-
Die Erfindung betrifft ein Fluidventil einer Ladeluftführung eines Turboladers mit einer Ventilmembran zum wahlweisen Verschließen oder Öffnen einer Ventilöffnung.
-
Eine Ladeluftführung dient bei Brennkraftmaschinen dazu, um Luft zu einem Turbolader bzw. Verdichter zu führen, der der Brennkraftmaschine zugeordnet ist. Bei derartigen Ladeluftführungen ist es bekannt ein Fluidventil einzusetzen, mittels dem luft- bzw. gasführende Leitungen der Ladeluftführung wahlweise zu verschließen sind. Derartige Fluidventile sind bei bestimmten Bauweisen mit einer Ventilmembran versehen, die gegen einen Ventilsitz anzulegen ist und dadurch eine Ventilöffnung verschließen kann. Ein solches Fluidventil ist beispielsweise aus
DE 10 2009 024 697 A1 bekannt.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fluidventil einer Ladeluftführung eines Turboladers mit einer Ventilmembran zum wahlweisen Verschließen oder Öffnen einer Ventilöffnung zu schaffen, dass weitgehend ohne Mehrkosten eine höhere Betriebssicherheit bietet.
-
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem Fluidventil einer Ladeluftführung eines Turboladers mit einer Ventilmembran zum wahlweisen Verschließen oder Öffnen einer Ventilöffnung gelöst, bei dem eine Erwärmungsvorrichtung zum Erwärmen der Ventilmembran vorgesehen ist.
-
Die Erfindung stellt ein Fluidventil für eine Ladeluftführung bereit, insbesondere für eine Frischluftansaugung eines Turboladers an einem Zylinderkopfgehäuse einer Brennkraftmaschine. Die Ladeluftführung schafft insbesondere eine Leitungsführung bzw. Verrohrung zwischen dem Turbolader, einem Kurbelwellengehäuse sowie eines Tankentlüftungssystems einer zugeordneten Brennkraftmaschine. Sie dient damit insbesondere zum Abführen von Blow-By-Gasen aus dem Kurbelwellengehäuse sowie von Kraftstoffdämpfen aus dem zugehörigen Kraftstofftank. Eine solche Leitungsführung wird auch als Verdichter-Eintrittsbogen bezeichnet.
-
Die erfindungsgemäße Lösung schafft weitgehend ohne Mehraufwand eine Einrichtung mittels der die dort durchgeführte Luft aufzuheizen bzw. anzuwärmen ist.
-
Es ist daher mit dem erfindungsgemäßen Fluidventil möglich die Ladeluft vorzuwärmen. Mit dieser Lösung kann daher auf andere Heizelemente an der Ladeluftführung, wie insbesondere bisher verwendete PTC-Heizelemente, verzichtet werden. Ein solches Vorwärmen der Ladeluft ist insbesondere im Startbetrieb der zugehörigen Brennkraftmaschine von Vorteil.
-
Ferner ist mit der Einrichtung ein Ventil, insbesondere ein selbsttätig rückstellendes Ventil bzw. Rückschlagventil geschaffen, welches zielgerecht zum wahlweisen Verschließen der zugehörigen Leitungsführung dient.
-
Im laufenden Betrieb eines Fahrzeugs mit Brennkraftmaschine und Turbolader kann es durch Kondensation von Wassertröpfchen geschehen, dass sich nach dem Abstellen des Fahrzeugs ein feiner Eisfilm in der Ladeluftführung bildet. Ein solcher Eisfilm kann auch zugehörige Bauteile, insbesondere ein dort angeordnetes Fluidventil belegen. Es kann dann zu einem Festfrieren der dortigen Ventilmembran an ihrem Ventilsitz kommen. Mit der erfindungsgemäßen Lösung und dem damit möglichen Erwärmen der Ventilmembran sind derartige Störungen des Betriebs zu verhindern.
-
Ferner dient das erfindungsgemäße direkte Beheizen der Ventilmembran dazu, eine effiziente Wärmeübertragung zwischen der Ventilmembran und dem Ventilsitz zu erreichen. Auf diese Weise wird auch der in der Regel aus elastischem Material hergestellte Ventilsitz erwärmt und damit hinsichtlich seines Abdichtverhaltens flexibler und weicher.
-
Die erfindungsgemäße Erwärmungseinrichtung ist entsprechend vorzugsweise zeitlich begrenzt zu betreiben. Insbesondere ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, mittels der die Erwärmungseinrichtung während des Startbetriebs eines zugehörigen Verbrennungsmotors zu betreiben ist. Die Betriebsdauer beträgt dabei vorzugsweise zwischen 5 Sekunden und 5 Minuten, insbesondere zwischen 1 Minute und 3 Minuten.
