DE102011089777A1

DE102011089777A1 - Supercharger for internal combustion engine of motor car, has valve flap and crank arm mechanically connected with each other by ball-and-socket joint that is formed such that flap is rotatable around predetermined flap backlash angle

Info

Publication number: DE102011089777A1
Application number: DE102011089777A
Authority: DE
Inventors: Simon Baensch
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2011-12-23
Filing date: 2011-12-23
Publication date: 2013-06-27

Abstract

The supercharger has a bypass valve device (4) i.e. wastegate valve, comprising a bypass duct (5) with a valve seat and a crank arm (8) for operating a valve flap (7), which seals the valve seat. The valve flap and the crank arm are mechanically connected with each other by a ball-and-socket joint (24), which comprises a ball cup and a ball head with a ball midpoint. The ball-and-socket joint is formed such that the valve flap is supported around the ball midpoint and rotatable around a predetermined flap backlash angle.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader, insbesondere für einen Verbrennungsmotor, der zumindest ein Bypass-Ventil aufweist, das als Klappenventil mit einer Betätigungsvorrichtung ausgeführt ist.The invention relates to an exhaust gas turbocharger, in particular for an internal combustion engine, which has at least one bypass valve, which is designed as a flapper valve with an actuating device.

Abgasturbolader werden vermehrt zur Leistungssteigerung bei Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoren eingesetzt. Dies geschieht immer häufiger mit dem Ziel den Verbrennungsmotor bei gleicher oder gar gesteigerter Leistung in Baugröße und Gewicht zu reduzieren und gleichzeitig den Verbrauch und somit den CO₂-Ausstoß, im Hinblick auf immer strenger werdende gesetzliche Vorgaben diesbezüglich, zu verringern. Das Wirkprinzip besteht darin, die im Abgasstrom enthaltene Energie zu nutzen um den Druck im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors zu erhöhen und so eine bessere Befüllung des Brennraumes mit Luft-Sauerstoff zu bewirken und somit mehr Treibstoff, Benzin oder Diesel, pro Verbrennungsvorgang umsetzen zu können, also die Leistung des Verbrennungsmotors zu erhöhen.Exhaust gas turbochargers are increasingly used to increase performance in automotive internal combustion engines. This happens more often with the aim of reducing the internal combustion engine with the same or even increased performance in size and weight while reducing consumption and thus the CO ₂ emissions, in view of increasingly stringent legal requirements in this regard. The operating principle is to use the energy contained in the exhaust gas flow to increase the pressure in the intake tract of the engine and thus to better fill the combustion chamber with air-oxygen and thus implement more fuel, gasoline or diesel, per combustion process, so to increase the performance of the internal combustion engine.

Ein Abgasturbolader weist dazu eine im Abgasstrang des Verbrennungsmotors angeordnete Turbine mit einem durch den Abgasstrom angetriebenen Turbinenlaufrad und einen im Ansaugtrakt angeordneten Verdichter mit einem den Druck aufbauenden Verdichterlaufrad auf. Turbinenlaufrad und Verdichterlaufrad sind drehfest an den gegenüberliegenden Enden einer Rotorwelle befestigt, die in einer zwischen Turbine und Verdichter angeordneten Lagereinheit drehgelagert ist. Somit wird mit Hilfe des Abgasmassenstroms das Turbinenrad und über die Rotorwelle wiederum das Verdichterrad angetrieben und die Abgasenergie so zum Druckaufbau im Ansaugtrakt genutzt. An exhaust gas turbocharger has for this purpose a turbine arranged in the exhaust gas line of the internal combustion engine with a turbine runner driven by the exhaust gas flow and a compressor arranged in the intake tract with a compressor runner building up the pressure. Turbine impeller and compressor impeller are rotatably secured to the opposite ends of a rotor shaft, which is rotatably mounted in a bearing assembly disposed between the turbine and compressor. Thus, with the aid of the exhaust gas mass flow, the turbine wheel and, in turn, the compressor wheel are driven via the rotor shaft and the exhaust gas energy is thus used to build up pressure in the intake tract.

Turbinen und Verdichter sind Strömungsmaschinen und haben aufgrund der physikalischen Gesetzmäßigkeiten einen jeweils von Baugröße und Bauart abhängigen optimalen Betriebsbereich der durch den Massedurchsatz, das Druckverhältnis und die Drehzahl des jeweiligen Laufrades gekennzeichnet ist. Im Gegensatz dazu ist der Betrieb eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug von dynamischen Änderungen der Last und des Betriebsbereiches gekennzeichnet.Turbines and compressors are turbomachines and have due to the physical laws each dependent on size and design optimum operating range is characterized by the mass flow rate, the pressure ratio and the rotational speed of the respective impeller. In contrast, the operation of an internal combustion engine in a motor vehicle is characterized by dynamic changes of the load and the operating range.

Um nun den Betriebsbereich des Abgasturboladers an sich ändernde Betriebsbereiche des Verbrennungsmotors anpassen zu können und so ein gewünschtes Ansprechverhalten möglichst ohne spürbare Verzögerungen (Turboloch) zu gewährleisten werden Abgasturbolader mit sogenannten variablen Turbinengeometrien und mit über Ventilklappen öffenbaren Bypass-Kanälen im Turbinenbereich und/oder Verdichterbereich ausgestattet.In order to be able to adapt the operating range of the exhaust gas turbocharger to changing operating ranges of the internal combustion engine and thus to ensure a desired response as far as possible without noticeable delays (turbocharger), exhaust gas turbochargers are equipped with so-called variable turbine geometries and with bypass channels which can be opened via valve flaps in the turbine area and / or compressor area ,

Ein entsprechender Bypass-Kanal auf der Turbinenseite wird als Wastegate-Ventil bezeichnet. Das Wastegate-Ventil verbindet den Abgaskanal in Strömungsrichtung vor dem Turbinenlaufrad mit dem Abgaskanal hinter dem Turbinenlaufrad. Das Wastegate-Ventil kann über eine Schließvorrichtung, zum Beispiel eine Ventilklappe geöffnet oder gelschlossen werden. Bei niedriger Drehzahl und dem entsprechend kleinem Abgasmassenstrom des Verbrennungsmotors ist das Wastegate-Ventil geschlossen und der gesamte Abgasmassenstrom wird über das Turbinenlaufrad geführt. Dies gewährleistet eine ausreichende Drehzahl von Turbinen- und Verdichterlaufrad und somit einen ausreichenden Druckaufbau des Verdichters auch bei niedriger Drehzahl des Verbrennungsmotors. Bei hoher Drehzahl und entsprechend großem Abgasmassenstrom des Verbrennungsmotors oder bei nur geringen Leistungsanforderungen an den Verbrennungsmotor wird dann das Wastegate geöffnet und zumindest ein Teil des Abgasmassenstroms am Turbinenlaufrad vorbei direkt in den Auspuffbereich in Strömungsrichtung hinter dem Turbinenlaufrad geleitet, um die Drehzahl von Turbinen- und Verdichterlaufrad sowie das Druckverhältnis an Turbine und Verdichter innerhalb des gewünschten Arbeitsbereichs des Abgasturboladers zu halten.A corresponding bypass channel on the turbine side is referred to as wastegate valve. The wastegate valve connects the exhaust passage in the flow direction in front of the turbine runner with the exhaust passage behind the turbine runner. The wastegate valve can be opened or closed via a closing device, for example a valve flap. At low speed and the correspondingly small exhaust gas mass flow of the internal combustion engine, the wastegate valve is closed and the entire exhaust gas mass flow is guided via the turbine runner. This ensures a sufficient speed of the turbine and compressor impeller and thus a sufficient pressure build-up of the compressor even at low speed of the engine. At high speed and correspondingly large exhaust gas mass flow of the internal combustion engine or with only low power requirements of the internal combustion engine, the wastegate is then opened and passed at least a portion of the exhaust gas mass flow past the turbine run directly into the exhaust area in the flow direction behind the turbine wheel to the rotational speed of the turbine and compressor impeller and to maintain the pressure ratio of turbine and compressor within the desired operating range of the exhaust gas turbocharger.

Ein entsprechender Bypass-Kanal auf der Verdichterseite wird als Schub-Umluft-Ventil bezeichnet. Mit Hilfe des Schub-Umluft-Ventils kann das unerwünschte, sogenannte Verdichterpumpen vermieden werden, das eintreten kann, wenn der Motor schnell vom aufgeladenen Betrieb in den gedrosselten oder Schub-Betrieb übergeht, zum Beispiel wenn am Verbrennungsmotor abrupt Gas weggenommen wird.A corresponding bypass channel on the compressor side is referred to as a thrust-recirculation valve. With the help of the thrust-recirculation valve, the undesired, so-called compressor pumps can be avoided, which can occur when the engine quickly from the charged operation in the throttled or thrust mode passes, for example, when the internal combustion engine abruptly gas is removed.

