DE102013200832A1

DE102013200832A1 - Federsystem zum reduzieren des turbolader-wastegate-klappergeräuschs

Info

Publication number: DE102013200832A1
Application number: DE102013200832A
Authority: DE
Inventors: Robert Andrew Wade
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2012-01-24
Filing date: 2013-01-21
Publication date: 2013-07-25
Also published as: US20130189072A1; CN203271910U; RU139943U1

Abstract

Ein Turbolader für ein Kraftfahrzeug. Der Turbolader enthält einen Verdichter, der mechanisch an eine Turbine gekoppelt ist. Das Wastegate der Turbine enthält einen an einen Ventilsitz angepassten Ventilkopf. Der Ventilkopf wird an einem Ende eines Aktuatorarms gehalten. Ein nachgiebiger Abstandshalter ist zwischen dem Ventilkopf und dem Aktuatorarm angeordnet. Der nachgiebige Abstandshalter ist konfiguriert, eine Trennung des Ventilkopfs von dem Aktuatorarm zu erzwingen, wenn sich der Ventilkopf nicht in dem Sitz befindet.

Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft das Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik und insbesondere das Reduzieren von Geräuschemissionen von einem Turbolader.
Ein Turboladersystem für ein Kraftfahrzeug kann einen Verdichter und eine Turbine enthalten, wobei ein Wastegate den Turbineneinlass selektiv an den – auslass koppelt. Das Wastegate kann geöffnet werden, um den Ladedruck zu reduzieren. Bei modernen Motorsteuerstrategien kann das Wastegate bei Teillastbedingungen offengehalten werden, um den Motorgegendruck zu reduzieren. Der niedrigere Gegendruck reduziert die Pumparbeit und verbessert deshalb die Kraftstoffökonomie, wenn keine große Aufladung erforderlich ist.
Ein Turbolader-Wastegate nach dem Stand der Technik enthält ein Gestänge aus beweglichen Teilen, die einen außergewöhnlichen Temperaturbereich überspannen – zum Beispiel von 1050°C beim Ventilkopf bis Umgebungstemperatur bei dem Aktuator. Dementsprechend muss das Gestänge wärmebeständig sein und die Wärmeausdehnung und die Teilabnutzung im Laufe der Zeit berücksichtigen. Einige Wastegate-Lösungen beinhalten exotische Hochtemperaturmaterialien und Mehrfachverbindungen mit großem Spiel. Das für die Ausdehnungstoleranz verwendete große Spiel kann jedoch auch Schwingungen gestatten, was zu unerwünschtem Aufschlaggeräusch an den verschiedenen Teilen führt, wenn die verschiedenen Teile in dem Gestänge miteinander kollidieren.
Dementsprechend stellt eine Ausführungsform dieser Offenbarung einen Turbolader für ein Kraftfahrzeug bereit. Der Turbolader enthält einen Verdichter, der mechanisch an eine Turbine gekoppelt ist. Das Wastegate der Turbine enthält einen an einen Ventilsitz angepassten Ventilkopf. Der Ventilkopf wird an einem Ende eines Aktuatorarms gehalten. Ein nachgiebiger Abstandshalter ist zwischen dem Ventilkopf und dem Aktuatorarm angeordnet. Der nachgiebige Abstandshalter ist konfiguriert, eine Trennung des Ventilkopfs von dem Aktuatorarm zu erzwingen, wenn sich der Ventilkopf nicht an dem Sitz befindet.
Auf diese Weise wird ein Geräusch verursachender Aufschlag des Ventilkopfs auf den Aktuatorarm selbst in solchen Fällen reduziert, wenn eine große Wärmedehnfuge zwischen dem Ventilkopf und dem Aktuatorarm vorgesehen ist.
Die obige kurze Darstellung wird vorgelegt, um einen ausgewählten Teil dieser Offenbarung in vereinfachter Form einzuführen, aber nicht zum Identifizieren von wichtigen oder wesentlichen Merkmalen. Der durch die Ansprüche definierte beanspruchte Gegenstand wird weder durch den Inhalt dieser kurzen Darstellung begrenzt, noch ist er auf Implementierungen begrenzt, die hierin erwähnte Probleme oder Nachteile behandeln.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die 1 und 2 zeigen schematisch Aspekte von Motorsystemen gemäß Ausführungsformen dieser Offenbarung.
3 zeigt schematisch Aspekte eines Turboladers gemäß einer Ausführungsform dieser Offenbarung.
4 ist eine Perspektivansicht eines Turboladers gemäß einer Ausführungsform dieser Offenbarung.
Die 5 bis 8 zeigen schematisch Aspekte von Turbolader-Wastegates gemäß Ausführungsformen dieser Offenbarung.
