DE102016116551B4 - Flange for an exhaust gas turbocharger, exhaust gas turbocharger and motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Flansch (10) für einen Abgasturbolader, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:- der Flansch (10) umfasst einen Ladelufteintritt (11) zum Zuführen von Ladeluft an den Abgasturbolader,- der Flansch (10) umfasst einen Ladeluftaustritt (12) zum Abführen der Ladeluft von dem Abgasturbolader,- der Flansch (10) umfasst eine Venturi-Düse mit einem Abnahmerohr (14) zum Erzeugen eines Unterdruckes,- der Flansch (10) umfasst einen Entlüftungsanschluss (15) zum Entlüften eines Kurbelgehäuses,- die Venturi-Düse verbindet den Ladelufteintritt (11) fluidtechnisch mit dem Ladeluftaustritt (12) und- der Entlüftungsanschluss (15) weist ein Rückschlagventil (18, 19) mit einer zum Ladelufteintritt (11) gerichteten Durchlassrichtung auf.Flange (10) for an exhaust gas turbocharger, characterized by the following features: - the flange (10) comprises a charge air inlet (11) for supplying charge air to the exhaust gas turbocharger, - the flange (10) comprises a charge air outlet (12) for discharging the charge air from the exhaust gas turbocharger, - the flange (10) comprises a Venturi nozzle with a removal pipe (14) for generating a negative pressure, - the flange (10) comprises a vent connection (15) for venting a crankcase, - the Venturi nozzle connects the charge air inlet (11) fluidly with the charge air outlet (12) and - the vent connection (15) has a check valve (18, 19) with a passage direction directed towards the charge air inlet (11).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Flansch für einen Abgasturbolader. Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus einen entsprechenden Abgasturbolader sowie ein Kraftfahrzeug.The present invention relates to a flange for an exhaust gas turbocharger. The present invention also relates to a corresponding exhaust gas turbocharger and a motor vehicle.

Stand der TechnikState of the art

In der Antriebstechnik hinlänglich bekannt sind Abgasturbolader (ATL) für Verbrennungsmotoren insbesondere von Kraftfahrzeugen. Nach aktuellem Stand der Technik sind an diesen eine Venturi-Düse zur Unterdruckerzeugung sowie ein Rückschlagventil im Anschluss zur Kurbelgehäuseentlüftung (KGE) vorgesehen. Über die Venturi-Düse ist eine Verbindung zwischen der Saug- und der Druckseite des Verdichters des Abgasturboladers hergestellt, wobei die Venturi-Düse nach bisher bekannten Lösungen entweder über Schläuche am Abgasturbolader angeschlossen oder direkt in diesen integriert ist. Dies hat allerdings entweder Nachteile bezüglich der Dichtheit oder der Komplexität des Abgasturboladers.Exhaust gas turbochargers (ATL) for internal combustion engines, particularly in motor vehicles, are well known in drive technology. According to the current state of the art, a Venturi nozzle to generate negative pressure and a check valve connected to the crankcase ventilation (KGE) are provided. A connection is established between the suction and pressure sides of the compressor of the exhaust gas turbocharger via the Venturi nozzle, with the Venturi nozzle either being connected to the exhaust gas turbocharger via hoses or integrated directly into it according to previously known solutions. However, this has disadvantages either in terms of the tightness or the complexity of the exhaust gas turbocharger.

In DE 20 2014 002 377 U1 ist ein Kurbelgehäuseentlüftungssystem beschrieben, wobei eine Entlüftungsleitung zwischen dem Kurbelgehäuse und einem Turbolader vorgesehen ist. Am entsprechenden Einlass des Turboladers ist dabei ein Rückschlagventil platziert.In DE 20 2014 002 377 U1 a crankcase ventilation system is described, with a ventilation line being provided between the crankcase and a turbocharger. A check valve is placed at the corresponding inlet of the turbocharger.

