DE102007009267B4 - turbocharger - Google Patents
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Abstract
Turbolader (1)
- mit einem Verdichter (2),
- mit einer mit dem Verdichter (2) über eine Welle (3) verbundenen Turbine (4),
• die einen Abgaseinlass (5) und einen Abgasauslass (7) aufweist
- mit einer Bypassleitung (6),
• die unter Umgehung der Turbine (4) vom Abgaseinlass (5) abzweigt und zum Abgasauslass (7) führt,
und
• in der ein Absperrorgan (8) angeordnet ist, das von einem Stellglied (9) betätigbar ist, wobei
- das Stellglied als elektromagnetischer Aktuator (9; 22) ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Aktuator (9; 22) einen Stahlgehäusezylinder (18; 25) und einen Aluminiumzylinder (19; 26) umfasst, der innerhalb des Stahlgehäusezylinders (18; 25) angeordnet ist.
Turbocharger (1)
with a compressor (2),
with a turbine (4) connected to the compressor (2) via a shaft (3),
• having an exhaust gas inlet (5) and an exhaust gas outlet (7)
- With a bypass line (6),
Bypassing the turbine (4) from the exhaust gas inlet (5) and leading to the exhaust gas outlet (7),
and
• In which a shut-off device (8) is arranged, which is actuated by an actuator (9), wherein
- The actuator is designed as an electromagnetic actuator (9; 22),
characterized,
the actuator (9; 22) comprises a steel housing cylinder (18; 25) and an aluminum cylinder (19; 26) disposed within the steel housing cylinder (18; 25).
Description
Die Erfindung betrifft einen Turbolader gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a turbocharger according to the preamble of
Ein derartiger Turbolader ist aus der
Es ist demgegenüber Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Turbolader einer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, dessen Stellglied für Anwendungen geeignet ist, bei welchen das in der Bypassleitung angeordnete Absperrorgan bzw. Wastegate im Betrieb gegen einen bestimmten Druck geöffnet bzw. geschlossen werden muss. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung einen Turbolader mit einem zuverlässigeren elektromagnetischen Aktuator für ein Bypass-Absperrorgan bereitzustellen.It is accordingly an object of the present invention to provide a turbocharger of a specified according to the preamble of
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.The solution of this object is achieved by the features of
Dadurch, dass der Aktuator einen Stahlgehäusezylinder umfasst, kann die elektromagnetische Kompatibilität (d.h. Abschirmung) mit der Umgebung gewährleistet werden. Dies ist möglich, da der Stahlmantel bzw. Stahlgehäusezylinder undurchlässige für magnetische Feldlinien ist. Durch den Aluminiumzylinder, der innerhalb des Stahlgehäusezylinders angeordnet ist, kann einerseits ein Mindestabstand zwischen inneren Komponenten des Aktuators und dem Stahlgehäusezylinder sichergestellt werden. Hierdurch kann einer Feldabschwächung im Inneren des Aktuators vorgebeugt werden. Andererseits kann durch den Aluminiumzylinder eine gute Wärmeleitung nach außen bereitgestellt werden.By including the actuator with a steel shell cylinder, electromagnetic compatibility (i.e., shielding) with the environment can be ensured. This is possible because the steel jacket or steel housing cylinder is impermeable to magnetic field lines. By the aluminum cylinder, which is arranged within the steel housing cylinder, on the one hand, a minimum distance between internal components of the actuator and the steel housing cylinder can be ensured. As a result, a field weakening in the interior of the actuator can be prevented. On the other hand, can be provided by the aluminum cylinder good heat conduction to the outside.