9 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, das mit einem Turbolader-Wastegate gemäß einer Ausführungsform dieser Offenbarung ausgestattet ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Aspekte dieser Offenbarung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die oben aufgeführten dargestellten Ausführungsformen beschrieben. Komponenten, Prozessschritte und andere Elemente, die in einer oder mehreren Ausführungsformen substantiell die gleichen sein können, werden koordiniert identifiziert und mit minimaler Wiederholung beschrieben. Es wird jedoch angemerkt, dass koordiniert identifizierte Elemente auch in einem gewissen Grad differieren können. Außer, wo besonders angemerkt, sind die in dieser Offenbarung enthaltenen Zeichnungsfiguren schematisch und allgemein nicht maßstabsgetreu gezeichnet. Vielmehr können die verschiedenen Zeichnungsmaßstäbe, Seitenverhältnisse und Anzahlen von in den Figuren gezeigten Komponenten absichtlich verzerrt sein, damit bestimmte Merkmale oder Beziehungen leichter erkannt werden können.
1 zeigt schematisch Aspekte eines beispielhaften Motorsystems 10 eines Kraftfahrzeugs. Bei dem dargestellten Motorsystem wird Frischluft in einen Luftreiniger 12 angesaugt und strömt zum Verdichter 14. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Verdichter mechanisch an eine Turbine 16 im Turbolader 18 gekoppelt, wobei die Turbine durch sich expandierendes Motorabgas vom Auslasskrümmer 20 angetrieben wird.
Der Verdichter 14 ist über einen Ladeluftkühler (CAC – Charge Air Cooler) 24 und ein Drosselventil 26 fluidisch an einen Einlasskrümmer 22 gekoppelt. Druckluft von dem Verdichter strömt durch den CAC und das Drosselventil auf dem Weg zum Einlasskrümmer. Bei der dargestellten Ausführungsform ist ein Verdichterbypassventil 28 zwischen den Einlass und den Auslass des Verdichters gekoppelt. Das Verdichterbypassventil kann ein normalerweise geschlossenes Ventil sein, das konfiguriert ist zu öffnen, um unter gewählten Betriebsbedingungen überschüssigen Ladedruck abzubauen.
Der Auslasskrümmer 20 und der Einlasskrümmer 22 sind durch eine Serie von Auslassventilen 32 bzw. Einlassventilen 34 an eine Serie von Zylindern 30 gekoppelt. Bei einer Ausführungsform können die Auslass- und/oder Einlassventile elektronisch betätigt werden. Bei einer weiteren Ausführungsform können die Auslass- und/oder Einlassventile nockengesteuert sein. Ob elektronisch betätigt oder nockengesteuert, kann die Steuerung des Öffnens und Schließens von Einlass- und Auslassventilen verstellt werden, wie dies für eine gewünschte Verbrennungs- und Abgasreinigungsleistung benötigt wird.
Den Zylindern 30 kann ein beliebiger einer Vielzahl von Kraftstoffen zugeführt werden: Benzin, Alkohole oder Mischungen davon. Bei der dargestellten Ausführungsform wird Kraftstoff von einer Kraftstoffpumpe 36 den Zylindern über Direkteinspritzung durch Kraftstoffeinspritzdüsen 38 zugeführt. Bei den hierin betrachteten verschiedenen Ausführungsformen kann der Kraftstoff über Direkteinspritzung, Einlasskanaleinspritzung, Klappenstützeneinspritzung oder eine beliebige Kombination davon zugeführt werden. Im Motorsystem 10 wird die Verbrennung über Fremdzündung bei Zündkerzen 40 initiiert. Die Zündkerzen werden durch zeitlich gesteuerte Hochspannungsimpulse von einer in den Zeichnungen nicht gezeigten elektronischen Zündeinheit angesteuert.
Das Motorsystem 10 enthält ein Hochdruck-Abgasrückführungs-Ventil (HP-AGR-Ventil) 42 und einen HP-AGR-Kühler 44. Wenn das HP-AGR-Ventil geöffnet wird, wird etwas Hochdruckabgas von dem Auslasskrümmer 20 durch den HP-AGR-Kühler zum Einlasskrümmer 22 gesaugt. In dem Einlasskrümmer verdünnt das Hochdruckabgas die Einlassluftladung für kühlere Verbrennungstemperaturen, verringerte Emissionen und andere Vorzüge. Das verbleibende Abgas strömt zur Turbine 16, um die Turbine anzutreiben. Wenn ein reduziertes Turbinendrehmoment erwünscht ist, kann das Abgas ganz oder teilweise stattdessen durch das Wastegate 46 gelenkt werden, wodurch die Turbine umgangen wird. Der kombinierte Strom von der Turbine und dem Wastegate strömt dann durch die verschiedenen Abgasnachbehandlungseinrichtungen des Motorsystems, wie unten näher beschrieben wird.
Bei dem Benzinmotorsystem 10 ist eine Dreiwege-Katalysator-Stufe (TWC – Three-Way Catalyst) 48 hinter die Turbine 16 gekoppelt. Die TWC-Stufe enthält eine interne Katalysatorstützstruktur, auf die eine katalytische Zwischenschicht aufgebracht ist. Die Zwischenschicht ist konfiguriert zum Oxidieren von restlichem CO, Wasserstoff und Kohlenwasserstoffen und zum Reduzieren von Stickoxiden (NO_x), die in dem Motorabgas vorliegen. In einem mager betriebenen Benzin- oder Dieselmotorsystem (unten weiter beschrieben) ist eine Mager-NO_x-Falle (LNT – Lean NO_x Trap) 50 hinter die TWC-Stufe 48 gekoppelt. Die LNT ist konfiguriert zum Einfangen von NO_x aus dem Abgasstrom, wenn der Abgasstrom mager ist, und zum Reduzieren des eingefangenen NO_x, wenn der Abgasstrom fett ist.