In DE 10 2010 051 660 A1 ist ein Kurbelgehäuseentlüftungssystem beschrieben, wobei sich eine Entlüftungsdüse vom Kurbelgehäuse in den Lufteinlassadapter am Turbolader erstreckt.In DE 10 2010 051 660 A1 A crankcase ventilation system is described, with a ventilation nozzle extending from the crankcase into the air inlet adapter on the turbocharger.

In WO 2015 153 439 A1 wird ein Turbolader mit einer Venturi-Düse beschrieben, wobei der Turbolader und die Venturi-Düse in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein können. In einer weiteren Ausführungsform kann die Venturi-Düse auch ins Gehäuse des Turboladers integriert sein.In WO 2015 153 439 A1 a turbocharger with a Venturi nozzle is described, wherein the turbocharger and the Venturi nozzle can be arranged in a common housing. In a further embodiment, the Venturi nozzle can also be integrated into the housing of the turbocharger.

In WO 2016 074 752 A1 wird ein Turbolader für ein Kraftfahrzeug mit einer Bypass-Leitung zwischen Druck- und Saugseite beschrieben. In dieser ist eine Venturi-Düse angeordnet, sodass an dieser ein Unterdruck erzeugt werden kann. Die Bypass-Leitung mit der Venturi-Düse kann dabei ins Gehäuse des Turboladers integriert sein.In WO 2016 074 752 A1 A turbocharger for a motor vehicle is described with a bypass line between the pressure and suction sides. A Venturi nozzle is arranged in this so that a negative pressure can be generated. The bypass line with the Venturi nozzle can be integrated into the housing of the turbocharger.

In DE 10 2012 015 325 A1 wird ein Turbolader für einen Verbrennungsmotor beschrieben, wobei im Verdichter-Gehäuse des Turboladers eine Venturi-Düse angeordnet ist.In DE 10 2012 015 325 A1 A turbocharger for an internal combustion engine is described, with a Venturi nozzle being arranged in the compressor housing of the turbocharger.

DE 35 29 280 C1 , DE 10 2014 018 578 B3 , DE 31 20 739 A1 , DE 10 2011 054 851 A1 , DE 10 2012 220 800 A1 , DE 10 2014 223 765 A1 , DE 601 17 448 T2 , DE 11 2010 000 936 T5 und DE 39 35 789 C2 beschreiben weiteren Stand der Technik. DE 35 29 280 C1 , DE 10 2014 018 578 B3 , DE 31 20 739 A1 , DE 10 2011 054 851 A1 , DE 10 2012 220 800 A1 , DE 10 2014 223 765 A1 , DE 601 17 448 T2 , DE 11 2010 000 936 T5 and DE 39 35 789 C2 describe further state of the art.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung stellt einen Flansch für einen Abgasturbolader, einen Abgasturbolader mit einem solchen Flansch sowie ein entsprechendes Kraftfahrzeug gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereit.The invention provides a flange for an exhaust gas turbocharger, an exhaust gas turbocharger with such a flange and a corresponding motor vehicle according to the independent claims.

Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, das Rückschlagventil zur Kurbelgehäuseentlüftung sowie die Venturi-Düse innerhalb eines Flanschs zu integrieren. Dieser Flansch kann direkt an den Turbolader angeflanscht werden, sodass die beiden Bauteile ihre gewöhnliche Funktion erfüllen können.A basic idea of the invention is to integrate the check valve for crankcase ventilation and the Venturi nozzle within a flange. This flange can be flanged directly to the turbocharger so that the two components can fulfill their normal function.

