestehende Druckdose, um entsprechende Anschlüsse zu erweitern.

[0017] Die Innenwand des Anbauteils kann neben der vorgenannten mindestens eine Kühlnut und eine oder mehrere zusätzliche Nuten zur Einbringung von Dichtelementen aufweisen. Die Dichtungsnuten sind idealerweise als Ringnuten ausgeführt, so dass jeweils der Einsatz eines oder ggf. mehrerer O-Ringe als Dichtelement möglich ist. Die ein oder mehreren in die Dichtungsnuten eingesetzten Dichtelemente dienen zur Abdichtung des durch den Anbau des Anbauteils gebildeten Kühlraumes. Sinnvollerweise ist daher in Axialrichtung des Anbauteils die Anordnung jeweils wenigstens einer Dichtungsnut vor und hinter der Kühlnut vorgesehen.

[0018] Die axiale Erstreckung des Anbauteils ist auf die axiale Länge der Druckdose abgestimmt. Vorzugsweise kann sich das Anbauteil über zumindest eine Stirnseite der Druckdose hinaus erstrecken und idealerweise neben der Mantelfläche die jeweilige Stirnfläche der Druckdose zumindest teilweise mit umschliessen. Sinnvoll ist dies bspw. im Bereich eines Halteelementes zur Montage der Druckdose am Abgasturbolader. In diesem Fall kann das sich über die Stirnfläche erstreckende Anbauteil ebenfalls zur Montage der Druckdose am Turbolader genutzt werden. Bevorzugt ist das Anbauteil im Bereich wenigstens einer Stirnfläche der Druckdose zusätzlich mit Schraubelementen mit der Druckdose fixiert.

[0019] Ferner kann vorgesehen sein, dass das Anbauteil im Bereich seiner Innenwand neben der wenigstens einen Kühlnut und den ein oder mehreren Dichtungsnuten zusätzlich wenigstens ein weiteres ausgenommenes Volumen, insbesondere in Form eines Ringraums, aufweist. Ein solches Volumen ist auf einen möglichen radialen Vorsprung im Bereich der Mantelfläche des Druckdosengehäuses, bspw. eine Ringwulst positionell abgestimmt, sodass ein solcher Vorsprung nach erfolgter Montage des Anbauteils in dieses ausgesparte Volumen des Anbauteils eingreift. Hierdurch wird nicht nur eine Positionierhilfe des Anbauteils gegeben, sondern auch eine bessere Fixierung des Anbauteils auf der Mantelfläche der Druckdose erreicht.

[0020] Neben der erfindungsgemäßen Druckdose betrifft die vorliegende Erfindung zusätzlich eine Verbrennungskraftmaschine mit Turboaufladung und wenigstens einer Druckdosenvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Demzufolge ergeben sich für die Verbrennungskraftmaschine dieselben Vorteile und Eigenschaften, wie sie bereits vorstehend anhand der erfindungsgemäßen Druckdosenvorrichtung ausführlich dargelegt wurden. Auf eine wiederholende Beschreibung wird aus diesem Grund verzichtet.

[0021] Gemäß einer vorteilhafter Ausführungsformen der Verbrennungskraftmaschine weist diese mindestens einen Kühlkreislauf zur Kühlung auf; insbesondere zur Kühlung der Brennkammern. Ein Kühlkreislauf der Verbrennungskraftmaschine ist mit einem Abzweig versehen, sodass ein entsprechender Kühlmedienstrom des Kühlkreislaufes durch wenigstens einen Kühlkanal der Druckdosenvorrichtung geführt werden kann. Sofern das die Druckdosenvorrichtung durchströmende Kühlmedium von derselben Umwälzpumpe wie das zur Brennraumkühlung und/oder der Ladeluftkühlung umgewälzt wird, ist eine Parallelführung des Kühlkanals zur Druckdosenvorrichtung bevorzugt; zumindest innerhalb des Abschnitts über den das Kühlmedium den Kühlkanal der Druckdosenvorrichtung durchströmt.