-
Die Ventilmembran ist bevorzugt mit einem scheibenförmigen Verschlussabschnitt und mindestens einem zumindest abschnittsweise linienförmigen Halteabschnitt für diesen Verschlussabschnitt gestaltet. Der Verschlussabschnitt ist damit zum Öffnen und Verschließen auch vergleichsweise großer Leitungsquerschnitte geeignet und ist zugleich an dem Halteabschnitt leicht beweglich und zugleich lagegenau angeordnet.
-
Der Halteabschnitt ist dabei bevorzugt zumindest abschnittsweise in Kreisform gestaltet. Der Halteabschnitt kann damit um den Verschlussabschnitt herum angeordnet sein, so dass insgesamt eine kompakte, bauraumsparende Anordnung geschaffen ist. Besonders bevorzugt ist der Halteabschnitt mit mehreren konzentrischen Kreisen bzw. Kreisabschnitten gestaltet, wobei die damit gebildet Kreisform nur einen geringen Flächenbedarf aufweist.
-
Der Halteabschnitt ist vorzugsweise zumindest abschnittsweise in Mäanderform gestaltet. Mit der Mäanderform erstreckt sich der Halteabschnitt über eine große Länge, wodurch mittels des Halteabschnitts ein großflächiger Wärmeeintrag an der zugehörigen Ventilmembran möglich ist. Mittels der Anordnung und Anzahl der derartigen Mäander kann eine höhere oder niedrigere Heizleistung erzielt werden. Die Ventilmembran ist dabei für eine vorteilhafte Wärmeleitung und -einbringung bevorzugt mit einer Membrandicke zwischen 0,1 und 0,2 mm gestaltet.
-
Besonders bevorzugt ist an dem erfindungsgemäßen Fluidventil die Erwärmungseinrichtung als Bestromungseinrichtung gestaltet. Mittels der Bestromungseinrichtung ist es möglich durch die Ventilmembran und insbesondere durch deren Halteabschnitt einen elektrischen Strom zu leiten. Der derart fließende Strom erzeugt beim Durchleiten bei entsprechender Gestaltung der Querschnitte der Leitung einen Wärmeeintrag in die Ventilmembran. Der Wärmeeintrag kann dabei durch Gestaltung der Leitungsquerschnitte, der Stromstärke, der Spannung sowie auch der Taktung und der zeitlichen Abfolge der Bestromung einfach beeinflusst werden.
-
Besonders bevorzugt ist die Bestromungseinrichtung mit Gleichspannung zu betreiben. Alternativ ist aber auch eine Bestromung mittels Wechselspannung möglich. Die Gleichspannung wird vorteilhaft kontinuierlich, insbesondere mittels einer konstanten Stromversorgung, bereitgestellt. Als Stromversorgung kann dann in einfacher Weise eine herkömmlich übliche Batterie des zugehörigen Fahrzeugs dienen.
-
Die erfindungsgemäße Ventilmembran ist besonderes bevorzugt aus Edelstahl hergestellt. Dies ist sowohl hinsichtlich des Schließ- und Öffnungsverhaltens, der Wärmeleitung und der Widerstandsfähigkeit gegenüber Umgebungseinflüssen von Vorteil. Ein bevorzugtes Edelstahl-Material ist Federstahl des Typs 1.4310.
-
Der Ventilsitz des erfindungsgemäßen Fluidsventils ist bevorzugt aus Kunststoff gestaltet. Auf diese Weise ist eine weitestgehend fluiddichte Abdichtung der Ventilmembran am Ventilsitz möglich. Weil Kunststoff ein vergleichsweise schlechter Wärmeleiter ist, ist mit dem derartigen Ventilsitz sichergestellt, dass der erfindungsgemäß vorgesehene Wärmeeintrag auf die Ventilmembran selbst begrenzt bleibt.
-
Die Erfindung ist ferner entsprechend auch auf eine Verwendung eines derartigen erfindungsgemäßen Fluidventils in einem Ladelufteintrittsbogen eines Turboladers gerichtet. Der Ladelufteintrittsbogen dient zur Führung von Luft in Richtung des zugehörigen Abgasturboladers.