Ein Vorzug dieser Lösung liegt in ihrer gegenüber bekannten Vorrichtungen geometrisch deutlich einfacheren und besseren Gestaltung. Diese Vorteile gehen mit einer verbesserten Wartbarkeit einher, da die angeschlossene Leitung zur Kurbelgehäuseentlüftung einfach zu öffnen ist. Auch nicht äußerlich erkennbare Beschädigungen insbesondere der Venturi-Düse lassen sich ebenso wie eine unerwünschte Geräuschentwicklung nach dem vorgeschlagenen Ansatz weitgehend ausschließen. Ein erfindungsgemäßer Abgasturbolader genügt somit selbst strengsten gesetzlichen Anforderungen, wie sie von zuständigen staatlichen Behörden wie der Luftreinhaltungskommission Kaliforniens (California Air Resources Board, CARB) an Fahrzeughersteller gestellt werden. Schließlich profitieren bereits konzeptionelle Phasen der Entwicklung von der Kalkulierbarkeit der bauraumabhängigen Anordnung (package).An advantage of this solution lies in its geometrically significantly simpler and better design compared to known devices. These advantages go hand in hand with improved maintainability, as the connected crankcase ventilation line is easy to open. Even damage that is not externally visible, particularly to the Venturi nozzle, as well as undesirable noise development can be largely ruled out using the proposed approach. An exhaust gas turbocharger according to the invention thus meets even the strictest legal requirements, such as those imposed on vehicle manufacturers by responsible state authorities such as the California Air Resources Board (CARB). Ultimately, even conceptual phases of development benefit from the calculability of the space-dependent arrangement (package).

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. So kann der Flansch als druckgegossenes Metallbauteil hoher Biegefestigkeit ausgeführt sein, das selbst bei vergleichsweise hohen Betriebstemperaturen noch belastbar bleibt. In Betracht kommt insbesondere Aluminiumdruckguss: Ein aus geeigneter Gießlegierung gefertigter Flansch hält Temperaturen von bis zu 450 °C stand und erhöht das Gesamtgewicht des Fahrzeugs dank der bekannten Leichtbaueigenschaften seines Grundwerkstoffs nur unwesentlich.Further advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims. The flange can be designed as a die-cast metal component with high bending strength, which remains resilient even at comparatively high operating temperatures. Die-cast aluminum is particularly suitable: a flange made from a suitable casting alloy can withstand temperatures of up to 450 °C and only slightly increases the overall weight of the vehicle thanks to the well-known lightweight construction properties of its base material.

Die Venturi-Düse kann in einer derartigen Ausführungsform der Erfindung durch Bohrungen gebildet werden, welche das Druckgussteil in geeigneter Anordnung durchziehen. Zur äußerlichen Abdichtung der Bohrungen sind in diesem Fall geeignete Verschlussstücke vorzusehen. Zu denken ist beispielsweise an handelsübliche Expander-Dichtstopfen, die einem Betriebsdruck von bis zu 350 bar ausgesetzt werden können.In such an embodiment of the invention, the Venturi nozzle can be formed by bores which pass through the die-cast part in a suitable arrangement. In this case, suitable sealing pieces must be provided to seal the holes externally. Consider, for example, commercially available expander seals plugs that can be exposed to an operating pressure of up to 350 bar.

Zum Verschrauben des erfindungsgemäßen Flansches mit dem Abgasturbolader kommen vorzugsweise Abreißschrauben zum Einsatz. Der Abgasturbolader kann so im Rahmen der Montage nicht durch ein überhöhtes Anzugsdrehmoment überlastet werden, was andernfalls seinen vollständigen Austausch nötig machen würde.Shear bolts are preferably used to screw the flange according to the invention to the exhaust gas turbocharger. This means that the exhaust gas turbocharger cannot be overloaded by excessive tightening torque during assembly, which would otherwise require its complete replacement.

In einer weiteren Ausführungsform mag der Anschluss der Kurbelgehäuse-Leitung mittels einer Kunststoff-Steckverbindung erfolgen. Diese Variante begünstigt eine Kostenreduzierung durch kurze Montagezeiten, kommt angesichts ihrer kompakten Bauweise den beengten Einbauverhältnissen des Abgasturboladers entgegen und verleiht dem Flansch dank integrierter Dichtung eine hohe Zuverlässigkeit. Der Stutzen für den Leitungsanschluss kann in einer solchen Ausgestaltung etwa als Schraublösung ausgeführt sein.In a further embodiment, the crankcase line may be connected using a plastic plug connection. This variant promotes cost reduction through short assembly times, accommodates the limited installation space of the exhaust gas turbocharger due to its compact design and gives the flange a high level of reliability thanks to the integrated seal. In such a configuration, the connector for the line connection can be designed as a screw solution.