In diesem Fall wird das Wastegate geöffnet und die Drosselklappe im Ansaugbereich des Verbrennungsmotors geschlossen. Der Rotor des Abgasturboladers dreht sich in diesem Moment allerdings aufgrund seiner Massenträgheit und bedingt durch das endlich schnelle Öffnungsverhalten des Wastegates noch mit sehr hoher Geschwindigkeit weiter, das heißt der Verdichter fördert weiter Frischluft.In this case, the wastegate is opened and the throttle in the intake of the engine is closed. The rotor of the exhaust gas turbocharger rotates at this moment, however, due to its inertia and due to the finally fast opening behavior of the wastegate on with very high speed on, that is, the compressor continues to promote fresh air.

Wenn der Verdichter weiter fördert, der Motor aber weniger Frischluft als im vorherigen Betriebszustand entgegennimmt, so wird mit sich verringerndem Luftmassenstrom der Druck nach dem Verdichter steigen. Der stabile Betrieb eines Verdichters wird im Bereich kleiner Durchsätze von der Pumpgrenze limitiert. Beim Überschreiten der Pumpgrenze ist der Verdichter nicht mehr in der Lage gegen das hohe Druckniveau nach dem Verdichter zu fördern, es kommt zum Zurückströmen der angestauten Luft über den Verdichter. Dieser Vorgang wird Verdichterpumpen genannt. Das Verdichterpumpen ist aus den folgenden Gründen zu vermeiden:

– Die auftretenden Druckschwankungen führen zu starken mechanischen Belastungen
– Das Pumpen wird als unangenehmes Geräusch empfunden.

If the compressor continues to deliver, but the engine receives less fresh air than in the previous operating condition, then as the air mass flow decreases, the pressure to the compressor will increase. The stable operation of a compressor is limited in the range of small flow rates from the surge limit. When the pump limit is exceeded, the compressor is no longer able to promote against the high pressure level after the compressor, it comes to the backflow of the accumulated air through the compressor. This process will Called compressor pumps. Compressor pumping is to be avoided for the following reasons:

- The occurring pressure fluctuations lead to strong mechanical loads
- The pumping is perceived as unpleasant noise.

Um das Pumpen des Verdichters in dem oben beschrieben Fall zu vermeiden, kann die Frischluft durch das Schub-Umluft-Ventil nach dem Verdichter abgeblasen werden. Um ggf. eine Messung des Luftmassenmessers des Verbrennungsmotors nicht zu verfälschen ist es vorteilhaft, die abgeblasene Luft vor dem Verdichter wieder in den Ansaugtrakt einzubringen, so dass der Verdichter die Luft im Kreis fördert. Wenn der Übergang in den gedrosselten Betrieb des Verbrennungsmotors nur von kurzer Dauer ist (1–2 Sekunden), wie es zum Beispiel beim Schaltvorgang eines mit Verbrennungsmotor betriebenen Kraftfahrzeugs vorkommt, so wird bei erneuter hoher Drehmomentanforderung an den Verbrennungsmotor das Wastegate-Ventil und das Schub-Umluft-Ventil wieder geschlossen. Der Rotor des Abgasturboladers behält während dieser kurzen Dauer annähernd seine Drehzahl bei und erreicht sehr schnell wieder das geforderte Ladedruckniveau.In order to avoid pumping of the compressor in the case described above, the fresh air can be blown off by the push-circulating valve after the compressor. In order not to falsify a measurement of the mass air flow sensor of the internal combustion engine, if necessary, it is advantageous to introduce the blown off air back into the intake tract before the compressor, so that the compressor conveys the air in a circle. If the transition to the throttled operation of the internal combustion engine is only short-lived (1-2 seconds), as occurs, for example, in the switching operation of an internal combustion engine motor vehicle, so again high torque request to the internal combustion engine, the wastegate valve and the thrust Recirculation valve closed again. The rotor of the exhaust gas turbocharger retains approximately its speed during this short duration and very quickly reaches the required boost pressure level again.

Als Schließvorrichtung zum Öffnen und Schließen von den genannten Bypass-Ventileinrichtungen, wie Wastegate-Ventilen und Schub-Umluft-Ventilen, werden in bekannter Weise Klappenventile eingesetzt. Ein Beispiel eines solchen konventionellen Klappenventils ist in 1 in einer Schnittdarstellung eines Turbinen-Spiralgehäuses 14 in Form eines Wastegate-Ventils 4 mit einer Kurbelarm-Betätigungsvorrichtung dargestellt. As a closing device for opening and closing of said bypass valve devices, such as wastegate valves and thrust-recirculation valves, flap valves are used in a known manner. An example of such a conventional flapper valve is in 1 in a sectional view of a turbine volute casing 14 in the form of a wastegate valve 4 shown with a crank arm actuator.

Über den Abgaseintrittsbereich 15 tritt der Abgasmassenstrom AM in das Turbinen-Spiralgehäuse 14 der Abgasturbine ein. Aus dem Turbinen-Spiralgehäuse 14 wird der Abgasmassenstrom AM auf das Turbinenrad (nicht dargestellt) geleitet und tritt dann durch den Abgasaustrittsbereich 16 in das Abgassystem (nicht dargestellt) und durch dieses in die Umgebung aus. Der Bypasskanal 5, hier ein Wastegate-Kanal, verbindet nun auf direktem Weg den Abgaseintrittsbereich 15 mit dem Abgasaustrittsbereich 16. Der Bypasskanal 5 weist einen ebenen Ventilsitz 6 auf. Zum Schließen des Bypasskanals 5 wird eine tellerförmige Ventilklappe 7 auf den Ventilsitzring 6 des Ventilsitzes aufgelegt. Die Ventilklappe 7 ist an einem Kurbelarm 8 befestigt, der auf einer Kurbelspindel 9 montiert ist und damit um die Kurbelspindeldrehachse 12 drehbar gelagert ist. Durch Drehung des Kurbelarms 8 um die Kurbelspindeldrehachse 12 (in der Zeichnung im Uhrzeigersinn) wird die Ventilklappe 7 entlang des Ventilklappenweges VW aus näherungsweise senkrechter Richtung auf den Ventilsitz 6 aufgesetzt und der Bypasskanal 5 so geschlossen und in umgekehrter Richtung geöffnet.Over the exhaust gas inlet area 15 the exhaust gas mass flow AM enters the turbine volute casing 14 the exhaust gas turbine. From the turbine volute 14 the exhaust gas mass flow AM is directed to the turbine wheel (not shown) and then passes through the exhaust gas outlet region 16 in the exhaust system (not shown) and through this into the environment. The bypass channel 5 , here a wastegate channel, now connects directly to the exhaust gas inlet area 15 with the exhaust gas outlet area 16 , The bypass channel 5 has a flat valve seat 6 on. To close the bypass channel 5 becomes a plate-shaped valve flap 7 on the valve seat ring 6 of the valve seat. The valve flap 7 is on a crank arm 8th fixed on a crank spindle 9 is mounted and thus to the crank spindle axis of rotation 12 is rotatably mounted. By turning the crank arm 8th around the crank spindle axis of rotation 12 (clockwise in the drawing) the valve flap 7 along the valve flap path VW from approximately vertical direction on the valve seat 6 put on and the bypass channel 5 so closed and opened in the opposite direction.

Solche Klappenventile befinden sich im Massenstrom des Abgases bzw. der Ansaugluft des Verbrennungsmotors und sind schwankenden Druck- und Temperaturverhältnissen ausgesetzt. Dies trifft in besonderem Maße auf das Wastegate-Ventil zu, das Temperaturen bis zu 1200°C ausgesetzt sein kann. Weiterhin werden hohe Anforderungen an die Dichtheit der Ventile im geschlossenen Zustand gestellt, was ein ebenes, dichtes Aufliegen des Schließelements auf dem Ventilsitz voraussetzt und das Aufbringen entsprechend hoher Schließkräfte erfordert. Aufgrund der schwankenden Betriebstemperaturen und der damit verbundenen unterschiedlichen Wärmeausdehnungen im System ist es von Vorteil die Aufhängung der Ventilklappe an der zugeordneten Betätigungsvorrichtung mit einem gewissen Spiel auszustatten. Such flap valves are in the mass flow of the exhaust gas or the intake air of the internal combustion engine and are exposed to fluctuating pressure and temperature conditions. This applies especially to the wastegate valve, which can be exposed to temperatures of up to 1200 ° C. Furthermore, high demands are placed on the tightness of the valves in the closed state, which requires a flat, dense resting of the closing element on the valve seat and the application requires correspondingly high closing forces. Due to the fluctuating operating temperatures and the associated different thermal expansions in the system, it is advantageous to provide the suspension of the valve flap to the associated actuator with a certain amount of play.