-
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer Ladeluftführung mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fluidventils im teilweise demontierten Zustand,
- 2 eine Draufsicht einer Ventilmembran, wie sie bei dem Fluidventil gemäß 1 verbaut ist,
- 3 den Schnitt III - III gemäß 1 bei geschlossenem Fluidventil,
- 4 den Schnitt III - III gemäß 1 bei geöffnetem Fluidventil,
- 5 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Ventilmembran mit vorgeschaltetem PTC-Element und
- 6 einen Längsschnitt der Ventilmembran gemäß 5 sowie einem zugehörigen Flanschanschluss.
-
In 1 ist ein Teil einer Ladeluftführung 10 dargestellt, die mit einem Gehäuse 12 gebildet ist. An das Gehäuse 12 ist ein Flanschanschluss 14 angekoppelt. Mit dem Gehäuse 12 ist bezogen auf 1 unten eine Ansaugleitung 16 eines weiter nicht dargestellten Turboladers gebildet. Der Flanschanschluss 14 umfasst seinerseits bezogen auf 1 oben einen ersten stutzenförmigen Anschluss für eine Kurbelwellengehäuseleitung 18 sowie einen zweiten stutzenförmigen Anschluss für eine Tankentlüftungsleitung 20.
-
Der Flanschanschluss 14 ist dabei in eine im Gehäuse 12 ausgebildete Gehäusedurchgangsöffnung 22 eingesetzt, in der sich eine Stufe 24 befindet.
-
An der Stufe 24 ist eine Ventilmembran 26 in die Gehäusedurchgangsöffnung 22 eingelegt. Die Ventilmembran 26 liegt dabei im eingesetzten und unverformten Zustand an einem ringförmigen Ventilsitz 28 an, der auf die Ventilmembran 26 folgend ebenfalls in die Gehäusedurchgangsöffnung 22 eingesetzt und dort von dem Flanschanschluss 14 zurückgehalten ist. Der Ventilsitz 28 ist aus elastischem Kunststoff hergestellt und weist in Richtung zur Ventilmembran 26 eine umlaufende, kreisförmige Dichtkante 30 auf. Die Dichtkante 30 umschließt eine Ventilöffnung 31.
-
Mit der Ventilmembran 26 und dem derartigen Ventilsitz 28 ist auf diese Weise ein Fluidventil 32 gestaltet.
-
Die Ventilmembran 26 ist in 2 näher veranschaulicht. Sie ist insgesamt im Wesentlichen kreisförmig gestaltet und weist eine Dicke von 1,5 mm auf. Sie ist aus Edelstahl mittels eines Stanzverfahrens hergestellt. Sie weist im Zentrum einen ebenfalls im Wesentlichen kreisförmigen Verschlussabschnitt 34 auf, der bei verschlossenem Fluidventil 32 mit seinem äußeren Randbereich an der Dichtkante 30 des Ventilsitzes 28 zum Anliegen kommt. Der Verschlussabschnitt 34 verschließt auf diese Art wahlweise die Gehäusedurchgangsöffnung 22.
-
Der Verschlussabschnitt 34 ist radial außen von einem Halteabschnitt 36 umgeben, der den Verschlussabschnitt 34 kreisförmig umgibt. Der Halteabschnitt 26 ist mit zwei Leiterbahnen gestaltet, von denen sich eine bezogen auf 2 über die linke Hälfte der Ventilmembran 26 und die andere über die rechte Hälfte der Ventilmembran 26 erstreckt. Die Leiterbahnen beginnen an je einem ersten bzw. zweiten elektrischen Stromanschluss 38 bzw. 40, die bezogen auf 2 oben nach radial außen von der Ventilmembran 26 abstehen. Die Stromanschlüsse 38 und 40 durchsetzen dabei das Gehäuse 12, so dass sie von außen mittels einer (nicht dargestellten) Bestromungseinrichtung elektrisch kontaktiert und mit elektrischem Gleichstrom versorgt werden können.
-
An die Stromanschlüsse 38 bzw. 40 schließt sich je ein radial äußerer, erster Kreisabschnitt 42 an, von dem nahe des Stromanschlusses 38 bzw. 40 ein zweiter Kreisabschnitt 44 nach radial innen abzweigt. Der zweite Kreisabschnitt 44 erstreckt sich dann bezogen auf 2 unten weiter nach radial innen bis an den Verschlussabschnitt 34. Der Verschlussabschnitt 34 ist auf diese Weise bezogen auf 1 unten und damit diametral gegenüber von den Stromanschlüssen 38 und 40 an den Enden der zweiten Kreisabschnitt 44 schwenkbar gehalten.