[0022] Die Verbrennungskraftmaschiner kann beispielsweise in Form eines V-Motors ausgeführt sein, wobei die wenigstens zwei Zylinderbänke mit jeweils einem Abgasturbolader ausgestattet sind. Jeder Abgasturbolader umfasst demnach eine entsprechende Druckdosenvorrichtung mit Anbauteilen zur Kühlung der Druckdose. In diesem Fall sind die Druckdosen und/oder die Einzelteile des Anbauteils idealerweise als Gleichteile ausgeführt.

[0023] Der Verbrennungsmotor ist zudem gemäß vorteilhafter Ausführungsform mit einer thermischen Kapselung ausgestattet, die neben dem Abgasturbolader weitere Komponenten, wie bspw. das Waste-Gate, einen Abgassammler, usw. thermisch kapselt.

[0024] Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung sollen nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen: Figur 1: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine mit Abgasturbolader und Druckdose, Figur 2: eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Druckdosenvorrichtung mit angelegter Schelle und Figuren 3a - 3c: unterschiedliche Ansichten eines Schellenteils des Anbauteils für die Druckdose.

[0025] Figur 1zeigt schematisch einen Verbrennungsmotor in Reihenbauweise. Die Anwendung der Erfindung ist jedoch nicht auf einen solchen Motorentyp beschränkt und lässt sich bspw. auch für V-Motoren umsetzen.

[0026] Der gezeigte Verbrennungsmotor 1umfasst mehrere Brennräume 2. Die notwendige Verbrennungsluft wird über den Luftverteiler 3zugeführt wird. Das Verbrennungsabgas wird mittels Abgassammler 4gesammelt und zumindest teilweise einem Abgasturbolader 20zugeführt. Die durch den Abgasstrom angetriebene Turbine 22treibt den Verdichter 21für die Ansauglauft des Motors 1an. Je nach Last des Verbrennungsmotors kann das Waste-Gate 24geöffnet werden. Bei geöffnetem Waste-Gate 24kann ein Teil des Abgasstroms an der Turbine 22vorbeigeführt werden. Das Waste-Gate 24wird über einen mechanischen Stellhebel 13betätigt, dessen Position über eine Druckdose 10gesteuert wird. Die Druckdose 10umfasst eine Membran 12, deren Position abhängig von dem Druck in der Druckammer 11ist, und diese auf den Stellhebel 13überträgt. Die Druckkammer 11ist über eine Steuerdruckleitung 7mit dem Abgassammler 4verbunden.

[0027] Im vorliegenden Beispiel sind der Turbolader 20, das Waste-Gate 24sowie der Abgassammler 4durch eine thermische Isolation 23gekapselt. Dennoch besteht eine thermische Kopplung zwischen dem Abgasturbolader 20und der Druckdose 10zumindest über den Stellhebel 13, wodurch es zu einer unerwünschten Erwärmung der Membran 12kommen kann.

[0028] Vor diesem Hintergrund wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, eine separate Kühlung der Druckdose 10zu schaffen. In dem in Figur 1gezeigten Ausführungsbeispiel besteht zu dem Kühlwasserpfad 6der Verbrennungskraftmaschine 1, der unter anderem die Brennraumumgebung kühlt, ein Parallelpfad mit den Leitungen 6a, 6b, wodurch eine Wärmeabfuhr von der Druckdose 10ermöglicht wird. Zwecks Vereinfachung sind für das Betreiben des Kühlkreislaufes 6allgemein bekannte Komponenten, wie beispielsweise Umwälzpumpen, nicht abgebildet. Der Abgasturbolader 20bzw. das Waste-Gate 24weisen hingegen keine eigenständige Kühlung auf, um hier im Rahmen des Turbomatchings die größte mögliche Auswahl an verfügbaren Turboladern zu haben.

