DE102015208417A1

DE102015208417A1 - Vorrichtung für ein Aufladesystem eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102015208417A1
Application number: DE102015208417.5A
Authority: DE
Inventors: Hedwig Schick; Dietmar Metz; Stefan Jacob; Herbert Pietrowski; Helmut Neuschwander
Original assignee: Mann and Hummel GmbH; BorgWarner Inc
Current assignee: Mann and Hummel GmbH; BorgWarner Inc
Priority date: 2015-05-06
Filing date: 2015-05-06
Publication date: 2016-11-10
Also published as: JP2016211567A; US20160326998A1; KR20160131912A; CN106121878A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) für ein Aufladesystem eines Verbrennungsmotors (31), umfassend ein Gehäuse (2), in dem an einer Mündung (54) eine Nebenleitung (6) eines Zusatzverdichters (33) in eine Luftleitung (5) des Verbrennungsmotors (31) mündet, eine Verschlusseinrichtung (8) im Gehäuse (2) zum Verschließen der Luftleitung (5) stromauf der Mündung (54), wobei die Verschlusseinrichtung (8) um eine geometrische Drehachse (14) schwenkbar angeordnet ist, und zumindest eine im Gehäuse (2) angeordnete Feder (21), wobei die Feder (21) die Verschlusseinrichtung (8) in Schließrichtung beaufschlagt, und wobei die Verschlusseinrichtung (8) ausschließlich durch die Federkraft der Feder (21) und die Druckverhältnisse stromauf (55) und stromab (56) der Verschlusseinrichtung (8) bewegt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für ein Aufladesystem eines Verbrennungsmotors. Insbesondere wird eine Verschlusseinrichtung in der zum Verbrennungsmotor führenden Luftleitung beschrieben.
Der Stand der Technik kennt die Verwendung von einem oder mehreren Verdichtern zum Aufladen von Verbrennungsmotoren, insbesondere in Kraftfahrzeugen. Die Verdichter können dabei entweder elektrisch betrieben werden oder Bestandteil von Abgasturboladern sein. Abhängig von der Anordnung der unterschiedlichen Verdichter bedarf es dabei Ventile im Ansaugsystem. Vorbekannte Konstruktionen einer Verschlusseinrichtung zeigt die Druckschrift DE 102 45 336 A1 .
Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, eine Vorrichtung für ein Aufladesystem eines Verbrennungsmotors anzugeben, die bei kostengünstiger Herstellung und wartungsarmem Betrieb dauerhaft funktioniert. Insbesondere soll die Verschlusseinrichtung der Vorrichtung reibungsarm öffnen und schließen und gut abdichten.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs. Die abhängigen Ansprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zum Gegenstand.
Somit wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung für ein Aufladesystem eines Verbrennungsmotors. Die Vorrichtung umfasst ein Gehäuse. In dem Gehäuse mündet eine Nebenleitung eines Zusatzverdichters in eine zum Verbrennungsmotor führende Luftleitung.
Die Nebenleitung führt vom Zusatzverdichter in die Luftleitung. Im Rahmen der Erfindung führt die Luftleitung vom Luftfilter bis zum Ansaugkrümmer. Insbesondere der Abschnitt vor dem Ansaugkrümmer wird auch als „Saugrohr” bezeichnet. Wie noch im Detail beschrieben wird, befindet sich in der Luftleitung ein bevorzugter Hauptverdichter. Der Abschnitt der Luftleitung stromauf des Hauptverdichters wird als Ansaugleitung bezeichnet. Der Abschnitt der Luftleitung stromab des Hauptverdichters wird als Hauptladeluftleitung bezeichnet. Die Nebenleitung mündet entweder in die Hauptladeluftleitung oder in die Ansaugleitung.
Die Vorrichtung umfasst ferner eine sich selbst regelnde Verschlusseinrichtung, insbesondere ausgebildet als Klappe. Die Verschlusseinrichtung ist im Gehäuse angeordnet und dient zum Verschließen der Luftleitung, also der Hauptladeluftleitung oder der Ansaugleitung, stromauf der Mündung. Die Verschlusseinrichtung ist innerhalb des Gehäuses derart angeordnet, so dass sie um eine Drehachse schwenkbar ist. Unter „Drehachse” versteht man im Rahmen dieser Erfindung die geometrische Drehachse. Das tatsächliche Bauteil zur Ausgestaltung der Drehachse wird im Rahmen einer vorteilhaften Ausgestaltung als „Welle” beschrieben.