Schließlich kann das Rückschlagventil konstruktiv vorteilhaft durch eine Membran umgesetzt werden, welche durch ein zwischen dem Steckverbinder und der Membran in den Entlüftungsanschluss eingepresstes Blech fixiert wird.Finally, the check valve can be implemented in a structurally advantageous manner by a membrane, which is fixed by a sheet metal pressed into the vent connection between the plug connector and the membrane.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.

  • 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Flansch in einer ersten perspektivischen Ansicht.
  • 2 zeigt den Flansch in einer zweiten perspektivischen Ansicht.
  • 3 zeigt den Flansch in einem Halbschnitt.
  • 4 zeigt einen Entlüftungsanschluss des Flansches in einer Explosion.
  • 5 zeigt den Entlüftungsanschluss mit angeschraubtem Stutzen in einem Halbschnitt.
An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below.
  • 1 shows a flange according to the invention in a first perspective view.
  • 2 shows the flange in a second perspective view.
  • 3 shows the flange in a half section.
  • 4 shows a flange vent port in an explosion.
  • 5 shows the ventilation connection with the screwed-on connector in a half section.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 illustriert die grundlegenden konstruktiven Merkmale eines erfindungsgemäß als Aluminium-Druckgussteil gefertigten Flansches (10), der mittels Abreißschrauben unmittelbar am Abgasturbolader beispielsweise eines Kraftfahrzeuges über der Luftführung befestigt werden kann. 1 illustrates the basic design features of a flange (10) manufactured according to the invention as an aluminum die-cast part, which can be attached directly to the exhaust gas turbocharger, for example of a motor vehicle, above the air duct using shear screws.

Wie 2 aus einer auf die Außenseite des Flansches (10) gerichteten Perspektive beleuchtet, spiegelt die Geometrie des Flansches (10) den Ladelufteintritt („Saugseite“ 11) und Ladeluftaustritt („Druckseite“ 12) des Abgasturboladers zum Zubeziehungsweise Abführen der Ladeluft wider.How 2 illuminated from a perspective directed at the outside of the flange (10), the geometry of the flange (10) reflects the charge air inlet (“suction side” 11) and charge air outlet (“pressure side” 12) of the exhaust gas turbocharger for supplying or discharging the charge air.

3 veranschaulicht den Aufbau der in den Flansch (10) integrierten Venturi-Düse anhand einer Halbschnittdarstellung. Gebildet wird diese erkennbar von fünf den Flansch (10) auf der abbildungsgemäß rechten Seite durchziehenden, glattwandigen Bohrungen. Zwei waagerechte zylindrische Bohrungen hierunter verbinden Ladelufteintritt (11) und Ladeluftaustritt (12) fluidtechnisch mit zwei senkrecht verlaufenden kegelstumpfförmigen Bohrungen. Diese gegeneinander ausgerichteten Konen wiederum münden an der Stelle ihres jeweils geringsten Durchmessers von oben beziehungsweise unten in ein waagerechtes Abnahmerohr (14). An dieser gemeinsamen Engstelle stellt sich im Betrieb des Abgasturboladers somit ein größtmöglicher Staudruck bei gleichzeitig geringstmöglichem statischen Druck des Ladeluftstromes ein, der eine in der Strömungsmechanik als Venturi-Effekt bekannte Sogwirkung auf das Abnahmerohr (14) ausübt. Letzteres kann so als Unterdruckdose zur Versorgung des Bypass-Ventiles oder anderer pneumatischer Stellantriebe oder Messfühler des Fahrzeuges dienen. Um einen unterwünschten Druckausgleich an anderer Stelle des Leitungssystems zu unterbinden, sind die Bohrungen äußerlich mit Expander-Dichtstopfen (13) fluiddicht verschlossen. 3 illustrates the structure of the Venturi nozzle integrated into the flange (10) using a half-sectional view. This is clearly formed by five smooth-walled holes running through the flange (10) on the right side as shown in the illustration. Two horizontal cylindrical bores below connect the charge air inlet (11) and charge air outlet (12) fluidly with two vertical, truncated cone-shaped bores. These mutually aligned cones in turn open into a horizontal removal pipe (14) from above or below at the point of their smallest diameter. During operation of the exhaust gas turbocharger, this common bottleneck creates the greatest possible dynamic pressure and at the same time the lowest possible static pressure of the charge air flow, which exerts a suction effect on the intake pipe (14) known in fluid mechanics as the Venturi effect. The latter can serve as a vacuum unit to supply the bypass valve or other pneumatic actuators or sensors in the vehicle. In order to prevent undesirable pressure equalization elsewhere in the line system, the bores are sealed externally in a fluid-tight manner with expander sealing plugs (13).