Aufgrund der oben genannten Belastungen und Betriebsbedingungen kann sich erhöhter Verschleiß zwischen Ventilklappe und Kurbelarm einstellen, der zu unerwünschten Schepper- oder Klirrgeräuschen, Undichtheiten bei geschlossenem Ventil und damit verbundener verminderter Leistung und im ungünstigen Fall schlussendlich zum Versagen, sprich zum Bruch der Ventilvorrichtung führen kann.Due to the above-mentioned loads and operating conditions, increased wear between the valve flap and crank arm can occur, which can lead to unwanted Schepper- or Klirrgeräuschen, leaks with the valve closed and associated reduced power and in the worst case ultimately to failure, that is to break the valve device.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Abgasturbolader mit Bypass-Ventileinrichtungen anzugeben, bei dem der Verschließ der Bypass-Ventileinrichtungen reduziert und die Betriebssicherheit und Lebensdauer bei gleichbleibend hoher Leistung verbessert ist.The present invention is therefore based on the object of specifying an exhaust gas turbocharger with bypass valve devices, in which the closure of the bypass valve devices is reduced and the reliability and service life is improved while maintaining high performance.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Abgasturbolader mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by an exhaust gas turbocharger with the features according to claim 1. Advantageous embodiments and further developments, which can be used individually or in combination with each other, are the subject of the dependent claims.

Erfindungsgemäß wird ein Abgasturbolader der eine Abgasturbine und einen Frischluftverdichter und mindestens eine Bypass-Ventileinrichtung aufweist bereitgestellt. Dabei weist die Bypass-Ventileinrichtung einen Bypasskanal mit einem Ventilsitz und eine mittels einer Betätigungsvorrichtung auf den Ventilsitz dichtend auflegbare Ventilklappe auf. Die erfindungsgemäße Ausführung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilklappe und die Betätigungsvorrichtung durch ein Kugelgelenk mechanisch miteinander verbunden sind, wobei das Kugelgelenk eine Kugelpfanne und einen Kugelkopf mit einem Kugelmittelpunkt aufweist. Das Kugelgelenk ist dabei so ausgestaltet, dass die Ventilklappe um einen vorbestimmten Klappenspielwinkel drehbar um den Kugelmittelpunkt des Kugelkopfes gelagert ist. Als Betätigungsvorrichtung zum Öffnen und Schließen der Ventilklappe können dabei unterschiedliche mechanische Lösungen, wie zum Beispiel Kurbelantriebe oder Schieberantriebe, zum Einsatz kommen. Der Klappenspielwinkel bezeichnet dabei einen Kegelwinkel, innerhalb dessen die Ventilklappe um den Kugelmittelpunkt allseitig geschwenkt werden kann. Dabei ist der Klappenspielwinkel allseitig durch einen Anschlag, der zum Beispiel durch die Kugelpfanne gegeben ist, begrenzt. Je weiter die Kugelpfanne dabei den Kugelkopf umgreift, und je breiter die zur Befestigung des Kugelkopfes vorgesehene Basis des Kugelkopfes gestaltet ist, desto kleiner wird der Klappenspielwinkel. Jedenfalls ist der Klappenspielwinkel zumindest so groß zu wählen, dass bei den im Betrieb durch Verzug, Wärmedehnung etc. auftretenden maßlichen Abweichungen die Ventilklappe sich bei jedem Schließvorgang so auf dem Ventilsitz ausrichten kann, dass sie dort eben und dichtend zu Auflage kommt. Das Kugelgelenk ist dabei mit möglichst wenig Spiel ausgestattet und soll der Bewegung der Ventilklappe innerhalb des Klappenspielwinkels auch einen spürbaren Widerstand entgegensetzen, um eine vibrierende, ggf. Verschleiß erhöhende Eigenbewegung des Kugelkopfes in der Kugelpfanne zu verhindern.According to the invention, an exhaust gas turbocharger having an exhaust gas turbine and a fresh air compressor and at least one bypass valve device is provided. In this case, the bypass valve device has a bypass channel with a valve seat and a valve flap which can be placed on the valve seat in a sealing manner by means of an actuating device. The embodiment of the invention is characterized in that the valve flap and the actuating device are mechanically connected to each other by a ball joint, wherein the ball joint has a ball socket and a ball head with a ball center. The ball joint is designed so that the valve flap is mounted rotatably about a predetermined Klappenspielwinkel to the ball center of the ball head. As an actuating device for opening and closing the valve flap can thereby different mechanical solutions, such as crank drives or slide drives are used. The flap clearance angle denotes a cone angle, within which the valve flap can be pivoted on all sides about the center of the ball. In this case, the Klappenspielwinkel is bounded on all sides by a stop, which is given for example by the ball socket. The farther the ball socket surrounds the ball head, and the wider the base of the ball head intended for attachment of the ball head, the smaller the flap clearance angle becomes. In any case, the Klappenspielwinkel is at least so large to choose that in the case of operation by delay, thermal expansion, etc. occurring dimensional variations, the valve flap can align with each closing operation on the valve seat, that it is flat and sealing to rest there. The ball joint is equipped with as little play and should oppose the movement of the valve flap within the Klappenspielwinkels also a noticeable resistance to prevent a vibrating, possibly wear increasing proper movement of the ball head in the ball socket.

Der Vorteil dieser erfindungsgemäßen Anordnung liegt darin, dass übermäßiges „Bewegungsspiel“ zwischen Ventilklappe und Betätigungsvorrichtung vermieden werden kann und somit der Verschließ der Bypass-Ventileinrichtungen reduziert und die Betriebssicherheit und Lebensdauer erhöht sind. Gleichzeitig kann durch sicheres dichtes Schließen der Ventilklappe eine gleichbleibend hohe Leistung erzielt werden. Eine mögliche Ausführung des erfindungsgemäßen Gegenstandes ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelkopf an der Ventilklappe und die Kugelpfanne an der Betätigungsvorrichtung angeordnet sind. Bei dieser Ausführung kann die Ventilklappe mit dem Kugelkopf zusammen als einstückige Einheit ausgebildet sein. Es ist jedoch auch denkbar den Klappenteller erst nachträglich mit der Basis des Kugelkopfes, die als einfache einseitige Abflachung des Kugelkopfes gestaltet ist, zu verbinden mittels Schraub-Schweiß- oder anderer Verbindungsverfahren. Die Kugelpfanne ist an der Betätigungsvorrichtung angeordnet und kann ebenfalls eine einstückige Einheit mit dieser bilden oder nachträglich mittels einem der bekannten Verbindungsverfahren mit dieser verbunden sein. The advantage of this arrangement according to the invention is that excessive "play" between the valve flap and actuator can be avoided and thus reduces the closure of the bypass valve devices and the reliability and durability are increased. At the same time can be achieved by securely closing the valve close a consistently high performance. A possible embodiment of the article according to the invention is characterized in that the ball head are arranged on the valve flap and the ball socket on the actuating device. In this embodiment, the valve flap may be formed with the ball head together as a one-piece unit. However, it is also conceivable the flap plate only later with the base of the ball head, which is designed as a simple one-sided flattening of the ball head to connect by means of screw-welding or other connection method. The ball socket is arranged on the actuating device and can also form an integral unit with this or be subsequently connected by means of one of the known connection method with this.