Die Vorrichtung umfasst ferner eine im Gehäuse angeordnete Feder. Die Feder ist ausgebildet, um die Verschlusseinrichtung in Schließrichtung zu beaufschlagen. Durch die Feder wird sichergestellt, dass die Verschlusseinrichtung, solange keine die Verschlusseinrichtung öffnenden Druckverhältnisse vorliegen, am Dichtsitz anliegt. Sobald der Druck in der Nebenleitung entsprechend höher ist als in der Luftleitung, wird die Verschlusseinrichtung in den Dichtsitz gepresst und die Luftleitung verschlossen. Die Feder sorgt also einerseits dafür, dass sich die Verschlusseinrichtung im drucklosen Zustand stets an der richtigen Stelle, nämlich am Dichtsitz befindet, des Weiteren verhindert die Feder ein störendes Klappern der Verschlusseinrichtung, da durch die Feder eine definierte Lage vorgegeben ist.
Es handelt sich erfindungsgemäß um eine sich selbstregelnde Verschlusseinrichtung, da die Verschlusseinrichtung ausschließlich durch die Feder und die Druckverhältnisse bewegt wird. Die Verschlusseinrichtung inkl. der die Verschlusseinrichtung drehbeweglich aufnehmenden Elemente und der Feder sind in dem Gehäuse gekapselt. Keinerlei Elemente ragen dabei aus dem Gehäuse nach außen. Dies hat den Vorteil, dass hier keine Dichtungen notwendig sind. Gleichzeitig ergibt sich somit ein kompakter, im Gehäuse gekapselter Aufbau, Weder im noch außerhalb des Gehäuses ist ein aktives Stellorgan zu Bewegen der Verschlusseinrichtung vorgesehen.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Feder als eine gewickelte Drehfeder ausgebildet ist. Diese Drehfeder ist somit spiralförmig. Die Achse der Drehfeder fällt mit der Drehachse der Verschlusseinrichtung zusammen. Die Drehfeder ist insbesondere aus Draht. Durch solch eine Drehfeder ist ein kostengünstiger Aufbau gewährleistet. Gleichzeitig sorgt die Drehfeder für eine wartungsfreie und dauerhafte Funktion der Verschlusseinrichtung.
Besonders bevorzugt weist die Drehfeder eine Spiralform auf und wirkt gleichzeitig als Druckfeder in Axialrichtung. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem die einzelnen Windungen der Drehfeder nicht aneinander anliegen, sondern voneinander beabstandet sind. Somit hat die Drehfeder bevorzugt zwei Funktionen: Gemäß der ersten Funktion beaufschlagt die Drehfeder die Verschlusseinrichtung in Drehrichtung. Gemäß der zweiten Funktion beaufschlagt die Drehfeder die Verschlusseinrichtung in Axialrichtung. Durch die axiale Beaufschlagung wird ein Spiel der Verschlusseinrichtung in Axialrichtung vermieden und es ist stets ein axialer Anschlag gewährleistet.
An zumindest einem axialen Anschlag der Welle ist eine besonders reibungsarme Lagerung ausgebildet. Insbesondere handelt es sich hierbei um den unteren axialen Anschlag der Welle. An diesem axialen Anschlag ist (i) eine Kugel angeordnet, oder (ii) ein Zapfen am Gehäuse oder an der Welle ausgebildet, oder (iii) eine Spitze am Gehäuse oder an der Welle ausgebildet. Die Kugel, der Zapfen oder die Spitze sorgen hier für eine Zentrierung der Welle und gleichzeitig für eine sehr geringe Auflagefläche gegenüber dem Gehäuse. Dadurch wird ein sehr geringes Reibmoment im axialen Anschlag der Welle erreicht.
Wie bereits beschrieben, fungiert die Drehfeder vorteilhafterweise auch als Druckfeder. Diese Druckfeder drückt die Verschlusseinrichtung samt Welle in den axialen reibungsarmen Anschlag mit der Kugel, dem Zapfen oder der Spitze.
Des Weiteren ist bevorzugt ein erstes Lagerbauteil zur drehbeweglichen Abstützung der Welle vorgesehen. Das erste Lagerbauteil befindet sich vorteilhafterweise an dem reibungsarmen Anschlag, also vorteilhafterweise an der unteren Seite der Welle. Zwischen der Welle und dem ersten Lagerbauteil ist vorteilhafterweise eine Gleitlagerung ausgebildet.