Die Art, Anzahl und Anordnung der Abgasnachbehandlungsstufen in dem Motorsystem können für die verschiedenen Ausführungsformen dieser Offenbarung differieren. Beispielsweise kann ein Rußfilter in einigen Konfigurationen enthalten sein. Andere Ausführungsformen können eine Mehrzweckabgasreinigungsstufe enthalten, die das Filtern mit anderen Emissionssteuerfunktionen wie etwa NO_x-Einfangen kombinieren.
Unter Fortsetzung in 1 kann das behandelte Abgas ganz oder teilweise über einen Schalldämpfer 52 in die Umgebung freigesetzt werden. Je nach den Betriebsbedingungen jedoch kann ein Teil des behandelten Abgases durch einen Niederdruck-AGR-Kühler (LP – Low Pressure) 54 umgelenkt werden. Das Abgas kann umgelenkt werden, indem ein in Serie mit dem LP-AGR-Kühler gekoppeltes LP-AGR-Ventil 56 geöffnet wird. Von dem LP-AGR-Kühler 54 strömt das gekühlte Abgas zum Verdichter 14. Durch teilweises Schließen eines Abgasgegendruckventils 58 kann das Strömungspotential für die LP-AGR während ausgewählter Betriebsbedingungen vergrößert werden. Andere Konfigurationen können anstatt des Abgasgegendruckventils ein Drosselventil vor dem Luftreiniger 12 enthalten.
Das Motorsystem 10 enthält ein elektronisches Steuersystem 60, das konfiguriert ist zum Steuern verschiedener Motorsystemfunktionen. Das elektronische Steuersystem enthält einen Speicher und einen oder mehrere Prozessoren, die für das entsprechende Treffen von Entscheidungen als Reaktion auf eine Sensoreingabe konfiguriert sind und zur intelligenten Steuerung von Motorsystemkomponenten bestimmt sind. Eine derartige Entscheidungsfindung kann gemäß verschiedener Strategien wie ereignisgetrieben, interrupt-getrieben, multi-tasking, multi-threading und dergleichen umgesetzt werden. Auf diese Weise kann das elektronische Steuersystem konfiguriert sein, beliebige oder alle Aspekte der im Folgenden offenbarten Verfahren umzusetzen. Dementsprechend können im Folgenden offenbarte Verfahrensschritte – z.B. Operationen, Funktionen und/oder Handlungen – als ein Code verkörpert sein, der in maschinenlesbare Speichermedien in dem elektronischen Steuersystem programmiert ist.
Das elektronische Steuersystem 60 enthält eine Sensorschnittstelle 62, eine Motorsteuerungsschnittstelle 64 und eine Borddiagnoseeinheit (OBD – On-Board Diagnostic) 66. Um Betriebsbedingungen des Motorsystems 10 und des Fahrzeugs, in dem das Motorsystem installiert ist, zu beurteilen, empfängt die Sensorschnittstelle 62 eine Eingabe von verschiedenen in dem Fahrzeug angeordneten Sensoren – Strömungssensoren, Temperatursensoren, Pedalpositionssensoren, Drucksensoren usw. Einige beispielhafte Sensoren sind in 1 gezeigt – ein Krümmerluftdrucksensor (MAP – Manifold Air-Pressure) 68, ein Krümmerlufttemperatursensor (MAT – Manifold Air-Temperature) 70, ein Luftmassensensor (MAF – Mass Air-Flow) 72, ein NO_x-Sensor 74 und ein Abgassystemtemperatursensor 76. Es können auch verschiedene andere Sensoren vorgesehen sein.
Das elektronische Steuersystem 60 enthält auch eine Motorsteuerungsschnittstelle 64. Die Motorsteuerungsschnittstelle ist konfiguriert zum Betätigen von elektronisch steuerbaren Ventilen, Aktuatoren und anderen Komponenten des Fahrzeugs – Drosselventil 26, Verdichterbypassventil 28, Wastegate 46 und AGR-Ventile 42 und 56, als Beispiel. Die Motorsteuerungsschnittstelle ist operativ an jedes elektronisch gesteuerte Ventil und jeden elektronisch gesteuerten Aktuator gekoppelt und ist konfiguriert zum Anordnen seines Öffnens, Schließens und/oder seiner Verstellung, wie dies benötigt wird, um die hierin beschriebenen Steuerfunktionen umzusetzen.
Das elektronische Steuersystem 60 enthält auch eine Borddiagnoseeinheit (OBD) 66. Die OBD-Einheit ist ein Teil des elektronischen Steuerungssystems, das konfiguriert ist, eine Verschlechterung verschiedener Komponenten des Motorsystems 10 zu diagnostizieren. Solche Komponenten können beispielsweise Sauerstoffsensoren, Kraftstoffeinspritzdüsen und Emissionsreinigungskomponenten beinhalten.