In einer anderen Ausführung des erfindungsgemäßen Gegenstandes sind der Kugelkopf an der Betätigungsvorrichtung und die Kugelpfanne an der Ventilklappe angeordnet. Auch in dieser Ausführung kann der Kugelkopf und die Kugelpfanne mit der Betätigungsvorrichtung bzw. der Ventilklappe jeweils einstückig ausgebildet oder mittels eines der bekannten Verbindungsverfahren nachträglich verbunden sein.In another embodiment of the subject invention, the ball head on the actuator and the ball socket are arranged on the valve flap. Also in this embodiment, the ball head and the ball socket with the actuator or the valve flap may each be integrally formed or subsequently connected by means of one of the known connection methods.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Gegenstandes ist das Kugelgelenk zwischen Betätigungsvorrichtung und Ventilklappe so angeordnet, dass der Kugelmittelpunkt des Kugelkopfes, zumindest wenn die Ventilklappe auf dem Ventilsitz aufliegt, auf einer senkrecht auf dem Flächenschwerpunkt einer durch den Ventilsitz begrenzten Bypasskanal-Querschnittsfläche stehende Ventilsitz-Mittellinie liegt. Bei einem üblicherweise kreisrund ausgebildeten Ventilsitz verläuft die Ventilsitz-Mittellinie also durch den Kreismittelpunkt und steht senkrecht auf dem Ventilsitz. Diese Ventilsitz-Mittellinie stellt gleichzeitig die Wirklinie der Gasdruckkraft auf die Ventilklappe im geschlossenen Zustand der Bypass-Ventileinrichtung dar. Der Kugelmittelpunkt wiederum stellt den Angriffspunkt der durch die Betätigungsvorrichtung auf die Ventilklappe ausgeübten Zuhaltekraft dar. Die genannte Anordnung hat somit den Vorteil, dass von der Gasdruckkraft, deren Wirklinie somit durch den Angriffspunkt der Zuhaltekraft verläuft, kein Drehmoment auf das Kugelgelenk ausgeübt wird.In an advantageous development of the subject invention, the ball joint between actuator and valve flap is arranged so that the ball center of the ball head, at least when the valve flap rests on the valve seat, standing on a perpendicular to the centroid of a limited by the valve seat bypass channel cross-sectional area valve seat centerline lies. In a usually circular trained valve seat, the valve seat center line thus extends through the circle center and is perpendicular to the valve seat. This valve seat center line simultaneously represents the line of action of the gas pressure force on the valve flap in the closed state of the bypass valve device. The ball center point in turn represents the point of application of the locking force exerted by the actuating device on the valve flap. Said arrangement thus has the advantage that of the Gas pressure force whose line of action thus passes through the point of application of the clamping force, no torque is exerted on the ball joint.

Eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Gegenstandes ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelpfanne den Kugelkopf einseitig so weit über die Kugel-Umfangslinie hinausgehend umschließt, dass der Kugelkopf in der Kugelpfanne gegen herausfallen gesichert ist. Diese Ausgestaltung der Kugelpfanne hat zur Folge, dass die lichte Öffnung der Kugelpfanne einen kleineren Durchmesser als der Kugelkopf hat. Somit kann der Kugelkopf nicht aus der Kugelpfanne herausfallen. Dies erhöht zwar den fertigungstechnischen Aufwand bei der Herstellung des Kugelgelenks, wobei die Kugelpfanne zum Beispiel in einem Umformverfahren um den Kugelkopf geschmiegt wird. Andererseits hat diese Ausgestaltung den Vorteil, dass kein weiteres Konstruktionselement erforderlich ist, um den Kugelkopf, auch bei geöffneter Bypass-Ventileinrichtung, in seiner Position in der Kugelpfanne zu halten.A further embodiment of the article according to the invention is characterized in that the ball socket surrounds the ball head on one side so far beyond the ball-circumferential line, that the ball head is secured against falling out in the ball socket. This configuration of the ball socket has the consequence that the clear opening of the ball socket has a smaller diameter than the ball head. Thus, the ball head can not fall out of the ball socket. Although this increases the production engineering effort in the manufacture of the ball joint, wherein the ball socket is, for example, wrapped in a forming process to the ball head. On the other hand, this embodiment has the advantage that no further construction element is required to keep the ball head, even with the bypass valve means open, in its position in the ball socket.

In einer anderen Ausführung des erfindungsgemäßen Gegenstandes umschließt die Kugelpfanne den Kugelkopf einseitig maximal bis zur Kugel-Umfangslinie und der Kugelkopf ist mittels einer separaten Federspange in der Kugelpfanne unter Vorspannung gehalten. Die Federspange ist dabei beispielsweise an speziell dafür vorgesehenen Ösen oder Haken im Randbereich der Kugelpfanne eingehängt und umgreift den Kugelkopf von der Kugelpfanne aus gesehen hinter der Umfangslinie (Äquatorlinie). Die Federspange ist dabei so gestaltet, dass sie im montierten Zustand den Kugelkopf mit einer bestimmten Vorspannkraft in die Kugelpfanne drückt. Dies hat den Vorteil, dass der Kugelkopf auch bei geöffneter Bypass-Ventileinrichtung spielfrei in der Kugelpfanne gehalten wird und durch die Anpresskraft gleichzeitig eine Reibkraft im Kugelgelenk erzeugt wird, die der Bewegung des Kugelgelenks einen ausreichenden Widerstand entgegensetzt, um eine vibrierende, ggf. Verschleiß erhöhende Eigenbewegung des Kugelkopfes in der Kugelpfanne zu verhindern.In another embodiment of the article according to the invention, the ball socket encloses the ball head on one side maximum to the ball-circumferential line and the ball head is held by means of a separate spring clip in the ball socket under bias. The spring clip is mounted for example on specially provided eyelets or hooks in the edge region of the ball socket and surrounds the ball head of the ball socket from behind the peripheral line (equatorial line). The spring clip is designed so that it presses the ball head with a certain biasing force in the ball socket in the assembled state. This has the advantage that the ball head is held without play in the ball socket even when the bypass valve device is open and at the same time a frictional force is generated in the ball joint by the contact force, the movement of the ball joint opposes a sufficient resistance to prevent a vibrating, possibly wear increasing proper motion of the ball head in the ball socket.

In einer weiteren Ausführung ist Kugelpfanne aus mehreren versetzt oder gegenüberliegend angeordneten Federspangenarmen ausgebildet, die den Kugelkopf so weit über die Kugel-Umfangslinie hinausgehend federnd unter Vorspannung umschließen, dass der Kugelkopf in der Kugelpfanne gegen herausfallen gesichert ist. Die Federspangenarme können dabei aus Federstahlblech als Blattfeder um den Kugelkopf herum geformt sein und den Kugelkopf nach Art einer Federspange umgreifen. Um die Position des Kugelkopfes in der so ausgestalteten Kugelpfanne eindeutig zu definieren sind mindestens drei um den Umfang des Kugelkopfes verteilte Federspangenarme erforderlich. Es sind jedoch auch Ausgestaltungen mit einer größeren Anzahl von einzelnen Federspangenarmen einsetzbar. Sofern die einzelnen Federspangenarme als Kugelpfannensegmente ausgebildet sind, können ggf. auch bereits zwei sich gegenüberliegende Federspangenarme ausreichen um den Kugelkopf in seiner Position zu halten. Dadurch dass die Federspangenarme den Kugelkopf unter Vorspannung umschließen wird auch bei dieser Ausführung eine bestimmte Reibkraft im Kugelgelenk erzeugt. Dies hat den Vorteil, dass der Kugelkopf auch bei geöffneter Bypass-Ventileinrichtung spielfrei in der Kugelpfanne gehalten wird und durch die Anpresskraft gleichzeitig eine Reibkraft im Kugelgelenk erzeugt wird, die der Bewegung des Kugelgelenks einen ausreichenden Widerstand entgegensetzt, um eine vibrierende, ggf. Verschleiß erhöhende Eigenbewegung des Kugelkopfes in der Kugelpfanne zu verhindern. Darüber hinaus kann die Montage des Kugelkopfes in der Kugelpfanne durch einfaches „Einrasten“ erfolgen und erfordert keine separaten Bauteile.In a further embodiment, ball socket is formed of a plurality of offset or oppositely arranged Federspangenarmen that surround the ball so far beyond the ball-circumferential line outwardly resiliently biased that the ball head is secured against falling out in the ball socket. The spring clip arms can be formed from spring steel sheet as a leaf spring around the ball around and surround the ball head in the manner of a spring clip. In order to clearly define the position of the ball head in the ball socket designed in this way, at least three spring clip arms distributed around the circumference of the ball head are required. However, there are also embodiments with a larger number of individual spring clip arms used. If the individual spring clip arms are designed as ball socket segments, two opposing spring clip arms may possibly already be sufficient to hold the ball head in its position. As a result of the fact that the spring clip arms enclose the ball head under pretension, a certain frictional force is also generated in the ball joint in this embodiment. This has the advantage that the ball head is kept free of play in the ball socket even when the bypass valve device is opened and a frictional force in the ball joint is simultaneously generated by the contact force, which opposes the movement of the ball joint sufficient resistance to a vibrating, possibly wear increasing To prevent proper movement of the ball head in the ball socket. In addition, the mounting of the ball head in the ball socket can be done by simply "snapping" and does not require separate components.