Dadurch, dass das Stellglied als elektromagnetischer Aktuator ausgebildet ist, ist es möglich, diesen in einem ersten Fall so auszulegen, dass dieser das Wastegate gegen ein bestimmtes Druckgefälle öffnet, das heißt, dass im Falle eines Aktuator-Ausfalls das Wastegate sich nicht aufgrund des Druckgefälles von alleine öffnet. Es ist möglich, bei Angabe des gewünschten Hubs, der gewünschten Hubkraft, der gewünschten Schließkraft, der gewünschten Ruheposition und der maximal zulässigen äußeren Abmessungen des Aktuators eine Auslegung mit Angabe des nötigen Regelstroms durchzuführen, wobei diese Auslegung in Abhängigkeit der Spulenwicklungszahl erfolgt.The fact that the actuator is designed as an electromagnetic actuator, it is possible to interpret it in a first case so that it opens the wastegate against a certain pressure gradient, that is, in the case of an actuator failure, the wastegate is not due to the pressure gradient opens by itself. It is possible to perform a design with specification of the required control current given the desired stroke, the desired lifting force, the desired closing force, the desired rest position and the maximum permissible outer dimensions of the actuator, this interpretation is done in dependence of the coil winding number.
Im anderen oben genannten zweiten Fall eignet sich der erfindungsgemäße Aktuator-Typ für Anwendungen, bei welchen das Wastegate im Betrieb gegen ein bestimmtes Druckgefälle geschlossen werden muss, d. h. bei dem im Fall eines Aktuator-Ausfalls dieses sich aufgrund des Druckgefälles von alleine öffnet.In the other above-mentioned second case, the actuator type according to the invention is suitable for applications in which the wastegate must be closed in operation against a certain pressure gradient, d. H. in which, in the case of an actuator failure, this opens on its own due to the pressure gradient.
Bei dieser Alternative ermöglicht die erfindungsgemäße Ausbildung bei Angabe des gewünschten Hubs, der gewünschten höchsten Schließkraft und der maximal zulässigen äußeren Abmessungen des Aktuators eine Auslegung mit Angabe des nötigen Regelstroms, wobei die Spulenwicklungszahl zu berücksichtigen ist.In this alternative, the design according to the invention, when specifying the desired stroke, the desired maximum closing force and the maximum permissible external dimensions of the actuator, permits a design with specification of the required control current, the coil winding number having to be considered.
Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.The dependent claims have advantageous developments of the invention to the content.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung.Further details, advantages and features of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments and the drawing.
Es zeigt:
-
1 eine schematisch stark vereinfachte Darstellung des erfindungsgemäßen Turboladers, -
2 eine schematisch stark vereinfachte Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Aktuators, der in Zusammenhang mit dem in1 dargestellten Turbolader verwendet werden kann, -
3 bis5 Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise des Aktuators gemäß2 , -
6 eine der2 entsprechende Darstellung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Aktuators, der mit dem Turbolader gemäß1 verwendet werden kann, und -
7 bis11 Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise des Aktuators gemäß6 .
-
1 a schematically greatly simplified representation of the turbocharger according to the invention, -
2 a schematically simplified view of a first embodiment of an actuator, in connection with the in1 illustrated turbocharger can be used -
3 to5 Diagrams for explaining the operation of the actuator according to2 . -
6 one of the2 corresponding representation of a second embodiment of the actuator according to the invention, with the turbocharger according to1 can be used, and -
7 to11 Diagrams for explaining the operation of the actuator according to6 ,
In
Der Turbolader
Die Turbine
Ferner weist die Turbine
In der Bypass-Leitung
Das Stellglied
Der Turbolader
Der in
Die Auslegung kann einfach symmetrisch oder axialsymmetrisch erfolgen. Bei der in
Nachfolgend wird die Funktion des ersten Aktuator-Typs
Im stromlosen Zustand zwingt der Permanentmagnet
Abhängig von der Stromstärke, der Windungszahl, der Position, der Abmessung sowie der Art und Weise, wie die Spule
Die Startspule
Sobald ein Abgasturbolader-Drehzahlniveau erreicht ist, ab dem abgeblasen werden muss, kommt die Hauptspule
Durch Variation der Stromstärke in der Hauptspule
Die mit dem Stahlzylinder
Die nicht metallische Führungshülse
Der für magnetische Feldlinien undurchlässige Stahlmantel bzw. Stahlgehäusezylinder
Die Verbindung zwischen diesem Stahlgehäusezylinder
Für den Fall einer Stromunterbrechung kommt der Permanentmagnet
Nachfolgend wird für diese Ausführungsform die Betätigung des Wastegate beispielhaft mit Bezug auf
Die Bedienung des Wastegate erfolgt über einen Hebel, mit einem Hebelarmverhältnis von z. B. 2:1.The operation of the wastegate via a lever, with a Hebelarmverhältnis of z. 2: 1.