2 zeigt Aspekte eines weiteren Motorsystems 78 – eines Dieselmotors, bei dem die Verbrennung über eine Verdichtungszündung initiiert wird. Dementsprechend wird den Zylindern 30 des Motorsystems 78 Diesel, Biodiesel usw. von der Kraftstoffpumpe 36 zugeführt.
Im Motorsystem 78 ist ein Diesel-Oxidationskatalysator (DOC – Diesel-Oxidation Catalyst 80 hinter die Turbine 16 gekoppelt. Der DOC enthält eine interne Katalysatorstützstruktur, auf die eine DOC-Zwischenschicht aufgetragen ist. Der DOC ist konfiguriert, um in dem Motorabgas vorliegendes restliches CO, Wasserstoff und Kohlenwasserstoffe zu oxidieren.
Ein Dieselpartikelfilter (DPF – Diesel Particulate Filter) 82 ist hinter den DOC 80 gekoppelt. Der DPF ist ein regenerierbarer Rußfilter, der konfiguriert ist, um in dem Motorabgasstrom mitgeführten Ruß einzufangen; er umfasst ein Rußfilterungssubstrat. Auf das Substrat ist eine Zwischenschicht aufgebracht, die die Oxidation des akkumulierten Rußes und die Wiederherstellung der Filterkapazität unter gewissen Bedingungen fördert. Bei einer Ausführungsform kann der akkumulierte Ruß intermittierenden oxidierenden Bedingungen ausgesetzt werden, bei denen die Motorfunktion verstellt wird, um vorübergehend ein Abgas höherer Temperatur bereitzustellen. Bei einer weiteren Ausführungsform kann der akkumulierte Ruß während normaler Betriebsbedingungen ständig oder fast ständig oxidiert werden.
Eine Reduktionsmitteleinspritzdüse 84, ein Reduktionsmittelmischer 86 und eine SCR-Stufe 88 sind hinter den DPF 82 im Motorsystem 78 gekoppelt. Die Reduktionsmitteleinspritzdüse ist konfiguriert zum Empfangen eines Reduktionsmittels (z.B. einer Harnstofflösung) von einem Reduktionsmittelreservoir 90 und zum steuerbaren Einspritzen des Reduktionsmittels in den Abgasstrom. Die Reduktionsmitteleinspritzdüse kann eine Düse enthalten, die die Reduktionsmittellösung in der Form eines Aerosols zerstäubt. Hinter der Reduktionsmitteleinspritzdüse angeordnet ist der Reduktionsmittelmischer konfiguriert zum Erhöhen des Ausmaßes und/oder der Homogenität der Zerstäubung des eingespritzten Reduktionsmittels in dem Abgasstrom. Der Reduktionsmittelmischer kann eine oder mehrere Lamellen enthalten, die konfiguriert sind zum Verwirbeln des Abgasstroms und des mitgeführten Reduktionsmittels, um die Zerstäubung zu verbessern. Nach der Zerstäubung in dem heißen Motorabgas kann sich mindestens ein Teil des eingespritzten Reduktionsmittels zersetzen. Bei Ausführungsformen, wo das Reduktionsmittel eine Harnstofflösung ist, wird sich das Reduktionsmittel zu Wasser, Ammoniak und Kohlendioxid zersetzen. Der restliche Harnstoff zersetzt sich bei Auftreffen auf die SCR-Stufe (siehe unten).
Die SCR-Stufe 88 ist hinter den Reduktionsmittelmischer 86 gekoppelt. Die SCR-Stufe kann konfiguriert sein, eine oder mehrere chemische Reaktionen zwischen das durch die Zersetzung des eingespritzten Reduktionsmittels ausgebildeten Ammoniak und NO_x von dem Motorabgas zu erleichtern, wodurch die in die Umgebung freigesetzte NO_x-Menge reduziert wird. Die SCR-Stufe umfasst eine interne Katalysatorstützstruktur, auf die eine SCR-Zwischenschicht aufgebracht ist. Die SCR-Zwischenschicht ist konfiguriert zum Sorbieren des NO_x und des Ammoniaks und zum Katalysieren der Redoxreaktion von diesen, um Dinitrogen (N₂) und Wasser auszubilden.
3 zeigt schematisch Aspekte eines beispielhaften Turboladers 18 in einer Ausführungsform. Der Turbolader enthält den Verdichter 14 mit einem Frischlufteinlass 92 und einem Druckluftauslass 94. Der Verdichter ist mechanisch an die Turbine 16 gekoppelt, die einen Abgaseinlass 96 und einen Abgasauslass 98 enthält. In der Turbine 16 verbindet das Wastegate 46 wählbar den Abgaseinlass und den Abgasauslass. Das Wastegate enthält einen Ventilkopf 100, der durch einen pneumatischen Aktuator 102 über ein mechanisches Gestänge betätigt wird. Das mechanische Gestänge enthält eine externe Welle 104, einen externen Arm 106, eine Durchgangswelle 108 und andere unten näher beschriebene Komponenten. Das elektronische Steuerungssystem 110 ist konfiguriert zum Liefern entsprechender elektronischer Ansteuersignale an den pneumatischen Aktuator, um das Wastegate ganz zu öffnen und zu schließen. Bei einigen Ausführungsformen kann der pneumatische Aktuator auch konfiguriert sein, das Wastegate in einem oder mehreren teilweise offenen Zuständen zu positionieren.