Der Spielwinkel, um den der Kugelkopf in der Kugelpfanne allseitig bewegt werden kann stellt einen Kegelwinkel um den Kugelmittelpunkt des Kugelkopfes dar, innerhalb dessen sich die Ventilklappe quasi um den Kugelmittelpunkt taumelnd bewegen kann. Die Größe dieses Winkels zwischen zwei sich gegenüberliegenden Anschlagpositionen liegt typischerweise zwischen 2° und 20°. Dies hat den Vorteil, dass sich die Ventilklappe im geöffneten Zustand nicht ungewollt zu weit aus ihrer Mittelposition heraus verstellen kann und so beim Schließvorgang quasi selbstzentrierend auf dem Ventilsitz zur Auflage kommt.The angle of play by which the ball head in the ball socket can be moved on all sides represents a cone angle around the ball center of the ball head, within which the valve flap can move around the ball center quasi-quasi. The size of this angle between two opposing stop positions is typically between 2 ° and 20 °. This has the advantage that the valve flap in the open state can not unintentionally move too far out of its middle position and thus comes to rest on the valve seat during the closing process, virtually in a self-centering manner.

Eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Gegenstandes ist dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung eine Schieberstange ist an der die Ventilklappe mittels des Kugelgelenks so angeordnet ist, dass sie in einer Schieber-Endstellung der Schieberstange dichtend auf dem Ventilsitz aufliegt und den Bypasskanal verschließt und bei linearer Bewegung der Schieberstange, aus der genannten Endstellung heraus den Bypasskanal frei gibt. Dies stellt eine besonders einfache Art der Betätigung der Ventilklappe dar und erfordert nur einen einfachen Linearaktuator, wie zum Beispiel einen in diesem Technologiefeld üblichen membranbetätigten Druckluftaktuator, um die Ventilklappe zu betätigen. A further embodiment of the object according to the invention is characterized in that the actuating device is a slide rod on which the valve flap is arranged by means of the ball joint so that it rests in a slide end position of the slide rod sealingly on the valve seat and closes the bypass channel and in linear movement of the Slide rod, from the mentioned end position, the bypass channel free. This represents a particularly simple way of actuating the valve flap and requires only a simple linear actuator, such as a conventional membrane actuated pneumatic actuator used in this field of technology, to actuate the valve flap.

Eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Gegenstandes ist dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung einen mit einer Kurbelspindel verbundenen Kurbelarm aufweist an dem die Ventilklappe mittels des Kugelgelenks so angeordnete ist, dass in einer Dreh-Endstellung der Kurbelspindel die Ventilklappe dichtend auf dem Ventilsitz aufliegt und den Bypasskanal verschließt und bei Drehung der Kurbelspindel um die Kurbelspindel-Drehachse, aus der genannten Dreh-Endstellung heraus den Bypasskanal frei gibt. Diese Art der Betätigungsvorrichtung ist beim Einsatz in diesem technologischen Umfeld umfangreich erprobt und erfordert so keine wesentlichen konstruktiven Anpassungen des Turbolader-Konzepts.A further embodiment of the article according to the invention is characterized in that the actuating device has a crank arm connected to a crank arm on which the valve flap is arranged by means of the ball joint so that in a rotational end position of the crank spindle, the valve flap sealingly rests on the valve seat and closes the bypass channel and upon rotation of the crank spindle about the crank spindle axis of rotation, from the said rotational end position, the bypass channel free. This type of actuator is extensively tested in use in this technological environment and thus requires no significant structural adjustments of the turbocharger concept.

Mit anderen Worten zusammengefasst betrifft der Kern der Erfindung einen Abgasturbolader mit zumindest einer Bypass-Ventileinrichtung, wobei diese als Klappenventil ausgeführt ist, das eine Betätigungsvorrichtung und eine Ventilklappe und einen Ventilsitz aufweist. Betätigungsvorrichtung und Ventilklappe sind dabei mittels eines Kugelgelenks mechanisch mit einander verbunden, das eine Beweglichkeit der Ventilklappe um den Kugelmittelpunkt des Kugelgelenks innerhalb eines vorbestimmten Klappenspielwinkels und somit eine ebene und dichte Auflage der Ventilklappe auf dem zugehörigen Ventilsitz unter sich ändernden Betriebsbedingungen ermöglicht.In other words, the essence of the invention relates to an exhaust gas turbocharger with at least one bypass valve device, wherein this is designed as a flap valve having an actuator and a valve flap and a valve seat. Actuating device and valve flap are mechanically connected to each other by means of a ball joint, which allows a mobility of the valve flap to the ball center of the ball joint within a predetermined Klappenspielwinkels and thus a flat and tight support of the valve flap on the associated valve seat under changing operating conditions.

Eine Auswahl von Ausführungsbeispielen der Erfindung sowie verschiedene Kombinationsmöglichkeiten von Merkmalen verschiedener Ausführungen werden im Folgenden anhand der Darstellungen in der Zeichnung näher erläutert. A selection of embodiments of the invention and various possible combinations of features of different embodiments are explained in more detail below with reference to the drawings in the drawing.

Es zeigen:Show it:

1 eine vereinfachte Schnittdarstellung eines Turbinen-Spiralgehäuses in Seitenansicht mit einem Wastegate-Ventil gemäß dem Stand der Technik, 1 a simplified sectional view of a turbine volute casing in side view with a wastegate valve according to the prior art,

2 eine vereinfachte Schnittdarstellung eines Abgasturboladers in Seitenansicht mit zwei Bypass-Ventileinrichtungen mit Kugelgelenk gemäß des Erfindungsgegenstandes, 2 a simplified sectional view of an exhaust gas turbocharger in side view with two bypass valve devices with ball joint according to the subject invention,

3 eine vereinfachte Schnittdarstellung eines Turbinen-Spiralgehäuses in Seitenansicht mit einem Wastegate-Ventil mit Drehkurbel-Betätigungsvorrichtung und Kugelgelenk gemäß einer Ausführungsvariante des Erfindungsgegenstandes, 3 a simplified sectional view of a turbine volute casing in side view with a wastegate valve with rotary crank actuator and ball joint according to an embodiment of the subject invention,

4 eine vereinfachte Schnittdarstellung eines Turbinen-Spiralgehäuses, wie in 3 mit einem Wastegate-Ventil mit Drehkurbel-Betätigungsvorrichtung und Kugelgelenk gemäß einer weiteren Ausführungsvariante des Erfindungsgegenstandes, 4 a simplified sectional view of a turbine volute casing, as in 3 with a wastegate valve with rotary crank actuator and ball joint according to a further embodiment of the subject invention,

5 eine vereinfachte Schnittdarstellung eines Turbinen-Spiralgehäuses, wie in 3 mit einem Wastegate-Ventil mit Linearschieberbetätigung und Kugelgelenk gemäß einer weiteren Ausführungsvariante des Erfindungsgegenstandes, 5 a simplified sectional view of a turbine volute casing, as in 3 with a wastegate valve with linear slide actuation and ball joint according to a further embodiment variant of the subject invention,

6 eine Darstellung einer Ventilklappe mit Drehkurbelbetätigungsvorrichtung mit Kugelgelenk und Federspange zur Sicherung des Kugelgelenks, 6 a representation of a valve flap with crank handle actuator with ball joint and spring clip for securing the ball joint,

7 eine weitere Darstellung einer Ventilklappe mit Drehkurbelbetätigungsvorrichtung mit Kugelgelenk und Federspangenarmen zur Sicherung des Kugelgelenks, 7 a further illustration of a valve flap with rotary crank actuator with ball joint and Federspangenarmen to secure the ball joint,

Funktions- und Benennungsgleiche Teile sind in den Figuren durchgehend mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.Functional and designation same parts are indicated in the figures throughout with the same reference numerals.

Der Gegenstand der 1 zeigt den vorbekannten Stand der Technik und wird bereits in der Einleitung der Beschreibung entsprechend in Bezug genommen.The object of 1 shows the known prior art and is already taken in the introduction of the description according to reference.

2 zeigt in vereinfachter Darstellung einen erfindungsgemäßen Abgasturbolader 1 im Wesentlichen bestehend aus einer Abgasturbine 2 einem Frischluftverdichter 3 sowie einem dazwischen angeordneten Lagergehäuse 21. 2 shows a simplified representation of an exhaust gas turbocharger according to the invention 1 essentially consisting of an exhaust gas turbine 2 a fresh air compressor 3 and a bearing housing arranged therebetween 21 ,

In dem Lagergehäuse 21 sind die Läuferlager 22 angeordnet in denen die Läuferwelle 23 drehbar um die Läuferachse 23a gelagert ist. Mit der Läuferwelle 23 ist einerseits das Turbinenlaufrad 13, das in dem Turbine-Spiralgehäuse 14 angeordnet ist, und andererseits das Verdichterlaufrad 17, das in dem Verdichter-Spiralgehäuse 18 angeordnet ist, drehfest verbunden.In the bearing housing 21 are the runners camp 22 arranged in which the rotor shaft 23 rotatable about the rotor axis 23a is stored. With the rotor shaft 23 on the one hand is the turbine wheel 13 that is in the turbine volute 14 is arranged, and on the other hand, the compressor wheel 17 that is in the compressor volute 18 is arranged rotatably connected.