Die Öffnung des Wastegates sei in der stromlosen Ruheposition mit z. B. 2 mm vorgeschrieben. Auf Grund des Hebelarmverhältnisses resultiert dies in einer Ruheposition von 4 mm an der Regelstange
Wird der Motor nun gestartet, so muss das Wastegate geschlossen werden. Die Startspule
Wird der Motor beschleunigt und überschreitet sein Drehzahlniveau den Wert, ab welchem abgeblasen werden muss, so wird das Wastegate wieder geöffnet. Die Hauptspule
Mit diesem Wert ließe sich theoretisch ein Wastegate mit einem Bohrungsdurchmesser von 29 mm gegen ein Druckgefälle von 2 bar öffnen.This value could theoretically open a wastegate with a bore diameter of 29 mm against a pressure drop of 2 bar.
Der maximale Weg der Regelstange
Selbstverständlich lässt sich die Höchstkraft des Aktuators
Besonderheiten bei der Auslegung:Special features of the design:
Es ist zu beachten, dass die magnetische Kraftflussdichte den für das Zylindermaterial geltenden magnetischen Sättigungswert nicht überschreitet. Für Stahl beträgt dieser Wert etwa 1,9 Tesla.It should be noted that the magnetic flux density does not exceed the magnetic saturation value applicable to the cylinder material. For steel, this value is about 1.9 Tesla.
Die Darstellung ist entsprechend dem Rechenansatz axialsymmetrisch.The representation is axially symmetric according to the calculation approach.
Sie lässt Aufschluss darüber zu, wie weit die magnetische Kraftflussdichte von dem für das Zylindermaterial geltenden magnetischen Sättigungswert entfernt ist und wie gut die Abschirmung des Magnetfelds nach außen durch den Stahlgehäusezylinder
Schließlich ist in Bezug auf die Einhausung zu beachten, dass ein radialer Mindestabstand zwischen dem Stahlgehäusezylinder
In axialer Richtung ist ein solcher Mindestabstand nicht vonnöten.In the axial direction, such a minimum distance is not necessary.
Der in
Nachfolgend wird die Funktion des Aktuator-Typs
Abhängig davon, ob die Spule
Abhängig von der Stromstärke, der Windungszahl, der Position, der Abmessung sowie der Art und Weise, wie die Spule
Die mit dem Zylinder
Beim Start wird die Spule
Sobald ein Abgasturbolader-Drehzahlniveau erreicht ist, ab dem abgeblasen werden muss, wird die Stromstärke so weit reduziert, bis sich das Wastegate öffnet.Once an exhaust gas turbocharger speed level is reached, from which it is necessary to blow off, the current is reduced until the wastegate opens.
Durch Variation der Stromstärke in der Spule
Die nicht metallische Führungshülse
Der für magnetische Feldlinien undurchlässige Stahlmantel bzw. Stahlgehäusezylinder
Die Verbindung zwischen diesem Stahlmantel und den inneren Komponenten wird durch den Aluminiummantel bzw. Aluminiumzylinder
Für den Fall einer Stromunterbrechung ist der Stahlzylinder kraftfrei und erlaubt, dass die Druckdifferenz zwischen Turbine und Abgastrakt das Wastegate öffnet. Ein Überdrehen des Laders wird somit verhindert.In the event of a power interruption, the steel cylinder is force-free and allows the pressure difference between turbine and exhaust tract to open the wastegate. Overspeeding the charger is thus prevented.