Das erste Lagerbauteil wird bevorzugt über ein elastisches Element im Gehäuse fixiert. Dieses elastische Element ist insbesondere ein die Drehachse umgebender O-Ring.
Die elastische Aufnahme des unteren Lagerbauteils sichert eine Lagerspielrundheit gegenüber der Rundheit der Lageraufnahme im Gehäuse. Gleichzeitig sorgt das elastische Element für eine Dämpfung der Welle. Weiterhin kann sich die Welle durch das federnde elastische Element verlagern, was eine bessere Anlage der Verschlusseinrichtung am Dichtsitz ermöglicht. Daraus resultiert eine höhere Dichtheit.
Darüber hinaus ist bevorzugt ein zweites Lagerbauteil zur drehbeweglichen Abstützung der Welle vorgesehen. Insbesondere befindet sich das zweite Lagerbauteil am oberen Ende der Welle. Die Drehfeder wird insbesondere zwischen dem zweiten Lagerbauteil und der Verschlusseinrichtung auf der Welle angeordnet. Das zweite Lagerbauteil wird vorteilhafterweise formschlüssig in das Gehäuse eingeschoben. Dies ermöglicht eine einfache und kostengünstige Montage, da so die komplette Einheit aus Verschlusseinrichtung, Welle, Drehfeder und Lagerbauteile in das Gehäuse eingeschoben werden kann.
Die Drehfeder weist vorteilhafterweise zwei Schenkel auf. Der eine Schenkel stützt sich direkt am zweiten Lagerbauteil ab. Hierzu ist vorteilhafterweise ein Loch im zweiten Lagerbauteil vorgesehen. Der Schenkel steckt in diesem Loch.
Der gegenüberliegende Schenkel der Drehfeder stützt sich vorteilhafterweise an der Verschlusseinrichtung ab.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Verschlusseinrichtung einen Teller und einen Befestigungsbereich aufweist. Der Teller und der Befestigungsbereich können einstückig oder als zwei unterschiedliche Bauteile gefertigt werden. Der Befestigungsbereich wird drehfest mit der Welle verbunden. Insbesondere ist der Befestigungsbereich ein relativ dünnes Blech, bevorzugt im Bereich von 0,2 bis 1 mm.
Bevorzugt ist der Befestigungsbereich um einen Winkel α gegenüber dem Teller abgekröpft. Der Winkel α liegt vorteilhafterweise zwischen 10 und 45°, besonders vorzugsweise zwischen 20 und 40°. Die Abkröpfung und die daraus resultierende federnde Gelenkigkeit verbessert die Anlage der Verschlusseinrichtung am Dichtsitz.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass auf der Verschlusseinrichtung, insbesondere auf dem Teller, eine Dichtung angeordnet ist. Die Dichtung ist insbesondere vollständig umlaufend am Umfang der Verschlusseinrichtung ausgebildet. Vorteilhafterweise wird die Dichtung durch Umspritzen des Tellers mit Elastomer hergestellt. Besonders bevorzugt wird als Dichtungsmaterial Silikon-Kautschuk (VMQ), Fluorsilikon (FVMQ) und/oder Niedertemperatur-Fluorokarbon (GLT) verwendet. Dabei wird berücksichtigt, dass diese Materialien nicht nur bei hohen Temperaturen, sondern gerade auch bei sehr niedrigen Temperaturen eine ausreichende Flexibilität und somit eine gute Dichtheit gewährleisten. Beispielsweise bei Verwendung der Verschlusseinrichtung stromauf eines Abgasturboladers sind die Temperaturen relativ niedrig und auch hier muss die ausreichende Flexibilität des Dichtungsmaterials gewährleistet werden.
Der Zusatzverdichter weist bevorzugt einen Elektromotor zum Antreiben des Zusatzverdichterrades auf. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass stromauf der Verschlusseinrichtung die Niederdruckseite des Zusatzverdichters abzweigt. Die Druckseite des Zusatzverdichters mündet stromab der Verschlusseinrichtung in die Luftleitung. Es handelt sich somit um eine Bypass-Verschlusseinrichtung des Zusatzverdichters.