4 ist eine Perspektivansicht des Turboladers 18 bei Betrachtung von dem Abgasauslass 98. Diese Ansicht zeigt das Wastegate 46 fluidisch hinter einem Turbinenrad 112. 4 ist eine maßstabsgetreue Zeichnung einer nicht beschränkenden Ausführungsform, stellt aber auch andere Ausführungsformen dar, bei denen einige Aspekte hinsichtlich Maßstab oder Struktur differieren können.
4 zeigt den an den Ventilsitz 114 angepassten Ventilkopf 100. Der Ventilkopf wird an einem Ende eines Aktuatorarms 116 gehalten. Der Ventilkopf kann an dem Aktuatorarm durch ein beliebiges geeignetes Halteglied gehalten werden – z.B. in der dargestellten Ausführungsform den Stift 118. In der Turbine 16 ist der Aktuatorarm 116 mit einer Durchgangswelle 108 verbunden. Die Durchgangswelle verläuft durch den Abgasauslass 98 durch eine Buchse 120, die eine Drehung der Durchgangswelle gestattet, aber den Austritt von Abgas verhindert. Außerhalb des Abgasauslasses 98 ist die Durchgangswelle an einen externen Arm 106 gekoppelt. Der externe Arm ist drehbar an der äußeren Oberfläche des Abgasauslasses montiert, er dreht sich aufgrund der Druck-Zug-Wirkung des pneumatischen Aktuators 102 über eine externe Welle 104. Durch dieses Gestänge ist der pneumatische Aktuator mechanisch an den Aktuatorarm gekoppelt.
Um die auf große thermische Gradienten in dem Abgasauslass 98 zurückzuführende Ausdehnung aufzunehmen, kann das hier oben beschriebene mechanische Gestänge zwischen seinen Gliedern mit Verbindungen mit großem Spiel ausgelegt sein. Beispielsweise kann der Stift 118 eine derartige Länge aufweisen, dass er zwischen dem Ventilkopf 100 und dem Aktuatorarm 116 eine Dehnfuge bis zu etwa einem Millimeter bereitstellt. Wenn das Wastegate geschlossen wird, schließt Druckkraft von dem Ventilsitz 114 diese Fuge, so dass der Ventilkopf gegen den Aktuatorarm bündig ist. Wenn das Wastegate jedoch offen ist, kann die Fuge ermöglichen, dass der Ventilkopf an dem Ende des Aktuatorarms schwingt, was unerwünschtes Geräusch verursacht. Dieses Problem ist in modernen Steuerstrategien für turbogeladene Benzindirekteinspritzmotoren (GDI – Gasoline Direct Injected) umso wichtiger. Hier kann das Wastegate zu Erhöhung der Kraftstoffökonomie während Teillastbedingungen offengelassen werden.
Dementsprechend enthalten die hier beschriebenen Wastegate-Konfigurationen einen nachgiebigen Abstandshalter, der in der Dehnfuge zwischen dem Ventilkopf 100 und dem Aktuatorarm 116 angeordnet ist. Ein Beispiel ist in 5 gezeigt. Diese Zeichnung zeigt Aspekte eines Turbolader-Wastegate 46A, einschließlich Ventilkopf 100 und Ventilsitz 114, mit einer dazwischen angeordneten Dehnfuge 122. Der Ventilkopf ist über einen nachgiebigen Abstandshalter 124 an den Aktuatorarm 116 gekoppelt.
Eine durch den Aktuatorarm 116 ausgeübte Schließkraft setzt den Ventilkopf 100 umkehrbar auf den Ventilsitz 114. Der nachgiebige Abstandshalter 124 kann unter einer derartigen Kraft zusammengedrückt werden, so dass sich der Ventilkopf dem Aktuatorarm nähert, wenn der Ventilkopf auf den Sitz gebracht wird. Der nachgiebige Abstandshalter wird selbst dann teilweise zusammengedrückt (d.h. kürzer als seine natürliche Länge), wenn sich der Ventilkopf nicht auf dem Sitz befindet, und hält in diesem Zustand seine Rückstellkraft zwischen dem Ventilkopf und dem Aktuatorarm aufrecht. Auf diese Weise ist der nachgiebige Abstandshalter konfiguriert, das Trennen des Ventilkopfs von dem Aktuatorarm zu erzwingen, wenn der Ventilkopf von dem Sitz entfernt wird. Der Ventilkopf wird durch eine Reaktionskraft des Halteglieds – z.B. des Stifts 118 – auf dem Ventilkopf festgehalten. Der nachgiebige Abstandshalter kann vorteilhafterweise gewählt werden, so dass die Rückstellkraft ausreicht, um den Ventilkopf durch das Spiel zu drücken und ihn in dieser Position zu halten. Dies eliminiert das Geräusch, das mit dem sich durch das Spiel bewegenden Ventilkopf assoziiert ist. Mit anderen Worten kann die Rückstellkraft des Abstandshalters in dem abgedrückten, teilweise zusammengedrückten Zustand ausreichen, um Schwingungen des Ventilkopfs gegen den Aktuatorarm während des Betriebs des Kraftfahrzeugs zu dämpfen. Ein Geräusche bewirkendes Aufschlagen des Ventilkopfs auf den Aktuatorarm wird deshalb sogar in Fällen reduziert, wenn eine große Wärmedehnfuge zwischen dem Ventilkopf und dem Aktuatorarm bereitgestellt ist.