Die Abgasturbine 2 weist ein Turbinen-Spiralgehäuse 14 mit einem Abgaseintrittsbereich 15 und einem Abgasaustrittsbereich 16 auf in dem das Turbinenlaufrad 13 angeordnet ist. Der Abgaseintrittsbereich 15 und der Abgasaustrittsbereich 16 sind über einen im Turbinen-Spiralgehäuse 14 angeordneten Bypasskanal 5, hier ein Wastegate-Kanal, direkt mit einander verbunden. Im Abgasaustrittsbereich 16 ist eine Bypass-Ventileinrichtung 4, hier ein Wastegate-Ventil, angeordnet, das den Bypasskanal 5 mittels einer Ventilklappe 7 verschließt. Als Betätigungsvorrichtung für die Ventilklappe 7 des Wastegate-Ventils ist eine Schieberstange 10 vorgesehen, die von einem Linear-Aktuator 11 angetrieben wird. Schieberstange 10 und Ventilklappe 7 sind über ein Kugelgelenk 24 mit einander gekoppelt. Im geschlossenen Zustand des Wastegate-Ventils (wie dargestellt) fließt der mit Pfeilen dargestellte Abgas-Massenstrom AM vollständig vom Abgaseintrittsbereich 15 über das Turbinenlaufrad 13 in den Abgasaustrittsbereich. Im geöffneten Zustand des Wastegate-Ventils (nicht dargestellt) fließt ein Großteil des Abgasmassenstroms AM vom Abgaseintrittsbereich 15 über den Wastegate-Kanal in den Abgasaustrittsbereich 16 und nicht über das Turbinenlaufrad 13.The exhaust gas turbine 2 has a turbine volute 14 with an exhaust gas inlet area 15 and an exhaust outlet area 16 in which the turbine runner 13 is arranged. The exhaust gas inlet area 15 and the exhaust outlet area 16 are about one in the turbine volute 14 arranged bypass channel 5 , here a wastegate channel, directly connected with each other. In the exhaust gas outlet area 16 is a bypass valve device 4 , here a wastegate valve, arranged, which is the bypass channel 5 by means of a valve flap 7 closes. As actuator for the valve flap 7 of the wastegate valve is a pusher rod 10 provided by a linear actuator 11 is driven. slide rod 10 and valve flap 7 are over a ball joint 24 coupled with each other. In the closed state of the wastegate valve (as shown), the exhaust gas mass flow AM shown with arrows flows completely from the exhaust gas inlet region 15 over the turbine wheel 13 in the exhaust gas outlet area. In the open state of the wastegate valve (not shown), a large part of the exhaust gas mass flow AM flows from the exhaust gas inlet region 15 via the wastegate channel into the exhaust gas outlet area 16 and not over the turbine wheel 13 ,

Der Frischluftverdichter 3 weist ein Verdichter-Spiralgehäuse 18 mit einem Frischlufteintrittsbereich 19 und einem Frischluftaustrittsbereich 20 auf in dem das Verdichterlaufrad 17 angeordnet ist. Der Frischlufteintrittsbereich 19 und der Frischluftaustrittsbereich 20 sind über einen im Verdichter-Spiralgehäuse 18 angeordneten Bypasskanal 5, hier ein Schub-Umluft-Kanal, direkt mit einander verbunden. Im Frischlufteintrittsbereich 19 ist eine Bypass-Ventileinrichtung 4, hier ein Schub-Umluft-Ventil, angeordnet, das den Bypasskanal 5 mittels einer Ventilklappe 7 verschließt. Als Betätigungsvorrichtung für die Ventilklappe 7 des Schub-Umluft-Ventils ist ein Kurbelarm 8 vorgesehen, der von einem nicht dargestellten Aktuator über die Betätigungskurbel 8a und die Kurbelspindel 9 angetrieben wird. Ventilklappe 7 und Kurbelarm 8 sind mittels eines Kugelgelenks 24 mit einander gekoppelt. Im geschlossenen Zustand des Schub-Umluft-Ventils (wie dargestellt) fließt der mit Pfeilen dargestellte Frischluft-Massenstrom FM vollständig vom Frischlufteintrittsbereich 19 über das Verdichterlaufrad 17 in den Frischluftaustrittsbereich 20 und von dort unter erhöhtem Druck weiter zum Ansaugbereich eines (nicht dargestellten) Verbrennungsmotors. Im geöffneten Zustand des Schub-Umluft-Ventils (nicht dargestellt) fließt ein Großteil des bereits verdichteten Frischluftmassenstroms FM vom Frischluftaustrittsbereich 20 über den Schub-Umluft-Kanal wieder in den Frischlufteintrittsbereich 19 zurück und nicht weiter in den Ansaugbereich eines (nicht dargestellten) Verbrennungsmotors.The fresh air compressor 3 has a compressor volute 18 with a fresh air inlet area 19 and a fresh air outlet area 20 in which the compressor impeller 17 is arranged. The fresh air inlet area 19 and the fresh air outlet area 20 are one in the compressor volute 18 arranged bypass channel 5 , here a thrust-recirculation channel, directly connected with each other. In the fresh air inlet area 19 is a bypass valve device 4 , here a thrust-recirculation valve, arranged, which the bypass channel 5 by means of a valve flap 7 closes. As actuator for the valve flap 7 the thrust-recirculation valve is a crank arm 8th provided by an actuator, not shown, via the actuating crank 8a and the crank spindle 9 is driven. valve flap 7 and crank arm 8th are by means of a ball joint 24 coupled with each other. In the closed state of the thrust-recirculation valve (as shown) flows the fresh air mass flow FM shown with arrows completely from the fresh air inlet region 19 over the compressor impeller 17 in the fresh air outlet area 20 and from there under increased pressure on to the intake area of an internal combustion engine (not shown). In the open state of the thrust-recirculation valve (not shown), a large part of the already compressed fresh air mass flow FM flows from the fresh air outlet area 20 via the thrust recirculation channel back to the fresh air inlet area 19 back and not further in the intake of a (not shown) internal combustion engine.

In 3 ist beispielhaft eine Bypass-Ventileinrichtung 4 (Wastegate-Ventil)eines Abgasturboladers, gemäß dem Erfindungsgegenstand, in einem Turbinen-Spiralgehäuse 14 in Schnittdarstellung gezeigt. Die Mittellinie des Turbinen-Spiralgehäuses 14 kennzeichnet dabei Läuferachse 23a, des nicht dargestellten Turbinenläufers. In dieser Darstellung im Vordergrund steht der Bypasskanal 5 (hier Wastegate-Kanal), der den Abgaseintrittsbereich 15 mit dem Abgasaustrittsbereich 16 auf direktem Weg verbindet. Im Abgasaustrittsbereich 16 ist die Bypass-Ventileinrichtung 4 angeordnet, die in geschlossenem Zustand dargestellt ist. Der Einmündungsbereich des Bypasskanals 5 auf der Seite des Abgasaustrittsbereichs 15 ist als ebener Ventilsitz mit einem kreisrunden Ventilsitzring 6 gestaltet. Die Ventilsitz-Mittellinie 28 verläuft durch den Flächenschwerpunkt des Bypasskanals 5 im Bereich des Ventilsitzringes 6 und steht senkrecht auf der Ventilsitzebenen.In 3 is an example of a bypass valve device 4 (Wastegate valve) of an exhaust gas turbocharger, according to the subject invention, in a turbine volute 14 shown in section. The centerline of the turbine volute casing 14 indicates rotor axis 23a , The turbine rotor, not shown. In this representation in the foreground is the bypass channel 5 (here wastegate channel), the exhaust gas inlet area 15 with the exhaust gas outlet area 16 The most direct route combines. In the exhaust gas outlet area 16 is the bypass valve device 4 arranged, which is shown in the closed state. The junction area of the bypass channel 5 on the side of the exhaust gas outlet area 15 is as a flat valve seat with a circular valve seat ring 6 designed. The valve seat centerline 28 runs through the centroid of the bypass channel 5 in the area of the valve seat ring 6 and is perpendicular to the valve seat planes.