Ferner ist bevorzugt ein Hauptverdichter vorgesehen. Der Hauptverdichter ist insbesondere Bestandteil eines Abgasturboladers. Das Hauptverdichterrad des Hauptverdichters ist entweder stromauf oder stromab der Verschlusseinrichtung angeordnet und verdichtet die Luft in der Luftleitung.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass zumindest ein akustischer Dämpfer in der Nebenleitung stromauf des Zusatzverdichters angeordnet ist, und/oder zumindest ein akustischer Dämpfer in der Nebenleitung stromab des Zusatzverdichters angeordnet ist, und/oder zumindest ein akustischer Dämpfer in der Luftleitung stromauf des Hauptverdichters angeordnet ist, und/oder zumindest ein akustischer Dämpfer in der Luftleitung stromab des Hauptverdichters angeordnet ist.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigt:
1 eine schematische erste Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel in Verbindung mit einem Verbrennungsmotor,
2 eine schematische zweite Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel in Verbindung mit einem Verbrennungsmotor,
3 die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel,
4 die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel mit geöffnetem Deckel,
5 die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel mit geschlossener Verschlusseinrichtung,
6 die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel mit geöffneter Verschlusseinrichtung,
7, 7a und 7b die Verschlussanordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel in Explosionsdarstellung,
8, 9 die Verschlusseinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel, und
10 die Drehfeder der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel.
Im Folgenden werden anhand der 1 und 2 zwei unterschiedliche Anordnungen 30 beschrieben. In diesen Anordnungen 30 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 an unterschiedlichen Positionen angeordnet.
1 zeigt einen Verbrennungsmotor 31 in einem Kraftfahrzeug mit einem Ansaugkrümmer 32. Von einem Luftfilter 37 führt eine Luftleitung 5 über ein Luftmassenmessgerät 38 und einen Ladeluftkühler 36 bis zum Ansaugkrümmer 32. Zwischen dem Ladeluftkühler 36 und dem Ansaugkrümmer 32 ist eine Drossel 53 angeordnet. Ein Hauptverdichter 34 unterteilt die Luftleitung 5 in eine Ansaugleitung 61 und eine Hauptladeluftleitung 60.
An der Hauptladeluftleitung 60 ist an einer Abzweigung 50 ein Zusatzverdichter 33 angeschlossen. Vom Zusatzverdichter 33 führt eine Nebenleitung 6 (Druckseite des Zusatzverdichters 33) zurück in die Hauptladeluftleitung 60.
Am Bypass zwischen der Abzweigung 50 und einer Mündung 54 der Nebenleitung 6 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 angeordnet. Im gezeigten Beispiel umfasst der Zusatzverdichter 33 ein Zusatzverdichterrad 46, das über einen Elektromotor 47 angetrieben wird.
Stromauf des Zusatzverdichters 33 ist ein Abgasturbolader 35 angeordnet. Der Abgasturbolader 35 umfasst den Hauptverdichter 34. Dieser Hauptverdichter 34 weist ein Hauptverdichterrad 48 auf. Das Hauptverdichterrad 48 wird über ein Turbinenrad 49 angetrieben.
Der Zusatzverdichter 33 und der Hauptverdichter 34 befinden sich zwischen dem Ladluftkühler 36 und dem Luftmassenmessgerät 38.
Eine Abgasstrecke 41 führt vom Verbrennungsmotor 31 zum Turbinenrad 49 des Abgasturboladers 35. Vom Abgasturbolader 35 führt die Abgasstrecke 41 über einen Dieselpartikelfilter 39 zur weiteren Abgasanlage.
Stromab des Dieselpartikelfilters 39 zweigt von der Abgasstrecke 41 eine Niederdruckabgasrückführung 43 ab. Diese führt über einen Abgaskühler 40 in die Ansaugleitung 61 stromauf des Hauptverdichters 34. An der Mündung ist hier ein regelbares Ventil 51 in der Niederdruckabgasrückführung 43 vorgesehen.
Des Weiteren zweigt von der Abgasstrecke 41 stromauf des Turbinenrades 49 eine Hochdruckabgasrückführung 42 ab. Diese mündet stromab der Drossel 53 in die Hauptladeluftleitung 60. In der Hochdruckabgasrückführung 42 ist ein weiteres regelbares Ventil 51 vorgesehen.