Nachfolgend wird für die zweite Ausführungsform die Betätigung des Wastegate beispielhaft mit Bezug auf
Die Bedienung des Wastegate erfolgt über einen Hebel, mit einem Hebelarmverhältnis von z. B. 2:1.The operation of the wastegate via a lever, with a Hebelarmverhältnis of z. 2: 1.
Der Aktuator
Wird der Motor nun gestartet, so muss das Wastegate geschlossen werden. Die Spule
Wird der Motor beschleunigt und überschreitet sein Drehzahlniveau den Wert, ab welchem abgeblasen werden muss, so wird das Wastegate wieder geöffnet. Der Strom in der Spule
Die größte Schließkraft wird benötigt, wenn der Abblasvorgang beendet wird. Die dafür zur Verfügung stehende Höchstkraft an der Regelstange
Mit diesem Wert ließe sich theoretisch ein Wastegate mit einem Bohrungsdurchmesser von 32,5 mm gegen ein Druckgefälle von 2 bar schließen.With this value, theoretically, a wastegate with a bore diameter of 32.5 mm could be closed against a pressure drop of 2 bar.
Der maximale Weg der Regelstange
Die äußeren Abmessungen des Aktuators
Hier zeigt sich die günstige Kennlinie des Aktuators
Besonderheiten bei der Auslegung:Special features of the design:
Es ist zu beachten, dass die magnetische Kraftflussdichte den für das Zylindermaterial geltenden magnetischen Sättigungswert nicht überschreitet. Für Stahl beträgt dieser Wert etwa 1,9 Tesla.It should be noted that the magnetic flux density does not exceed the magnetic saturation value applicable to the cylinder material. For steel, this value is about 1.9 Tesla.
Die Darstellung ist entsprechend dem Rechenansatz axialsymmetrisch.The representation is axially symmetric according to the calculation approach.
Sie lässt Aufschluss darüber zu, wie weit die magnetische Kraftflussdichte von dem, für das Zylindermaterial geltenden magnetischen Sättigungswert entfernt ist und wie gut die Abschirmung des Magnetfelds nach außen durch den Stahlgehäusezylinder
Schließlich ist in Bezug auf die Einhausung zu beachten, dass ein radialer Mindestabstand zwischen dem Stahlgehäusezylinder
In axialer Richtung ist ein solcher Mindestabstand nicht vonnöten.In the axial direction, such a minimum distance is not necessary.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Turbolader/AbgasturboladerTurbocharger / turbocharger
- 22
- Verdichtercompressor
- 33
- Wellewave
- 44
- Turbineturbine
- 55
- Abgaseinlassexhaust inlet
- 66
- Bypassbypass
- 77
- AbgassauslassAbgassauslass
- 88th
- Absperrorganshutoff
- 99
- Aktuatoractuator
- 1010
- Lufteintritt in 2Air intake in 2
- 1111
- Luftaustritt aus 2Air outlet from 2
- 1212
- Motor/VerbrennungsmotorMotor / engine
- 1313
- Abgasleitungexhaust pipe
- 1414
- Hauptspulemain coil
- 1515
- Startspulestarting coil
- 1616
- ringförmigen Permanentmagnetannular permanent magnet
- 1717
- massiver Stahlzylindermassive steel cylinder
- 1818
- Stahlgehäusezylinder mit Längsachse LSteel housing cylinder with longitudinal axis L
- 1919
- abgestufter Aluminiumzylinderstepped aluminum cylinder
- 2020
- Regelstangecontrol rod
- 2121
- nicht metallische Führungshülsenon-metallic guide sleeve
- 2222
- Aktuatoractuator
- 2323
- SpuleKitchen sink
- 2424
- massiver Stahlzylindermassive steel cylinder
- 2525
- StahlgehäusezylinderSteel housing cylinder
- 2626
- Aluminiumzylinderaluminum cylinder
- 2727
- Regelstangecontrol rod
- 2828
- nicht metallische Führungshülsenon-metallic guide sleeve
Claims (5)
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-
2007
- 2007-02-26 DE DE102007009267.0A patent/DE102007009267B4/en not_active Expired - Fee Related
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