Auf dem Ventilsitzring 6 liegt die Ventilklappe 7 dichtend auf. In dieser Position wird die Ventilklappe 7 mittels einer Betätigungsvorrichtung, hier in Form eines Kurbelarms 8 positioniert und mit einer Zuhaltekraft beaufschlagt. Der Kurbelarm 8 ist auf einer Kurbelspindel 9 befestigt und ist mittels dieser Kurbelspindel 9 drehbar um die Kurbelspindeldrehachse 12 im Turbinen-Spiralgehäuse 14 gelagert. Die Betätigungerfolgt durch eine Aktuator (nicht dargestellt) von außerhalb des Turbinen-Spiralgehäuses 14 durch Drehung der Kurbelspindel. Zum Öffnen der Bypass-Ventileinrichtung 4 erfolgt eine Drehung der Kurbelspindel 8, hier entgegen dem Uhrzeigersinn, wodurch die Ventilklappe 7 entlang dem Ventilklappenweg VW vom Ventilsitz abgehoben wird und den Bypass-Kanal 5 freigibt. Die Ventilklappe 7 und die Betätigungsvorrichtung, hier der Kurbelarm 8, sind durch ein Kugelgelenk 24 mechanisch gekoppelt. Bei dieser Ausgestaltung des Kugelgelenks ist der Kugelkopf 25 mechanisch fest mit der Ventilklappe 7 verbunden. Die Kugelpfanne 26 dagegen bildet eine Einheit mit dem Kurbelarm 8 oder ist mechanisch fest mit diesem verbunden. Dabei umschließt die Kugelpfanne 26 den Kugelkopf 25 einseitig so weit über die Kugel-Umfangslinie 32 hinausgehend, dass der Kugelkopf in der Kugelpfanne gegen herausfallen gesichert ist. Gleichzeitig bildet der Rand der Kugelpfanne 26 einen Anschlag für die Ventilklappe 7, die sich um den Kugelmittelpunkt 27 des Kugelkopfes, in der Kugelpfanne 26 drehbar, innerhalb des so festgelegten Klappenspielwinkels SW bis zum Anschlag allseitig bewegen lässt. Der Klappenspielwinkel SW stellt somit also einen Kegelwinkel dar. Ventilklappe 7, Kurbelarm 8 und das dazwischen angeordnete Kugelgelenk 24 sind so angeordnet, dass, im geschlossenen Zustand der Bypass-Ventileinrichtung 4, also wenn die Ventilklappe 7 auf dem Ventilsitzring 6 aufliegt, der Kugelmittelpunkt 27 des Kugelkopfes 25 auf der Ventilsitz-Mittellinie 28 liegt. Die Ventilsitz-Mittellinie 28 kennzeichnet gleichzeitig, da sie durch den Flächenschwerpunkt des Bypasskanals 5 am Ventilsitz 6 verläuft, den Angriffspunkt der Gasdruckkraft an der geschlossenen Ventilklappe 7. Der Angriffspunkt der entgegengesetzt wirkenden, von der Betätigungsvorrichtung (hier Kurbelarm) ausgeübten Zuhaltekraft ist dagegen der Kugelmittelpunkt 27 des Kugelkopfes 25. Die genannte Anordnung hat somit den Vorteil, dass von der Gasdruckkraft, deren Wirklinie somit durch den Angriffspunkt der Zuhaltekraft verläuft, kein zusätzliches Drehmoment auf das Kugelgelenk ausgeübt wird.On the valve seat ring 6 is the valve flap 7 sealing up. In this position, the valve flap 7 by means of an actuating device, here in the form of a crank arm 8th positioned and subjected to a locking force. The crank arm 8th is on a crank spindle 9 attached and is by means of this crank spindle 9 rotatable about the crank spindle axis of rotation 12 in the turbine volute 14 stored. Actuation is by an actuator (not shown) from outside the turbine volute 14 by turning the crank spindle. To open the bypass valve device 4 there is a rotation of the crank spindle 8th , here counterclockwise, causing the valve flap 7 is lifted off the valve seat along the valve flap path VW and the bypass channel 5 releases. The valve flap 7 and the actuator, here the crank arm 8th , are by a ball joint 24 mechanically coupled. In this embodiment of the ball joint is the ball head 25 mechanically fixed to the valve flap 7 connected. The ball socket 26 on the other hand forms a unity with the crank arm 8th or is mechanically firmly connected to this. It encloses the ball socket 26 the ball head 25 one-sided so far beyond the sphere-circumferential line 32 going out that the ball head is secured against falling out in the ball socket. At the same time, the edge of the ball socket forms 26 a stop for the valve flap 7 that center around the sphere 27 of the ball head, in the ball socket 26 rotatable, within the thus determined flap clearance angle SW can move all sides to the stop. The flap clearance angle SW thus represents a cone angle. Valve flap 7 , Crank arm 8th and the interposed ball joint 24 are arranged so that, in the closed state of the bypass valve device 4 So if the valve flap 7 on the valve seat ring 6 rests, the ball center 27 of the ball head 25 on the valve seat centerline 28 lies. The valve seat centerline 28 indicates at the same time as it passes through the centroid of the bypass channel 5 at the valve seat 6 runs, the point of application of the gas pressure force on the closed valve flap 7 , The point of application of the counteracting, exerted by the actuator (here crank arm) locking force, however, is the ball center 27 of the ball head 25 , The said arrangement thus has the advantage that no additional torque is exerted on the ball joint of the gas pressure force whose line of action thus extends through the point of application of the clamping force.

4 zeigt ebenfalls eine Bypass-Ventileinrichtung 4 (Wastegate-Ventil)eines Abgasturboladers, gemäß dem Erfindungsgegenstand, in einem Turbinen-Spiralgehäuse 14, wie in 3. Jedoch unterscheidet sich die Anordnung des Kugelgelenks 24 zu der in 3 gezeigten. Bei dieser Ausgestaltung des Kugelgelenks ist der Kugelkopf 25 mechanisch fest mit dem Kurbelarm 8 verbunden. Die Kugelpfanne 26 dagegen bildet eine Einheit mit der Ventilklappe 7 oder ist mechanisch fest mit diesem verbunden. Dabei umschließt auch hier die Kugelpfanne 26 den Kugelkopf 25 einseitig so weit über die Kugel-Umfangslinie hinausgehend, dass der Kugelkopf in der Kugelpfanne gegen herausfallen gesichert ist. Gleichzeitig bildet der Rand der Kugelpfanne 26 einen Anschlag für die Ventilklappe 7, die sich um den Kugelmittelpunkt 27 des Kugelkopfes, in der Kugelpfanne 26 drehbar, innerhalb des so festgelegten Klappenspielwinkels SW bis zum Anschlag allseitig bewegen lässt. Bis auf die umgekehrte Anordnung des Kugelgelenks 24 unterscheidet sich der in 4 gezeigte Gegenstand nicht weiter von dem der 3. 4 also shows a bypass valve device 4 (Wastegate valve) of an exhaust gas turbocharger, according to the subject invention, in a turbine volute 14 , as in 3 , However, the arrangement of the ball joint differs 24 to the in 3 shown. In this embodiment of the ball joint is the ball head 25 mechanically fixed to the crank arm 8th connected. The ball socket 26 on the other hand forms a unit with the valve flap 7 or is mechanically firmly connected to this. Here also encloses the ball socket 26 the ball head 25 on one side so far beyond the ball-circumferential line that the ball head is secured against falling out in the ball socket. At the same time, the edge of the ball socket forms 26 a stop for the valve flap 7 that center around the sphere 27 of the ball head, in the ball socket 26 rotatable, within the thus determined flap clearance angle SW can move all sides to the stop. Except for the reverse arrangement of the ball joint 24 is different in the 4 item not shown by the 3 ,