Der nachgiebige Abstandshalter wird in einem größeren Ausmaß zusammengedrückt, wenn der Ventilkopf aufsitzt. In diesem Fall hält er eine größere Rückstellkraft zwischen dem Ventilkopf und dem Aktuatorarm aufrecht, die dahingehend wirkt, diese Komponenten zu trennen. Bei einigen Ausführungsformen kann der nachgiebige Abstandshalter dem Hookeschen Gesetz gehorchen; er kann eine Federkonstante in der Größenordnung von beispielsweise 10⁴ bis 10⁵ Pounds pro Inch an Kompression aufweisen.
Bei den hier dargestellten Ausführungsformen ist die durch den Aktuatorarm ausgeübte Kraft eine Torsionskraft um einen Drehpunkt 126 des Aktuatorarms. Es wird jedoch angemerkt, dass diese Offenbarung völlig mit Konfigurationen übereinstimmt, bei denen die ausgeübte Kraft eine lineare Kraft anstatt eine Drehkraft ist.
Bei der Ausführungsform von 5 ist das Halteglied der Stift 118 mit einer flachen Unterlegscheibe 128, zwischen dem Kopf des Stifts und dem Aktuatorarm eingefügt. Bei dieser Ausführungsform umgibt der nachgiebige Abstandshalter 124 das Halteglied. Bei einigen Ausführungsformen kann der nachgiebige Abstandshalter eine Feder der einen oder anderen Art beinhalten. Bei der Ausführungsform von 5 ist der nachgiebige Abstandshalter ein Belleville-Dichtring, auch als Tellerfeder, Spannscheibe oder Belleville-Feder bekannt. Bei einer Ausführungsform kann der Belleville-Dichtring eine gekräuselte oder Kegelstumpfform aufweisen. Wie andere hierin offenbarte nachgiebige Abstandshalter kann der Belleville-Dichtring aus Stahl oder einem anderen nachgiebigen, wärmebeständigen Material bestehen.
6 zeigt Aspekte eines weiteren Turbolader-Wastegate 46B mit einem anderen nachgiebigen Abstandshalter. Bei dieser Ausführungsform enthält der nachgiebige Abstandshalter ein Rücken an Rücken befindliches Paar von Belleville-Dichtringen 124A und 124B. Allgemeiner kann der nachgiebige Abstandshalter zwei oder mehr in Serie angeordnete nachgiebige Glieder enthalten – nämlich Vorderseite an Rückseite, Rückseite an Rückseite oder Rückseite an Vorderseite. 7 zeigt Aspekte eines weiteren Turbolader-Wastegate 46C mit einem anderen nachgiebigen Abstandshalter. Bei dieser Ausführungsform ist der nachgiebige Abstandshalter eine Spiralfeder 130. 8 zeigt Aspekte eines weiteren Turbolader-Wastegate 46D mit noch einem weiteren nachgiebigen Abstandshalter. Bei dieser Ausführungsform ist der nachgiebige Abstandshalter eine Blattfeder 132.
Kein Aspekt der vorausgegangenen Zeichnungen soll beschränken, da auch zahlreiche Variationen in Betracht gezogen werden. Beispielsweise kann der Belleville-Dichtring 124 bei einigen Beispielen geschlitzt sein, um die Federkonstante zu reduzieren. Bei anderen Beispielen kann die Blattfeder 132 eine geschichtete Blattfeder sein. Jede einzigartige Konfiguration kann Vorteile zum Steuern des dynamischen Ansprechens des Systems bereitstellen.
Die oben beschriebenen Konfigurationen ermöglichen verschiedene Verfahren zum Betreiben eines turbogeladenen Kraftfahrzeugs. Einige derartige Verfahren werden nun beispielhaft unter weiterer Bezugnahme auf die obigen Konfigurationen beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die hier beschriebenen Verfahren und andere innerhalb des Schutzbereichs dieser Offenbarung auch durch andere Konfigurationen ermöglicht werden können. Die Verfahren können zu jeder Zeit während des Betriebs eines Motorsystems begonnen werden und können wiederholt ausgeführt werden. Natürlich kann jede Ausführung eines Verfahrens die Eintrittsbedingungen für die nachfolgende Ausführung ändern und deshalb eine komplexe Entscheidungsfindungslogik aufrufen. Eine derartige Logik wird in dieser Offenbarung ganz in Betracht gezogen.