In 2 befindet sich der Zusatzverdichter 33, dessen Zusatzverdichterrad 46 elektromotorisch betrieben ist, stromauf des Abgasturboladers 35. Wiederum ist hier die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 in dem den Zusatzverdichter 33 umgehenden Anteil der Luftleitung 5 (Bypass) angeordnet: An der Ansaugleitung 61 ist an der Abzweigung 50 der Zusatzverdichter 33 angeschlossen. Vom Zusatzverdichter 33 führt die Nebenleitung 6 (Druckseite des Zusatzverdichters 33) zurück in die Ansaugleitung 61. Ansonsten entspricht die Anordnung 30 nach 2 der Anordnung 30 nach 1.
In 1 und 2 sind in der Nebenleitung 6 akustische Dämpfer 45 eingezeichnet. Diese akustischen Dämpfer 45 können an unterschiedlichen Stellen und in unterschiedlicher Anzahl in der Nebenleitung 6 und/oder in der Luftleitung 5 verwendet werden.
Insbesondere ist vorgesehen, akustische Breitbanddämpfer zu installieren, um vorrangig die hochfrequenten Anteile über 6 kHz zu dämpfen.
3 zeigt die Vorrichtung 1 im Detail. Die Vorrichtung 1 umfasst ein Gehäuse 2. Das Gehäuse 2 wiederum ist aufgebaut aus einem Gehäusegrundkörper 3 und einem den Gehäusegrundkörper 3 verschließenden Deckel 4. Insbesondere sind Gehäusegrundkörper 3 und Deckel 4 aus Kunststoff gefertigt. Für einen dichten Verschluss des Deckels 4 wird der Deckel 4 vorteilhafterweise mit dem Gehäusegrundkörper 3 verklebt oder verschweißt.
Das Gehäuse 2 bildet einen Abschnitt der Luftleitung 5, insbesondere der Hauptladeluftleitung 60 (gemäß 1) oder der Ansaugleitung 61 (gemäß 2). Im Bereich des Deckels 4 ist eine Mündung 54 der Nebenleitung 6 in die Luftleitung 5 ausgebildet.
4 zeigt die Vorrichtung 1 ohne Deckel 4. Anhand dieser Darstellung ist zu sehen, dass im Bereich der Mündung 54 eine Verschlussanordnung 7 vorgesehen ist. Die Verschlussanordnung 7 umfasst eine Verschlusseinrichtung 8. Die Verschlusseinrichtung 8 wird auch als Klappe 8 bezeichnet. Gemäß 4 ist die Verschlusseinrichtung 8 geschlossen und verschließt den Bypass in der Luftleitung 5. Betrachtet man die Darstellung in 1 oder 2, so erkennt man, dass es sich bei diesem Abschnitt der Luftleitung 5 um einen Bypass handelt. Dementsprechend kann die Verschlusseinrichtung 8 auch als Bypass-Verschlusseinrichtung bezeichnet werden.
5 und 6 zeigen die Vorrichtung 1 in einer Schnittdarstellung. Gemäß 5 ist die Verschlusseinrichtung 8 geschlossen. Wenn der in 1 dargestellte Verdichter 33 aktiv ist und gleichzeitig der Abgasturbolader 35 keinen oder nur einen sehr geringen Druck erzeugt, unterstützt der Überdruck einer Feder 21 (s. 7) beim dichten Schließen der Verschlusseinrichtung 8. Dadurch wird sichergestellt, dass die Ladeluft in die richtige Richtung, nämlich zum Verbrennungsmotor 31 gefördert wird. Die Verschlusseinrichtung 8 bewegt sich abhängig von einer Federkraft der Feder 21 und dem Druckverhältnis stromauf 55 und stromab 56 der Verschlusseinrichtung 8.
6 zeigt die Verschlusseinrichtung 8 in geöffneter Stellung. Wenn der Abgasturbolader 35 entsprechend hohen Druck erzeugt, öffnet sich die Verschlusseinrichtung 8.
7 zeigt in einer Explosionsdarstellung die genaue Ausgestaltung der Verschlussanordnung 7. Sämtliche in 7 dargestellten Bauteile sind innerhalb des Gehäuses 2 angeordnet und somit durch das Gehäuse 2 gekapselt. Keines der Bauteile ragt durch das Gehäuse 2 nach außen. Des Weiteren gibt es keine aktiven Stellorgane zum Bewegen der Verschlussanordnung 7.