Die 4 und 5 schließlich lenken in ihrer Zusammenschau die Aufmerksamkeit des Betrachters auf die praktische Umsetzung eines mit integriertem Rückschlagventil (18, 19) ausgestatteten Anschlusses (15) zur Kurbelgehäuseentlüftung über den Ladelufteintritt (11). Die Durchlassrichtung des Rückschlagventiles (18, 19) weist selbstverständlich in Richtung des Ladelufteintrittes (11), um einen unerwünschten Rückstrom von Ladeluft in das Kurbelgehäuse wirksam zu unterbinden.The 4 and 5 Finally, when viewed together, the viewer's attention is drawn to the practical implementation of a connection (15) equipped with an integrated check valve (18, 19) for crankcase ventilation via the charge air inlet (11). The flow direction of the check valve (18, 19) naturally points in the direction of the charge air inlet (11) in order to effectively prevent an undesirable backflow of charge air into the crankcase.

Der Entlüftungsanschluss (15) wird hierbei äußerlich durch eine Kunststoff-Steckverbindung (17) ermöglicht, welche gemeinsam mit dem in 5 dargestellten Anschlussstutzen durch zwei diametrale Schrauben (16) an dem Flansch (10) gehalten wird. Die Membran (19) des Rückschlagventiles (18, 19) ist dabei durch ein in den Entlüftungsanschluss (15) eingepresstes und als Ventilsitz fungierendes Blech (18) fixiert. Es versteht sich, dass eine wirkungsgleiche Rückschlagarmatur auch mittels einer Kugel, Klappe oder eines Kegels realisiert werden mag, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.The ventilation connection (15) is made possible externally by a plastic plug connection (17), which is connected together with the inside 5 The connecting piece shown is held on the flange (10) by two diametrical screws (16). The membrane (19) of the check valve (18, 19) is fixed by a sheet metal (18) which is pressed into the vent connection (15) and acts as a valve seat. It goes without saying that a non-return valve with the same effect can also be implemented using a ball, flap or a cone without departing from the scope of the invention.

Claims (10)