Weiterhin können bei einigen Ausführungsformen einige der hierin beschriebenen und/oder dargestellten Prozessschritte entfallen, ohne von dem Schutzbereich dieser Offenbarung abzuweichen. Gleichermaßen ist die angegebene Sequenz der Prozessschritte möglicherweise nicht immer erforderlich, um die beabsichtigten Ergebnisse zu erzielen, sondern wird zur Erleichterung der Darstellung und Beschreibung vorgelegt. Eine oder mehrere der dargestellten Handlungen, Funktionen oder Operationen können je nach der verwendeten jeweiligen Strategie wiederholt ausgeführt werden.
9 zeigt ein beispielhaftes Verfahren 134 zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, das mit einem Turbolader-Wastegate wie hier oben beschrieben ausgestattet ist. Bei 136 des Verfahrens wird die Motorlast bestimmt. Die Motorlast kann direkt oder indirekt bestimmt werden – z.B. über eine Ersatzmetrik wie etwa dem MAP. Bei 138 wird bestimmt, ob die Motorlast über einem Schwellwert liegt. Bei einer Ausführungsform kann der Motorlastschwellwert auf Hochlastbedingungen, wo ein maximaler Ladedruck gewünscht ist, eingestellt werden. Falls die Motorlast über dem Schwellwert liegt, geht das Verfahren dann weiter zu 140. Bei 140 wird eine Schließkraft auf den Wastegate-Aktuatorarm des Turboladers ausgeübt, um den Ventilkopf auf den Ventilsitz zu setzen. Die Schließkraft kann ausreichen, um den nachgiebigen Abstandshalter des Wastegate zusammenzudrücken, so dass sich der Ventilkopf dem Aktuatorarm nähert. Die Schließkraft kann größer sein als eine Rückstellkraft des nachgiebigen Abstandshalters, zumindest wenn sich der Ventilkopf und der Aktuatorarm in einem größten Abstand voneinander befinden.
Unter weiterer Bezugnahme auf 9 geht das Verfahren, falls die Motorlast nicht über dem Schwellwert ist, dann weiter zu 142. Bei 142 wird bestimmt, ob eine Reduzierung beim Motorgegendruck gewünscht wird. Eine Reduktion beim Gegendruck kann beispielsweise während sogenannter Teillastbedingungen wünschenswert sein, wenn kein maximaler Ladedruck erforderlich ist. Falls eine Gegendruckreduktion gewünscht wird, geht das Verfahren dann weiter zu 144 und dann zu 146. Bei 144 wird die Schließkraft auf den Aktuatorarm freigegeben, wodurch sich der nachgiebige Abstandshalter ausdehnt, so dass sich der Ventilkopf von dem Aktuatorarm trennt. Bei 146 wird eine Öffnungskraft auf den Aktuatorarm ausgeübt, da die Schließkraft freigegeben ist. Die Öffnungskraft kann der Schließkraft direkt entgegengesetzt sein. Bei einer Ausführungsform können sowohl die Schließkraft als auch die Öffnungskraft Torsionskräfte sein.
Bei einer spezielleren Ausführungsform können die Schließkraft und die Öffnungskraft durch einen durch ein elektronisches Steuersystem des Motorfahrzeugs angetriebenen pneumatischen Aktuator ausgeübt werden. Das elektrische Steuersystem kann geeignete Ansteuersignale liefern, um zu bewirken, dass der pneumatische Aktuator die hier beschriebenen Verfahren umsetzt.
Es versteht sich, dass die hier oben beschriebenen Artikel, Systeme und Verfahren Ausführungsformen dieser Offenbarung sind – nicht beschränkende Beispiele, für die ebenfalls zahlreiche Variationen und Erweiterungen in Betracht gezogen werden. Dementsprechend beinhaltet die vorliegende Offenbarung alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Teilkombinationen der hierin offenbarten Artikel, Systeme und Verfahren sowie beliebige und alle Äquivalente davon.

Claims

Turbolader für ein Kraftfahrzeug, der Folgendes umfasst: eine Turbine mit einem Wastegate mit einem an einen Ventilsitz angepassten Ventilkopf, wobei der Ventilkopf an einem Ende eines Aktuatorarms gehalten wird, ein nachgiebiger Abstandshalter zwischen dem Ventilkopf und dem Aktuatorarm angeordnet und konfiguriert ist, eine Trennung des Ventilkopfs von dem Aktuatorarm zu erzwingen, wenn sich der Ventilkopf nicht in dem Sitz befindet; und einen Verdichter, der mechanisch an die Turbine gekoppelt ist.
Turbolader nach Anspruch 1, wobei eine durch den Aktuatorarm ausgeübte Kraft den Ventilkopf umkehrbar auf den Ventilsitz setzt und wobei der nachgiebige Abstandshalter unter einer derartigen Kraft zusammengedrückt werden kann, so dass sich der Ventilkopf dem Aktuatorarm nähert, wenn der Ventilkopf gesetzt wird.
Turbolader nach Anspruch 2, wobei die Kraft eine an einem Drehpunkt des Aktuatorarms ausgeübte Torsionskraft ist.