-
Die Kreisabschnitt 42 und 44 sind dabei konzentrisch zueinander und auch konzentrisch zu dem Verschlussabschnitt 34 angeordnet. Sie bilden zusammen eine Mäanderform, mit der sich ein vergleichsweise lange Lauflänge für den durch sie hindurchströmenden elektrischen Strom ergibt. Zugleich bilden die radial äußeren Kreisabschnitt 44 eine Art Ringform, mittels der die radial inneren Kreisabschnitte 42 und mit ihnen der Verschlussabschnitt 34 an der Stufe 24 zwischen dem Gehäuse 12 und dem Ventilsitz 28 ortsfest gehalten sind. Der Verschlussabschnitt 34 ist dabei an den Endbereichen der Kreisabschnitte 42 schwenkbar, weil sich diese aufgrund der federnden Eigenschaft ihres Edelstahlmaterials elastisch verformen lassen.
-
Mit einem Anlegen von elektrischer Spannung an den beiden Stromanschlüssen 38 und 40 stellt sich ferner ein elektrischer Strom durch die zweiten Kreisabschnitt 42 und durch den bezogen auf 2 unteren Randbereich des Verschlussabschnittes 34 ein. Dieser Stromfluss führt zu einem Erwärmen dieser Bauteile und damit zu einem Erwärmen dieses ringförmigen Bereichs innerhalb des Gehäuses 12.
-
Im Flanschanschluss 14 ist in dessen rohrförmigen Bereich zwischen dem Fluidventil 32 und den Anschlüssen für die Kurbelwellengehäuseleitung 18 und die Tankentlüftungsleitung 20 eine ebenfalls rohrförmige, metallische Hülse 46 koaxial eingesetzt. Radial außen ist die Hülse 46 von mehreren PTC-Elementen 48 umgeben, die als Heizeinrichtung für die Hülse 46 dienen. Auf diese Weise kann mit der Hülse 46 das durch den Flanschanschluss 14 strömende Fluid neben der Ventilmembran 26 zusätzlich aufgeheizt werden. Der aus Kunststoff hergestellte Ventilsitz 28 dient dabei als thermische Isolierung zwischen der Ventilmembran 26 und der Hülse 46.
-
In 5 und 6 ist ein Ausführungsbeispiel einer Ventilmembran 26 dargestellt, bei der an den Stromanschlüssen 38 und 40 ein PTC-Element 50 vorgeschaltet ist. Das PTC-Element 50 befindet sich dabei in einer Reihenschaltung zu dem Halteabschnitt 36 der Ventilmembran 26. Das PTC-Element 50 ist dabei vorzugsweise derart ringförmig gestaltet, dass es im Inneren des Flanschanschlusses 14 angeordnet und dort von Fluid umströmt werden kann. Insbesondere ist das PTC-Element 50 dabei konzentrisch zum Flanschanschluss 14 angeordnet. Besonders bevorzugt ersetzt das derartige PTC-Element 50 die in den 3 und 4 gezeigten PTC-Elemente 48. Es ist dann also radial außen um die Hülse 46 herum angeordnet oder ersetzt auch diese.
-
Das PTC-Element 50 und seine Leitungsanbindung sind vorzugsweise einteilig mit der Ventilmembran 26 verbaut und auf diese Weise als ein Bauteil in das Gehäuse 12 zu montieren.
-
PTC-Elemente haben bekanntlich die Eigenschaft, dass sich mit steigender Temperatur ihr Widerstand erhöht. Das PTC-Element 50 dient daher hier vorteilhaft als Leistungsregler und Strombegrenzer für die Ventilmembran 26. Zugleich kann das PTC-Element 50, wenn es im Inneren des Flanschanschlusses 14 angeordnet ist, als Zusatzheizung für das dort strömende Fluid dienen. Das PTC-Element 50 dient also zum einen als Heizeinrichtung in der Fluidleitung und zum anderen als Regeleinrichtung für die ebenfalls als Heizung wirkenden Ventilmembran 26.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Ladeluftführung
- 12
- Gehäuse
- 14
- Flanschanschluss
- 16
- Ansaugleitung
- 18
- Kurbelwellengehäuseleitung
- 20
- Tankentlüftungsleitung
- 22
- Gehäusedurchgangsöffnung
- 24
- Stufe
- 26
- Ventilmembran
- 28
- Ventilsitz
- 30
- Dichtkante
- 31
- Ventilöffnung
- 32
- Fluidventil
- 34
- Verschlussabschnitt
- 36
- Halteabschnitt
- 38
- Stromanschluss
- 40
- Stromanschluss
- 42
- Kreisabschnitt
- 44
- Kreisabschnitt
- 46
- Hülse
- 48
- PTC-Element
- 50
- PTC-Element
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102009024697 A1 [0002]