Flansch (10) für einen Abgasturbolader, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - der Flansch (10) umfasst einen Ladelufteintritt (11) zum Zuführen von Ladeluft an den Abgasturbolader, - der Flansch (10) umfasst einen Ladeluftaustritt (12) zum Abführen der Ladeluft von dem Abgasturbolader, - der Flansch (10) umfasst eine Venturi-Düse mit einem Abnahmerohr (14) zum Erzeugen eines Unterdruckes, - der Flansch (10) umfasst einen Entlüftungsanschluss (15) zum Entlüften eines Kurbelgehäuses, - die Venturi-Düse verbindet den Ladelufteintritt (11) fluidtechnisch mit dem Ladeluftaustritt (12) und - der Entlüftungsanschluss (15) weist ein Rückschlagventil (18, 19) mit einer zum Ladelufteintritt (11) gerichteten Durchlassrichtung auf.Flange (10) for an exhaust gas turbocharger, characterized by the following features: - the flange (10) includes a charge air inlet (11) for supplying charge air to the exhaust gas turbocharger, - the flange (10) comprises a charge air outlet (12) for discharging the charge air from the exhaust gas turbocharger, - the flange (10) comprises a Venturi nozzle with a removal pipe (14) for generating a negative pressure, - the flange (10) comprises a ventilation connection (15) for venting a crankcase, - the Venturi nozzle fluidly connects the charge air inlet (11) to the charge air outlet (12) and - the ventilation connection (15) has a check valve (18, 19) with a flow direction directed towards the charge air inlet (11). Flansch (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - der Flansch (10) ist ein Druckgussteil insbesondere aus einer Aluminiumlegierung und - der Flansch (10) wird von Bohrungen durchzogen, welche gemeinsam die Venturi-Düse bilden.flange (10). Claim 1 , characterized by the following features: - the flange (10) is a die-cast part, in particular made of an aluminum alloy and - the flange (10) is traversed by bores which together form the Venturi nozzle. Flansch (10) nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - die Bohrungen weisen äußerlich Verschlussstücke, insbesondere Expander-Dichtstopfen (13) auf.flange (10). Claim 2 , characterized by the following feature: - the bores have external closure pieces, in particular expander sealing plugs (13). Flansch (10) nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - die Bohrungen umfassen zwei koaxiale Konen und - die Konen münden diametral in das Abnahmerohr (14).flange (10). Claim 2 or 3 , characterized by the following features: - the bores include two coaxial cones and - the cones open diametrically into the removal tube (14). Flansch (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - der Flansch (10) weist Abreißschrauben zum Verschrauben mit dem Abgasturbolader auf.Flange (10) according to one of the Claims 1 until 4 , characterized by the following feature: - the flange (10) has shear screws for screwing to the exhaust gas turbocharger. Flansch (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - der Entlüftungsanschluss (15) weist äußerlich eine einen Steckverbinder umfassende Steckverbindung (17) insbesondere aus einem Kunststoff auf.Flange (10) according to one of the Claims 1 until 5 , characterized by the following feature: - the ventilation connection (15) has on the outside a plug connection (17) comprising a plug connector, in particular made of a plastic. Flansch (10) nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - der Entlüftungsanschluss (15) weist Schrauben (16) auf und - die Schrauben (16) befestigen den Steckverbinder an dem Flansch (10).flange (10). Claim 6 , characterized by the following features: - the ventilation connection (15) has screws (16) and - the screws (16) fasten the connector to the flange (10). Flansch (10) nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - das Rückschlagventil (18, 19) umfasst eine Membran (19) und ein Blech (18) und - das Blech (18) ist zwischen dem Steckverbinder und der Membran (19) in den Entlüftungsanschluss (15) eingepresst.flange (10). Claim 6 or 7 , characterized by the following features: - the check valve (18, 19) comprises a membrane (19) and a sheet (18) and - the sheet (18) is pressed into the vent connection (15) between the plug connector and the membrane (19). . Abgasturbolader, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - der Abgasturbolader weist einen Flansch (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auf.Exhaust gas turbocharger, characterized by the following feature: - the exhaust gas turbocharger has a flange (10) according to one of the Claims 1 until 8th on. Kraftfahrzeug, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - das Kraftfahrzeug weist einen Verbrennungsmotor zum Antreiben des Kraftfahrzeuges auf und - das Kraftfahrzeug weist einen Abgasturbolader nach Anspruch 9 zum Aufladen des Verbrennungsmotors auf.Motor vehicle, characterized by the following features: - the motor vehicle has an internal combustion engine for driving the motor vehicle and - the motor vehicle has an exhaust gas turbocharger Claim 9 to charge the combustion engine.
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