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Die Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung für einen Abgasturbolader gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Abgasturbolader werden bei Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere für Kraftwagen, immer häufiger eingesetzt, um einen besonders effizienten und kraftstoffverbrauchsarmen Betrieb der Verbrennungskraftmaschinen sowie gleichzeitig sehr hohe spezifische Leistungen und Drehmomente realisieren zu können. Bei der Verbrennungskraftmaschine kann es sich sowohl um Dieselmotoren als auch um Ottomotoren oder aber auch um anderweitige Verbrennungskraftmaschinen handeln.
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Ein solcher Abgasturbolader umfasst üblicherweise eine Turbine mit einem Turbinenrad sowie einen Verdichter mit einem Verdichterrad zum Verdichten von der Verbrennungskraftmaschine zuzuführender Luft. Das Verdichterrad und das Turbinenrad sind mit einer gemeinsamen Welle des Abgasturboladers drehfest verbunden, so dass das Verdichterrad über die Welle von dem Turbinenrad antreibbar ist. Hierzu wird dem Turbinenrad Abgas der Verbrennungskraftmaschine zugeführt. Das Abgas kann das Turbinenrad anströmen und in der Folge antreiben. Somit kann im Abgas enthaltene Energie zum Antreiben der Turbine und des Verdichters und somit zum Verdichten der Luft auf den sogenannten Ladedruck genutzt werden.
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Die Abgasturbolader umfassen auch jeweils eine Ventileinrichtung zum Einstellen des Ladedrucks. Die Ventileinrichtung wird üblicherweise auch als Waste-Gate bezeichnet und umfasst wenigstens ein Ventilelement, mittels welchem der Ladedruck einstellbar ist. Ferner umfasst die Ventileinrichtung wenigstens ein Betätigungselement, häufig in Form einer Betätigungsstange, über welches bzw. welche das Ventilelement bewegbar ist.
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Das Ventilelement ist dabei einem Abgaskanal der Turbine zugeordnet. Dieser Abgaskanal wird auch als Umgehungskanal bezeichnet, dass den Umgehungskanal durchströmendes Abgas das Turbinenrad umgehen und demzufolge nicht anströmen und somit nicht antreiben kann. Das Ventilelement ist dabei über das Betätigungselement zwischen einer den Abgaskanal fluidisch versperrenden Schließstellung und wenigstens einer den Abgaskanal zumindest teilweise freigebenden Offenstellung bewegbar. Durch Öffnen und Schließen des Ventilelements kann der Ladedruck eingestellt werden.
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Es hat sich gezeigt, dass es infolge des Bewegens des Ventilelements zu Geräuschen kommen kann, welche von Fahrzeuginsassen eines Kraftwagens mit einem solchen Abgasturbolader wahrnehmbar sind. Dies kann den Fahrkomfort beeinträchtigen.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ventileinrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die Ventileinrichtung ein besonders vorteilhafter Geräuschverhalten aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Ventileinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Ventileinrichtung für einen Abgasturbolader der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, welche ein besonders vorteilhaftes Geräuschverhalten aufweist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Ventileinrichtung wenigstens ein Dämpfungselement zum Dämpfen der Bewegung des Ventilelement umfasst. Der Erfindung liegt somit die Idee zu Grunde, die Bewegung des Ventilelements aus der Schließstellung in die Offenstellung und/oder umgekehrt zu dämpfen und dadurch ein Geräusche verursachendes Aufschlagen des Ventilelements auf einen korrespondierenden Anschlag zu vermeiden oder zumindest sehr gering zu halten.
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Ein solcher Anschlag für das Ventilelement kann beispielsweise durch einen Ventilsitz gebildet sein, an welchem das Ventilelement in seiner Schließstellung anliegt, um dadurch den Abgaskanal fluidisch zu versperren. Es wurde nämlich gefunden, dass es insbesondere bei einer engen Anbindung eines Turbinengehäuses des Abgasturboladers an einen Zylinderkopf einer dem Abgasturbolader zugeordneten Verbrennungskraftmaschine und bei daraus resultierenden, kurzen Abgaswegen zu einer starken Beaufschlagung des Ventilelements mit Abgas infolge von Abgaspulsationen kommen kann. Diese Beaufschlagung bewirkt – falls keine Gegenmaßnahmen getroffen sind – ein starkes Aufschlagen des Ventilelements auf den Ventilsitz. Das Aufschlagen kann insbesondere im Teillastbereich der Verbrennungskraftmaschine als klapperndes Geräusch von Fahrzeuginsassen eines Kraftwagens mit der Verbrennungskraftmaschine wahrgenommen werden.