Gemäß 7 ist die Verschlusseinrichtung 8 um eine Drehachse 14 drehbeweglich angeordnet. Für diese drehbewegliche Anordnung wird eine Welle 13 verwendet. Die Verschlusseinrichtung 8 ist drehfest mit der Welle 13 verbunden. Die Welle 13 wiederum ist drehbeweglich gegenüber dem Gehäuse 2 gelagert. Die Verschlusseinrichtung 8 umfasst einen Teller 9, eine Dichtung 10 und einen Befestigungsbereich 11 mit einem Überstand 12. Die Nebenleitung 6 mündet mit spitzen Winkel in die Luftleitung 5 (Hauptladeluftleitung 60 gemäß 1 oder Ansaugleitung 61 gemäß 2). Die Welle 13 befindet sich in diesem spitzen Winkel, also zwischen der Nebenleitung 6 und der Luftleitung 5.
Der Teller 9, beispielsweise aus Kunststoff oder Metall, weist vollumfänglich die aufgespritzte Dichtung 10 auf. Zur Welle 13 hin weist die Verschlusseinrichtung 8 den Befestigungsbereich 11 auf. Der Befestigungsbereich 11 ist insbesondere gebildet durch ein Blech. An der dem Teller 9 abgewandten Seite der Welle 13 steht der Befestigungsbereich 11 mit dem Überstand 12 über die Welle 13 über.
An der Unterseite der Verschlussanordnung 7 ist ein erstes Lagerbauteil 15 vorgesehen. In diesem ersten Lagerbauteil 15 ist das untere Ende der Welle 13 drehbeweglich gelagert.
Das erste Lagerbauteil 15 ist von einem O-Ring 16 (elastisches Element) umgeben. Dadurch ist das erste Lagerbauteil 15 elastisch im Gehäuse 2 gelagert. Zwischen dem ersten Lagerbauteil 15 und dem Befestigungsbereich 11 steckt eine Distanzhülse 18 auf der Welle 13.
Ein unterer axialer Anschlag 57 der Welle 13 liegt auf einer Kugel 17 auf. Die Kugel 17 sorgt für eine reibungsarme Lagerung der Welle 13 gegenüber dem Gehäuse 2.
Gemäß 7a kann anstatt der Kugel 17 auch ein Zapfen 58 am Ende der Welle 13 für den axialen Anschlag 57 verwendet werden. Gemäß 7b wird anstatt der Kugel 17 eine Spitze 59 am Ende der Welle 13 für den axialen Anschlag 57 verwendet. Der Zapfen 58 und die Spitze 59 können zusätzlich oder alternativ auch im Gehäusegrundkörper 3 zur Bildung des reibungsarmen axialen Anschlags 57 ausgebildet werden.
An der Oberseite ist die Welle 13 in einem zweiten Lagerbauteil 19 drehbeweglich gelagert. Das zweite Lagerbauteil 19 wird formschlüssig in das Gehäuse 2 eingeschoben. Durch diesen Formschluss gegenüber dem Gehäuse 2 ist das zweite Lagerbauteil 19 drehfest bezüglich der Drehachse 14 angeordnet. Das zweite Lagerbauteil 19 weist eine Schenkelaufnahme 20 in Form eines Loches auf.
Zwischen dem zweiten Lagerbauteil 19 und dem Befestigungsbereich 11 steckt eine aus Draht gewickelte Feder 21 auf der Welle 13.
Die Feder 21 ist in erster Linie als Drehfeder ausgebildet und weist dementsprechend zwei sich parallel zur Drehachse 14 erstreckende Schenkel 22 auf. Der obere Schenkel 22 steckt in der Schenkelaufnahme 20 des zweiten Lagerbauteils 19. Der untere Schenkel 22 liegt am Überstand 12 der Verschlusseinrichtung 8 an. Bei entsprechend anderer Anordnung kann der untere Schenkel 22 beispielsweise am Befestigungsbereich 11 zwischen der Welle 13 und dem Teller 9 anliegen. Entscheidend ist, dass die Feder 21 angeordnet wird, um die Verschlusseinrichtung 8 in Schließrichtung zu drehen.
Neben ihrer Funktion als Drehfeder fungiert die Feder 21 auch als Druckfeder in Axialrichtung bezüglich der Drehachse 14. 10 zeigt die Feder 21 im Detail. Gemäß 10 sind die einzelnen Wicklungen der Feder 21 mit einem Freiraum 23 voneinander beabstandet. Durch diesen Freiraum 23 kann die Feder 21 auch als Druckfeder in Axialrichtung wirken.