[0029] Um den Nachrüstaufwand für die Druckdosenkühlung möglichst gering zu halten, bleibt auch die Druckdose 10unverändert. Stattdessen wurde ein passendes Anbauteil für eine konventionelle Druckdose entwickelt, um diese mit gesonderten Kühlkanälen nachzurüsten. Ein Ausführungsbeispiel für ein solches Anbauteil ist in den Darstellungen der Figuren 2, 3a-3c zu erkennen. Das Anbauteil hat im Wesentlichen die Form einer Schelle 30, die sich aus zwei idealerweise identischen Schellenteil-Elementen zusammensetzt. Die Schelle 30kann um die Mantelfläche 10a der Druckdose 10gelegt und dort fixiert werden. Das Abmaß des Innenradius der Schelle 30ist auf die Mantelfläche 10a der Druckdose 10abgestimmt, so dass die Schelle 30über einen weitläufigen Längenabschnitt an dem Druckdosengehäuse anliegt. Zusammen mit der Mantelfläche 10a bildet die Schelle 30ein oder mehrere Kühlkanäle aus, durch diese das aus dem Kühlkreislauf 6der Verbrennungskraftmaschine 1abgezweigte Kühlmittel strömen kann.

[0030] Erzeugt wird der wenigstens eine Kühlkanal durch eine in die Innenwand der Schelle 30eingebrachte Nut. Die Nut ist derart gestaltet, dass sich in Bezug auf die beiden an der Druckdose 10angebauten Schellenteil-Elemente 30ein Ringraum 31 vorliegt, der rotationssymmetrisch zu der Längsachse der Druckdose 10angeordnet ist ist. Dieser Ringraum 31bildet zusammen mit der Mantelfläche 10a der Druckdose 10einen abgeschlossenen Ringraum 31zur Kühlung der Druckdose 10. Dadurch kann ein ausreichender Teilbereich der Mantelfläche 10a der Druckdose 10durch ein Kühlmedium innerhalb des Ringraumes 31umströmt werden. Bevorzugt liegt eine möglichst großflächige Umströmung der Mantelfläche 10a vor.

[0031] Der als Kühlkanal dienende Ringraum 31muss einen entsprechend hohen Querschnitt aufweisen, so dass bei vorliegender maximaler Vorlauftemperatur des Kühlmediums und der maximalen Abgastemperatur noch ein ausreichender Wärmeabtrag möglich ist. Maßgeblich für den Querschnitt des Ringraum 31ist, dass auch beim Abschalten der Verbrennungskraftmaschine 1bei Maximaltemperatur im Turboladergehäuse und Maximaltemperatur des Kühlmediums noch ein ausreichend hoher Wärmeabtrag durch den als Kühlkanal dienenden Ringraums 31vorhandene Kühlmedium sichergestellt ist, um eine thermische Schädigung der Druckdosenmembran 12auszuschliessen. Hierbei soll die Menge an Kühlmedium im Ringraum 31bestehende freie Wärmekapazität ausreichend sein, d.h. der Ringraum 31entsprechend viel Kühlmedium beherbergen, so dass auf eine Fortführung der Kühlmedienumwälzung nach dem Abschalten der Verbrennungskraftmaschine 1verzichtet werden kann.

[0032] Durch in den Ringraum 31mündende Radialbohrungen 31a in den Schellenteil-Elementen 30entstehen zwei Anschlüsse für die Anbindung des als Kühlkanal dienenden Ringraums 31an den Kühlpfad 6a, 6b. Klarerweise werden diese Radialbohrungen 31a derart platziert, so dass sich entlang der Kühlfläche strömungsmechanisch zwei parallele Kühlkanäle ergeben.

[0033] In zwei weitere ringförmige Radialnuten 32, 33im Innenradius der Schelle 30können Dichtringe 35eingesetzt werden, um einen Kühlmittelaustritt zwischen der Kühlfläche und der Schelle 30zu vermeiden. Dabei existiert jeweils eine Radialnut 32, 33mit eingesetztem Dichtring 35in axialer Richtung vor und hinter dem Ringraum 31.

[0034] Der Innenradius der Schelle 30ist darüber hinaus mit einer weiteren Radialnut 34versehen. Diese bildet eine in etwa komplementäre Aussparung zu einem Gehäuseüberstand 14der Druckdose 10aus. Diese Aussparung 34der Schelle 30ist derart bemessen, so dass der Gehäuseüberstand 14vollständig darin eintauchen kann, wobei bevorzugt an ausgewählten Oberflächenbereichen eine direkte Berührung zwischen dem Druckdosengehäuse und der Schelle 30vorliegt. Durch diese Konstruktion kann eine bessere Fixierung der Schelle 30erreicht werden. Zudem dient die Paarung aus Aussparung 34und Vorsprung 14als Montagehilfe, wenn die Schellenteil-Elemente 30auf die Mantelfläche 10a der Druckdose angehalten werden und dann über sich durch die Verbindungsbohrungen 36erstreckende Schraube aneinander befestigt werden