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Um nun das wahrnehmbare, klappernde Geräusch zu vermeiden oder zumindest gering zu halten, damit es nicht mehr von den Fahrzeuginsassen wahrgenommen werden kann, ist das Dämpfungselement vorgesehen. Mittels des Dämpfungselements kann das Aufschlagen des Ventilelements auf den Ventilsitz vermieden oder zumindest in seiner Stärke gering gehalten werden. Insbesondere können durch das Dämpfungselement Amplituden der genannten Beaufschlagung des Ventilelements besonders gering gehalten werden, wodurch das übermäßig starke Aufschlagen auf den Ventilsitz vermieden werden kann.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das das Dämpfungselement als hydraulischer Dämpfer ausgebildet ist. Hierdurch ist es möglich, die Bewegung des Ventilelements auch bei einer besonders starken Beaufschlagungen infolge starker Abgaspulsationen effektiv zu dämpfen.
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Der Einsatz des Dämpfungselements ermöglicht es ferner, das von den Fahrzeuginsassen wahrnehmbare Geräusch am Ort seiner möglichen Entstehung kosten- und bauraumgünstig zu vermeiden oder gering zu halten. Der Einsatz von aufwändigen akustischen Dämmmaßnahmen ist nicht erforderlich.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in der einzigen Figur ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht eines Motorraums eines Kraftwagens, mit einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Abgasturbolader, welcher eine Ventileinrichtung zum Einstellen des Ladedrucks des Abgasturboladers aufweist, wobei die Ventileinrichtung ein Dämpfungselement zum Dämpfen von Bewegungen eines Ventilelements der Ventileinrichtung umfasst.
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Die Fig. zeigt in einer schematischen Perspektivansicht einen im Ganzen mit 10 bezeichneten Motorraum eines Kraftwagens. Im Motorraum 10 ist eine als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildete und in der Fig. nicht erkennbare Verbrennungskraftmaschine zum Antreiben des Kraftwagens angeordnet. Ferner sind im Motorraum 10 Nebenaggregate der Verbrennungskraftmaschine sowie weitere Komponenten des Kraftwagens angeordnet.
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Der Verbrennungskraftmaschine ist ein im Ganzen mit 12 bezeichneter Abgasturbolader zugeordnet. Der Abgasturbolader 12 umfasst einen Verdichter 16, mittels welchem der Verbrennungskraftmaschine zuzuführende Luft verdichtet werden kann. Der Abgasturbolader 12 umfasst auch einen Turbine 14 zum Antreiben des Verdichters 16. Die Turbine 14 umfasst ein in der Fig. nicht erkennbares Turbinengehäuse, welches einen Aufnahmeraum aufweist. In dem Aufnahmeraum ist ein Turbinenrad der Turbine 14 um eine Drehachse relativ zu dem Turbinengehäuse drehbar aufgenommen.
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Das Turbinengehäuse weist wenigstens einen von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbaren Zuführkanal auf. Der Zuführkanal erstreckt sich beispielsweise in Umfangsrichtung des Turbinenrads über dessen Umfang im Wesentlichen spiralförmig und wird daher auch als Spiralkanal bezeichnet. Über den Zuführkanal wird dem Turbinenrad das Abgas der Verbrennungskraftmaschine zugeführt. Das Abgas kann das Turbinenrad somit anströmen und dadurch antreiben. Das Turbinenrad ist mit einer Welle drehfest verbunden, mit der auch ein Verdichterrad des Verdichters 16 drehfest verbunden ist. Das Verdichterrad ist dabei in einem Verdichtergehäuse 17 um die Drehachse drehbar aufgenommen. Somit kann das Verdichterrad über die Welle vom Turbinenrad angetrieben werden und die der Verbrennungskraftmaschine zuzuführende Luft auf einen Ladedruck verdichten.
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Zum Einstellen des Ladedrucks umfasst der Abgasturbolader 12 eine Ventileinrichtung 18. Die Ventileinrichtung 18 umfasst ein Stellglied in Form einer Unterdruckdose 20, welche am Verdichtergehäuse 17 gehaltert ist. Ferner umfasst die Ventileinrichtung 18 ein in der Fig. nicht erkennbare und im Turbinengehäuse aufgenommenes Ventilelement. Das Ventilelement ist einem Abgaskanal in Form eines sogenannten Umgehungskanals der Turbine 14 zugeordnet und zwischen einer den korrespondierenden Umgehungskanal fluidisch versperrenden Schließstellung und wenigstens einer den Umgehungskanal zumindest teilweise freigebenden Offenstellung bewegbar. Befindet sich das Ventilelement, welches üblicherweise auch als Waste-Gate-Klappe bezeichnet wird, in seiner Offenstellung, so kann Abgas den Umgehungskanal durchströmenden. Das den Umgehungskanal durchströmende Abgas umgeht das Turbinenrad und treibt dieses demzufolge nicht an. Befindet sich das Ventilelement in seiner Schließstellung, so strömt zumindest im Wesentlichen das gesamte Abgas das Turbinenrad an und triebt dieses an. Somit kann durch Öffnen und Schließen des Ventilelements der Ladedruck eingestellt werden.