Turbolader nach Anspruch 1, wobei der Ventilkopf durch ein Halteglied an dem Aktuatorarm gehalten wird.
Turbolader nach Anspruch 4, wobei das Halteglied einen Stift beinhaltet.
Turbolader nach Anspruch 4, wobei der nachgiebige Abstandshalter das Halteglied umgibt.
Turbolader nach Anspruch 4, wobei der nachgiebige Abstandshalter, der teilweise zusammengedrückt wird, wenn der Ventilkopf von dem Sitz entfernt wird, eine Rückstellkraft zwischen dem Ventilkopf und dem Aktuatorarm ausübt und wobei der Ventilkopf durch eine Reaktionskraft des Halteglieds auf dem Ventilkopf festgehalten wird.
Turbolader nach Anspruch 7, wobei die Rückstellkraft ausreicht, um Schwingungen des Ventilkopfs gegen den Aktuatorarm während des Betriebs des Kraftfahrzeugs zu dämpfen.
Turbolader nach Anspruch 1, wobei der nachgiebige Abstandshalter eine Feder beinhaltet.
Turbolader nach Anspruch 1, wobei der nachgiebige Abstandshalter einen Belleville-Dichtring beinhaltet.
Turbolader nach Anspruch 1, wobei der nachgiebige Abstandshalter eine Schraubenfeder beinhaltet.
Turbolader nach Anspruch 1, wobei der nachgiebige Abstandshalter eine Blattfeder beinhaltet.
Turbolader nach Anspruch 1, wobei der nachgiebige Abstandshalter zwei oder mehr nachgiebige Glieder enthält.
Turbolader nach Anspruch 1, wobei die zwei oder mehr nachgiebigen Glieder in Serie angeordnet sind.
Verfahren zum Betreiben eines mit einem Turbolader ausgestatteten Kraftfahrzeugs, wobei der Turbolader einen mechanisch an eine Turbine gekoppelten Verdichter enthält, wobei die Turbine ein Wastegate mit einem an einen Ventilsitz angepassten Ventilkopf aufweist, der Ventilkopf an einem Ende eines Aktuatorarms gehalten wird, ein nachgiebiger Abstandshalter zwischen dem Ventilkopf und dem Aktuatorarm angeordnet ist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Ausüben einer Schließkraft auf den Aktuatorarm, um den Ventilkopf auf den Ventilsitz zu setzen, wobei die Schließkraft ausreicht, um den nachgiebigen Abstandshalter zusammenzudrücken, so dass sich der Ventilkopf dem Aktuatorarm nähert; und Freigeben der Schließkraft zum Ausdehnen des nachgiebigen Abstandshalters, so dass sich der Ventilkopf von dem Aktuatorarm trennt.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Schließkraft größer ist als eine Rückstellkraft des nachgiebigen Abstandshalters, zumindest wenn der Ventilkopf und der Aktuatorarm mit einem maximalen Abstand beabstandet sind.
Verfahren nach Anspruch 15, weiterhin umfassend das Ausüben einer Öffnungskraft auf den Aktuatorarm bei Freigabe der Schließkraft, wobei die Öffnungskraft der Schließkraft direkt entgegengesetzt ist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Schließkraft eine Torsionskraft ist.
System für ein Kraftfahrzeug, das Folgendes umfasst: einen Turbolader mit einem mechanisch an eine Turbine gekoppelten Verdichter, wobei die Turbine ein Wastegate mit einem an einen Ventilsitz angepassten Ventilkopf aufweist, der Ventilkopf an einem Ende eines Aktuatorarms gehalten wird, eine Dehnfuge zwischen dem Ventilkopf und dem Aktuatorarm angeordnet ist; einen nachgiebigen Abstandshalter, der in der Dehnfuge in Kontakt mit dem Ventilkopf und dem Aktuatorarm angeordnet ist, wobei der Abstandshalter teilweise zusammengedrückt wird, wenn der Ventilkopf abgedrückt wird, und eine erste Trennkraft zwischen dem Ventilkopf und dem Aktuatorarm aufrechterhalten wird, wobei der Abstandshalter stärker zusammengedrückt wird, wenn der Ventilkopf gesetzt wird, und eine zweite, größere Trennkraft zwischen dem Ventilkopf und dem Aktuatorarm aufrechterhalten wird; einen pneumatischen Aktuator, der mechanisch an den Aktuatorarm gekoppelt ist; und ein elektronisches Steuersystem, das konfiguriert ist zum Ansteuern des pneumatischen Aktuators.
System nach Anspruch 19, wobei das elektronische Steuersystem ein Antriebssignal liefert, um zu bewirken, dass der pneumatische Aktuator: eine Schließkraft auf den Aktuatorarm ausübt, um den Ventilkopf auf den Ventilsitz zu setzen, wobei die Schließkraft ausreicht, um den nachgiebigen Abstandshalter zusammenzudrücken, so dass sich der Ventilkopf dem Aktuatorarm nähert; und die Schließkraft zum Ausdehnen des nachgiebigen Abstandshalters freigibt, so dass sich der Ventilkopf von dem Aktuatorarm trennt.