[0035] Die im Ausführungsbeispiel dargestellte Schelle 30umschließt die Druckdose 10über ihre Mantelfläche hinaus und reicht weit in den Bereich ihres Deckels 37an der Seite hinein, an der die Druckdose 10an dem Haltemittel 38durch Schrauben 39angeschraubt ist, über den die Fixierung der Druckdose 10an dem Turboladergehäuse 20erfolgt. Durch eine entsprechende Konturgestaltung der Schelle 30lässt sich in diesem Bereich ebenso eine verbesserte Fixierung erzielen und eine zuverlässigere Positionierung der Schelle 30an der Druckdose 10erreichen. An besagter Unterseite der Druckdose 10kann die Schelle 30ebenso durch die Schrauben 39am Deckel der Druckdose 10fixiert werden.

[0036] Eine entsprechend solide Fixierung der Schelle 30an dem Druckdosengehäuse bietet den Mehrwert, dass durch den bereits funktionsbedingt notwendigen Anschluss der Kühlleitungen 6a, 6b an die Schelle 30eine Fixierung der Kühlleitungen 6a, 6b vorliegt. Wie dem Fachmann bekannt ist, darf der Strömungswiderstand durch den als Kühlkanal der Druckdose dienende Ringraum 31beinhaltenden Kühlpfad nicht zu groß sein, da ansonsten die Gefahr besteht, dass der Kühlmitteldurchsatz zu gering ist. Andererseits sollte der Durchsatz auch nicht unnötig hoch sein. Durch den Einbau einer richtig bemessenen Drossel kann ein sinnvoller Kühlmittelvolumenstrom erzielt werden. Vorzugsweise wird eine einstellbare Drossel verwendet, wodurch eine nachträgliche Justierung möglich bleibt.

[0037] Die Vorteile der Erfindung lassen sich wie folgt zusammenfassen: Die Kühlleistung wird fokussiert an dem Ort eingebracht, wo diese tatsächlich benötigt wird. Nach dem Abschalten der Verbrennungskraftmaschine 1bleibt die Kühlung über einen ausreichend langen Zeitraum erhalten, bis die Umgebung entsprechend stark abgekühlt ist, so dass von der verbleibenden Wärmeübertragung auf die Membran 12der Waste-Gate Druckdose 10kein Beschädigungsrisiko mehr ausgeht. Diese Nachkühlung erfolgt rein passiv. Ein aktiver Nachlauf mit dem Risiko eines Ausfalls dieser Kühlfunktion besteht nicht. Selbst für einen Fehlerfall, der ohne Notfunktionen zu einem kompletten Ausfall aller Hilfsfunktionen der Verbrennungskraftmaschine 1führen würde, muss für die besagte Nachkühlung keine Redundanz vorgehalten werden.

Bezugszeichenliste:

[0038] Verbrennungskraftmaschine 1 Brennraum 2 Luftverteiler 3 Abgassammler 4 Wärmetauscher 5 Kühlkreislauf 6 Drucksteuerleitung 7 Druckdose 10 Mantelfläche 10a Druckkammer 11 Membran 12 Stellhebel 13 Vorsprung 14 Abgasturbolader 20 Verdichter 21 Turbine 22 Thermische Isolation 23 Waste-Gate 24 Schelle, Schellenteil-Element 30 Ringraum 31 Radialbohrung 31a Dichtungsnut 32 Dichtungsnut 33 Ringnut 34 O-Ring 35 Verbindungsbohrung 36 Deckel 37 Haltemittel 38 Verschraubung 39

Claims (13)

1. Druckdosenvorrichtung zur pneumatisch-mechanischen Verstellung eines Waste-Gates (24) oder der Turbinen-Schaufeln eines Turboladers (20), umfassend ein Gehäuse mit einer darin angeordneten Membran (12), die mit einem Stellglied (13) zur Übertragung einer mechanischen Stellkraft auf das Waste-Gate (24) oder die Turbinen-Schaufeln verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dassim Bereich der Gehäusewand und bevorzugt im Mantelbereich (10a) der Druckdose (10) ein oder mehrere Kühlkanäle (31) vorgehalten sind, die von einem externen Kühlmedienstrom (6) zur dedizierten Kühlung der Druckdose (10) durchströmbar sind.

2. Druckdosenvorrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet,dassan das Gehäuse der Druckdose (10) ein Anbauteil (30) montiert ist, das die Gehäusemantelfläche (10a) der Druckdose (10) dichtend umfasst, wobei das Anbauteil (30) die ein oder mehreren Kühlkanäle (31) umfasst.

3. Druckdosenvorrichtung nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet,dassdas Anbauteil (30) schellenartig ausgeführt ist und die Mantelfläche (10a) der Druckdose (10) umfasst, insbesondere wird das Anbauteil (30) durch ein miteinander verschraubbares Schellenpaar gebildet, wobei das Schellenpaar idealerweise zwei identische Schellenteil-Elemente umfasst.

4. Druckdosenvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 2oder 3,dadurch gekennzeichnet,dassdas Anbauteil (30) im Bereich seiner Innenwand ein oder mehrere radial verlaufende Nuten zur Ausbildung eines um die Mantelfläche (10a) der Druckdose (10) verlaufenden Kühlraums aufweist, wobei dieser vorzugsweise rotationssymmetrisch zur Längsachse der Druckdose (10) angeordnet ist.

5. Druckdosenvorrichtung nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet,dassdas Anbauteil (30) im Bereich der wenigstens einen Kühlnut ein oder mehrere in die Kühlnut mündende Radialbohrungen (31a) zum Anschluss eines externen Kühlkreislaufs (6a, 6b) umfasst.

6. Druckdosenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2bis 5,dadurch gekennzeichnet,dassdas Anbauteil (30) im Bereich der Innenwand ein oder mehrere Dichtungsnuten (32, 33) mit eingesetzten Dichtelementen (35), insbesondere O-Ring-Dichtungen aufweist.

7. Druckdosenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2bis 6,dadurch gekennzeichnet,dassdas Anbauteil (30) zumindest teilweise auch mindestens eine Deckelseite der Druckdose (10) umgibt, insbesondere mit der Bodenseite der Druckdose (10) und/oder einem Haltemittel (38) der Druckdose (10) zur Montage am Turbolader (20) verschraubt ist.

8. Druckdosenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2bis 7,dadurch gekennzeichnet,dassdas Anbauteil (30) im Bereich seiner Innenwand wenigstens ein Innenvolumen (34), insbesondere einen Ringraum, zur Aufnahme eines Gehäusevorsprungs (14), insbesondere eine auf der Mantelfläche (10a) der Druckdose (10) ausgeformte ringförmige Wulst aufweist.

9. Verbrennungsmotor (1) mit Turboaufladung und wenigstens einer Druckdosenvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche zur pneumatisch-mechanischen Verstellung eines Waste-Gates (24) und/oder der Turbinenschaufeln eines Turboladers.

10. Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 9,dadurch gekennzeichnet,dassein Kühlkreislauf (6) des Verbrennungsmotors (1) über einen Abzweig (6a, 6b) mit dem wenigstens einen Kühlkanal (31) der Druckdosenvorrichtung in Verbindung steht.

11. Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 10,dadurch gekennzeichnet,dassder Kühlmittelpfad (6a, 6b) der Druckdosenvorrichtung parallel zum Kühlmittelpfad für die Kühlung der Brennräume (2) des Verbrennungsmotors (1) verläuft.

12. Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 9oder 10,dadurch gekennzeichnet,dassder Verbrennungsmotor (1) wenigstens zwei Zylinderbänke mit jeweils einem Turbolader (20) umfasst, wobei die Einzelteile des Anbauteils (30) der Druckdosenvorrichtung als Gleichteile ausgeführt sind.

13. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 9bis 11,dadurch gekennzeichnet,dassTurbolader (20) und gegebenenfalls ein Waste-Gate (24) und/oder Abgassammler (4) thermisch gekapselt sind.