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Zum Bewegen des Ventilelements umfasst die Ventileinrichtung 18 ein Betätigungselement in Form einer Betätigungsstange 22. Die Betätigungsstange 22 ist einerseits mit einem Anlenkhebel 24 gekoppelt. Der Anlenkhebel 24 ist mit einer um eine Drehachse relativ zu dem Turbinengehäuse drehbaren Betätigungswelle drehfest verbunden, so dass sich der Anlenkhebel 24 mit der Betätigungswelle um deren Drehachse mitdreht. Andererseits ist die Betätigungsstange 22 mit der Unterdruckdose 20 gekoppelt. Mittels der Unterdruckdose 20 ist die Betätigungsstange 22 translatorisch bewegbar. Die Betätigungsstange 22 ist an einer Stelle mit dem Anlenkhebel 24 gekoppelt, welche von der Drehachse der Betätigungswelle beabstandet ist. Dadurch wird die translatorische Bewegung der Betätigungsstange 22 in einer rotatorische Bewegung der Betätigungswelle um deren Drehachse umgewandelt. Das Ventilelement ist dabei mit der Betätigungswelle gekoppelt, so dass das Ventilelement bei einer Drehung der Betätigungswelle zwischen der Offenstellung und der Schließstellung mitverschwenkt wird.
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In der Schließstellung sitzt das Ventilelement auf einem korrespondierenden Ventilsitz auf, um dadurch den Umgehungskanal fluidisch zu versperren. Weiterhin wird das Ventilelement infolge von Abgaspulsationen mit Abgas stark beaufschlagt. Um nun bei einer Bewegung des Ventilelements aus der Offenstellung in die Schließstellung ein aus dieser Beaufschlagung resultierendes, übermäßig starkes und Geräusche verursachendes Aufschlagen des Ventilelements auf den Ventilsitz zu vermeiden, ist ein Dämpfungselement in Form eines hydraulischen Dämpfers 26 zum Dämpfen der Bewegung des Ventilelements vorgesehen.
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Der hydraulische Dämpfer 26 einen Hohlzylinder als erstes Dämpferteil und einen im Hohlzylinder relativ zu diesem translatorisch bewegbar aufgenommenen und in der Fig. nicht erkennbaren Kolben. Der Kolben ist dabei mit einer Kolbenstange 30 als zweitem Dämpferteil des hydraulischen Dämpfers 26 verbunden. Der Hohlzylinder 28 ist einerseits über ein Kugelgelenk 32 und einen Halter 34 an die Betätigungsstange 22 angebunden und dadurch mit dem Ventilelement mitbewegbar. Andererseits ist der hydraulische Dämpfer 26 über ein Kugelgelenk 36 und einen Halter 38 an ein Gehäuse 40 der Unterdruckdose 20 angebunden.
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Wie aus der Fig. ferner erkennbar ist, ist der hydraulische Dämpfer 26 bezogen auf einen Kraftfluss zum Bewegen des Ventilelements über die Betätigungsstange 22 parallel zur Betätigungsstange 22 angeordnet. Mittels des hydraulischen Dämpfers 26 und dessen Anordnung lässt sich eine effektive, unaufwändige sowie kosten- und bauraumgünstige Dämpfung der Bewegung des Ventilelements realisieren, so dass ein übermäßiges Aufschlagen auf den Ventilsitz vermeidbar ist. Die Ventileinrichtung 18 weist somit ein sehr gutes Geräuschverhalten auf, da von Fahrzeuginsassen des Kraftwagens wahrnehmbare und dadurch den Fahrkomfort beeinträchtigende Geräusche verhindert werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Motorraum
- 12
- Abgasturbolader
- 14
- Turbine
- 16
- Verdichter
- 17
- Verdichtergehäuse
- 18
- Ventileinrichtung
- 20
- Unterdruckdose
- 22
- Betätigungsstange
- 24
- Anlenkhebel
- 26
- hydraulischer Dämpfer
- 28
- Hohlzylinder
- 30
- Kolbenstange
- 32
- Kugelgelenk
- 34
- Halter
- 36
- Kugelgelenk
- 38
- Halter
- 40
- Gehäuse