Durch diese Druckfederfunktion wird sichergestellt, dass die Verschlusseinrichtung in einer definierten axialen Lage gehalten wird. Dies gewährleistet eine gute axiale Positionierung, wodurch axiales Wackeln bzw. Schwingen verhindert wird. Außerdem unterstützt die Druckfederfunktion die Dichtigkeit der Verschlusseinrichtung 8, denn die Verschlusseinrichtung 8 und die Weile 13 werden durch die Feder 21 in einer axialen Endlage gehalten. Dadurch wird eine optimale axiale Lage der Verschlusseinrichtung 8 erzeugt, was folglich zu einer optimalen Dichtfunktion zwischen Dichtung 10 und Dichtsitz im Gehäuse 2 führt.
8 und 9 zeigen in zwei unterschiedlichen Ansichten die genaue Ausgestaltung der Verschlusseinrichtung 8. Die Verschlusseinrichtung 8 weist an ihren Umfängen die Radien R1, R2 und R3 auf. Diese Radien R1, R2 und R3 werden entsprechend der geometrischen Ausgestaltung der Luftleitung 5 bzw. des Dichtsitzes in der Luftleitung 5 gestaltet. Die Radien R1 und R2 liegen vorteilhafterweise zwischen 5 und 20 mm. Der Radius R3 liegt vorteilhafterweise zwischen 10 und 40 mm.
Der Befestigungsbereich 11 weist, gemessen parallel zur Drehachse 14, eine Befestigungshöhe H1 auf. Die gesamte Verschlusseinrichtung 8 weist eine Verschlusseinrichtungshöhe H2 auf. Die Befestigungshöhe H1 beträgt vorteilhafterweise höchstens 90%, besonders vorzugsweise höchstens 80%, der Verschlusseinrichtungshöhe H2. Durch diese ausreichend kleine Gestaltung des Befestigungsbereiches 11 haben die beiden Lagerbauteile 15, 19 und die Feder 21 ausreichend Platz und die komplette Konstruktion der Verschlussanordnung 7 wird nicht wesentlich höher als die Verschlusseinrichtungshöhe H2.
8 zeigt ferner eine Dichtungsbreite H3 der auf den Teller 9 aufgebrachten Dichtung. Die Dichtungsbreite H3 beträgt vorteilhafterweise zumindest 5%, insbesondere zumindest 10%, besonders bevorzugt zumindest 20%, der Verschlusseinrichtungshöhe H2, so dass ausreichend Fläche für die Abdichtung zur Verfügung steht.
9 zeigt die Verschlusseinrichtung 8 in Seitenansicht. Dabei ist eine Blechdicke D1 des Befestigungsbereiches 11 eingezeichnet. Des Weiteren zeigt 9 eine Verschlusseinrichtungsdicke D2 des Tellers 9. Die Blechdicke D1 beträgt vorzugsweise höchsten 70%, besonders vorzugsweise höchstens 60%, der Verschlusseinrichtungsdicke D2. Insbesondere liegt die Blechdicke D1 zwischen 0,2 und 1 mm.