Auch 5 zeigt eine Bypass-Ventileinrichtung 4 (Wastegate-Ventil)eines Abgasturboladers, gemäß dem Erfindungsgegenstand, in einem Turbinen-Spiralgehäuse 14. Hier ist jedoch die Betätigungsvorrichtung als Schieberstange 10 ausgeführt, die die Ventilklappe 7 auf geradem Ventilweg VW von dem Ventilsitzring 6 abhebt bzw. in umgekehrter Richtung auf diesen aufsetzt und die Ventilklappe 7 mit einer Zuhaltekraft beaufschlagt. Diese Anordnung entspricht auch der in 2 dargestellten Bypass-Ventileinrichtung 4 auf der Turbinenseite. Wie in 3 ist auch bei dieser Ausführung der Bypass-Ventileinrichtung 4 der Kugelkopf 25 des Kugelgelenks 24 mechanisch fest mit der Ventilklappe 7 verbunden und die Kugelpfanne 26 ist an der Schieberstange 10 angeordnet. Weiterhin ist die Kugelpfanne 26 hier aus mehreren versetzt oder gegenüberliegend angeordneten Federspangenarmen 30 ausgebildet, die den Kugelkopf so weit über die Kugel-Umfangslinie hinausgehend federnd unter Vorspannung umschließen, dass der Kugelkopf 25 in der Kugelpfanne 26 gegen herausfallen gesichert ist. Diese spezielle Art der Kugelpfanne 26 ist nochmals in 7 genauer gezeigt.Also 5 shows a bypass valve device 4 (Wastegate valve) of an exhaust gas turbocharger, according to the subject invention, in a turbine volute 14 , Here, however, the actuator is as a slide rod 10 Running the valve flap 7 on straight valve path VW from the valve seat ring 6 takes off or in the opposite direction on this touches down and the valve flap 7 subjected to a clamping force. This arrangement also corresponds to in 2 illustrated bypass valve device 4 on the turbine side. As in 3 is also in this embodiment of the bypass valve device 4 the ball head 25 of the ball joint 24 mechanically fixed to the valve flap 7 connected and the ball socket 26 is at the slider bar 10 arranged. Furthermore, the ball socket 26 here from several offset or opposite arranged Federspangenarmen 30 formed, which surround the ball so far beyond the ball-peripheral line spring biased that the ball head 25 in the ball socket 26 is secured against falling out. This special kind of ball socket 26 is in again 7 shown in more detail.

Die 6 und 7 zeigen jeweils eine Darstellung einer Ventilklappe 7 mit einem Kurbelarm 8 als Betätigungsvorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Kugelgelenk 24, wobei der Kugelkopf 25 und die Ventilklappe 7 eine Einheit bilden und die Kugelpfanne 26 am Kurbelarm 8 angeordnet ist. Die Ventilklappe 7 ist um den Kugelmittelpunkt 27 des Kugelkopfes 25 innerhalb eines Klappenspielwinkels SW drehbar.The 6 and 7 each show an illustration of a valve flap 7 with a crank arm 8th as an actuating device with a ball joint according to the invention 24 , where the ball head 25 and the valve flap 7 form a unit and the ball socket 26 on the crank arm 8th is arranged. The valve flap 7 is around the center of the sphere 27 of the ball head 25 rotatable within a Klappenswinkwinkels SW.

In 6 umschließt die Kugelpfanne 26 den Kugelkopf 25 einseitig maximal bis zur Kugel-Umfangslinie und der Kugelkopf 25 wird mittels einer Federspange 29 in der Kugelpfanne unter Vorspannung gehalten. Die Federspange 29 ist ein entsprechend geformter Federstahldraht, der in speziell am Kurbelarm 8 dafür vorgesehenen Aufnahmehaken 31 eingehängt wird und in dieser Position den Kugelkopf 25 (in der Zeichnung) unterhalb der Kugel-Umfangslinie 32 (Äquatorlinie) umgreift und durch entsprechende Federvorspannung in die Kugelpfanne 26 drückt und darin sichert. Die so erzeugte Anpresskraft des Kugelkopfes 25 in der Kugelpfanne 26 bewirkt einen spielfreien Sitz und eine Reibkraft im Kugelgelenk 24, die der freien Drehbeweglichkeit des Kugelkopfes 25 und somit der Ventilklappe 7 entgegenwirkt und so ein zu leichtes Verdrehen der Ventilklappe 7, zum Beispiel durch die Wirkung der Klappenbewegung des Eigengewichtes oder des Gasstromes, zu verhindern.In 6 encloses the ball socket 26 the ball head 25 one-sided maximum up to the ball peripheral line and the ball head 25 is by means of a spring clip 29 held in the ball socket under bias. The spring clip 29 is a correspondingly shaped spring steel wire, which is in particular on the crank arm 8th provided for receiving hooks 31 is hooked and in this position the ball head 25 (in the drawing) below the ball peripheral line 32 (Equator line) engages and by appropriate spring preload in the ball socket 26 press and secure in it. The contact force of the ball head thus produced 25 in the ball socket 26 causes a play-free fit and a friction force in the ball joint 24 , that of the free rotary mobility of the ball head 25 and thus the valve flap 7 counteracts and so too easy turning the valve flap 7 , For example, by the action of the flap movement of the dead weight or the gas flow to prevent.

7 zeigt dagegen eine weitere spezielle Ausgestaltung der Kugelpfanne 26. Hier wird die Kugelpfanne aus mehreren versetzt oder gegenüberliegend angeordneten Federspangenarmen ausgebildet, die den Kugelkopf so weit über die Kugel-Umfangslinie 32 hinausgehend federnd unter Vorspannung umschließen, dass der Kugelkopf in der Kugelpfanne gegen herausfallen gesichert ist. Die Kugelpfanne 26 kann dabei beispielsweise aus mehreren einzelnen Blattfederspangen zusammengesetzt werden. Wichtig ist, dass die einzelnen Federspangenarme 30 unter Vorspannung an dem Kugelkopf 25 anliegen. Dies bewirkt auch hier einen spielfreien Sitz und eine Reibkraft im Kugelgelenk 24, die der freien Drehbeweglichkeit des Kugelkopfes 25 und somit der Ventilklappe 7 entgegenwirkt. 7 on the other hand shows a further special embodiment of the ball socket 26 , Here, the ball socket is formed of a plurality of offset or oppositely arranged Federspangenarmen that the ball head so far on the ball-circumferential line 32 Bound out spring biased that the ball head is secured against falling out in the ball socket. The ball socket 26 can be composed for example of several individual leaf spring clips. It is important that the individual spring clip arms 30 under tension on the ball head 25 issue. This also causes a backlash-free seat and a friction force in the ball joint 24 , that of the free rotary mobility of the ball head 25 and thus the valve flap 7 counteracts.

Claims

Exhaust gas turbocharger having an exhaust gas turbine and a fresh air compressor and at least one bypass valve device, wherein the bypass valve device has a bypass channel with a valve seat and a sealing means of an actuator on the valve seat sealing valve flap, characterized in that the valve flap and the actuating device by a ball joint are mechanically interconnected, wherein the ball joint has a ball socket and a ball head with a ball center and is designed so that the valve flap is rotatably mounted about a predetermined Klappenspielwinkel to the ball center.

Exhaust gas turbocharger according to claim 1, characterized in that the ball head is arranged on the valve flap and the ball socket on the actuating device.

Exhaust gas turbocharger according to claim 1, characterized in that the ball head is arranged on the actuating device and the ball socket on the valve flap.

Exhaust gas turbocharger according to one of claims 1 to 3, characterized in that the ball joint between actuator and valve flap is arranged so that the ball center of the ball head, at least when the valve flap rests on the valve seat, on a perpendicular to the centroid of a limited by the valve seat bypass channel Cross-sectional area standing valve seat centerline is located.

Exhaust gas turbocharger according to one of the preceding claims, characterized in that the ball socket surrounds the ball head on one side so far beyond the ball-circumferential line, that the ball head is secured against falling out in the ball socket.

Exhaust gas turbocharger according to one of claims 1 to 4, characterized in that the ball socket surrounds the ball head on one side maximum to the ball-circumferential line and the ball head is held by a spring clip in the ball socket under bias.

Exhaust gas turbocharger according to one of claims 1 to 4, characterized in that the ball socket is formed of a plurality of offset or oppositely disposed Federspangenarmen that surround the ball so far beyond the ball-peripheral line spring biased that the ball head secured against falling out in the ball socket is.

Exhaust gas turbocharger according to one of the preceding claims, characterized in that the play angle spans a cone angle around the ball center of the ball head between 2 ° and 20 °.

Exhaust gas turbocharger according to one of claims 1 to 8, characterized in that the actuating device is a slide rod on which the valve flap by means of the ball joint is arranged so that it rests sealingly in a slide end position of the slide rod on the valve seat and closes the bypass channel and at linear Movement of the slide rod, free from the mentioned end position out the bypass channel.

Exhaust gas turbocharger according to one of claims 1 to 8, characterized in that the actuating device comprises a crank arm connected to a crank arm on which the valve flap by means of the ball joint is arranged so that in a rotational end position of the crank spindle, the valve flap sealingly rests on the valve seat and the Bypass channel closes and, upon rotation of the crank spindle to the crank spindle axis of rotation, from the aforementioned rotational end position, the bypass channel free.