Der Befestigungsbereich 11 ist mit einem Winkel α gegenüber dem Teller 9 abgekröpft. Aufgrund der entsprechend geringen Blechdicke D1 und dieser Abkröpfung resultiert eine federnde Gelenkigkeit des Tellers 9 und somit ein besseres Anliegen im Dichtsitz, da ein winkeliger Versatz ausgeglichen werden kann. Die Abkröpfung erfolgt vorteilhafterweise mit einem Radius R4 von 3 bis 10 mm.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Gehäuse
3: Gehäusegrundkörper
4: Deckel
5: Luftleitung
6: Nebenleitung
7: Verschlussanordnung
8: Verschlusseinrichtung
9: Teller
10: Dichtung
11: Befestigungsbereich
12: Überstand
13: Welle
14: Drehachse
15: erstes Lagerbauteil
16: O-Ring
17: Kugeln
18: Distanzhülse
19: zweites Lagerbauteil
20: Schenkelaufnahme
21: Feder
22: Schenkel
23: Freiraum
30: Anordnung
31: Verbrennungsmotor
32: Ansaugkrümmer
33: Zusatzverdichter
34: Hauptverdichter
35: Abgasturbolader
36: Ladeluftkühler
37: Luftfilter
38: Luftmassenmessgerät
39: Partikelfilter
40: Abgaskühler
41: Abgasstrecke
42: Hochdruckabgasrückführung
43: Niederdruckabgasrückführung
45: Akustikdämpfer
46: Zusatzverdichterrad
47: Elektromotor
48: Hauptverdichterrad
49: Turbinenrad
50: Abzweigung
53: Drossel
54: Mündung
55: stromauf
56: stromab
57: axialer Anschlag
58: Zapfen
59: Spitze
60: Hauptluftleitung
61: Ansaugleitung
H1: Befestigungshöhe
H2: Verschlusseinrichtungshöhe
H3: Dichtungsbreite
R1–R4: Radien
D1: Blechdicke
D2: Verschlusseinrichtungsdicke
α: Winkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10245336 A1 [0002]

Claims

Vorrichtung (1) für ein Aufladesystem eines Verbrennungsmotors (31), umfassend – ein Gehäuse (2), in dem an einer Mündung (54) eine Nebenleitung (6) eines Zusatzverdichters (33) in eine Luftleitung (5) des Verbrennungsmotors (31) mündet, – eine Verschlusseinrichtung (8) im Gehäuse (2) zum Verschließen der Luftleitung (5) stromauf der Mündung (54), wobei die Verschlusseinrichtung (8) um eine geometrische Drehachse (14) schwenkbar angeordnet ist, und – zumindest eine im Gehäuse (2) angeordnete Feder (21), wobei die Feder (21) die Verschlusseinrichtung (8) in Schließrichtung beaufschlagt, und wobei die Verschlusseinrichtung (8) ausschließlich durch die Federkraft der Feder (21) und die Druckverhältnisse stromauf (55) und stromab (56) der Verschlusseinrichtung (8) bewegt wird.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (21) durch eine die Drehachse (14) spiralförmig umgebende Drehfeder gebildet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine entlang der Drehachse (14) angeordnete, mit der Verschlusseinrichtung (8) drehende Welle (13).
Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einem axialen Anschlag (57) der Welle (13) für eine reibungsarme Lagerung – eine Kugel (17) angeordnet ist, oder – ein Zapfen (58) am Gehäuse (2) und/oder an der Welle (13) ausgebildet ist, oder – eine Spitze (59) am Gehäuse (2) und/oder an der Welle (13) ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, gekennzeichnet durch ein erstes Lagerbauteil (15) zur drehbeweglichen Abstützung der Welle (13), wobei zwischen dem ersten Lagerbauteil (15) und dem Gehäuse (2) ein elastisches Element, vorzugsweise ein die Drehachse (14) umgebender O-Ring (16), angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet durch ein zweites Lagerbauteil (19) zur drehbeweglichen Abstützung der Welle (13), wobei das zweite Lagerbauteil (19) drehfest in das Gehäuse (2) eingeschoben ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlusseinrichtung (8) einen Teller (9) und einen Befestigungsbereich (11) aufweist, wobei der Befestigungsbereich (11) mit der Welle (13) verbunden ist, und wobei der Befestigungsbereich (11) um einen Winkel (α) gegenüber dem Teller (9) abgekröpft ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Verschlusseinrichtung (8) eine Dichtung (10) zum Abdichten des Dichtsitzes der Verschlusseinrichtung (8) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den Zusatzverdichter (33), wobei der Zusatzverdichter (33) einen Elektromotor (47) zum Antrieb eines Zusatzverdichterrades (46) umfasst.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 9, umfassend einen Hauptverdichter (34), vorzugsweise in einem Abgasturbolader (35), dessen Hauptverdichterrad (48) stromauf oder stromab der Verschlusseinrichtung (8) die Luft in der Luftleitung (5) verdichtet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – zumindest ein akustischer Dämpfer (45) in der Nebenleitung (6) stromauf des Zusatzverdichters (33) angeordnet ist, und/oder – zumindest ein akustischer Dämpfer (45) in der Nebenleitung (6) stromab des Zusatzverdichters (33) angeordnet ist, und/oder – zumindest ein akustischer Dämpfer (45) in der Luftleitung (5) stromauf des Hauptverdichters (34) angeordnet ist, und/oder – zumindest ein akustischer Dämpfer (45) in der Luftleitung (5) stromab des Hauptverdichters (34) angeordnet ist.