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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Turbolader-Betätigungswellen-Abgasleckeindämmungsverfahren.
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HINTERGRUND UND ZUSAMMENFASSUNG
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Der folgende Abschnitt bietet Hintergrundinformationen zur vorliegenden Offenbarung, wobei es sich nicht notwendigerweise um den Stand der Technik handelt.
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Ein Verbrennungsmotor kann einen Turbolader verwenden, um die Dichte der Luft zu erhöhen und folglich die Menge an Luft, die in den Motor eintritt. Die erhöhte Menge an Luft ermöglicht es, mehr Kraftstoff in den Motor einzuspritzen, wodurch die Motorleistung erhöht wird. Ein Turbolader beinhaltet im Allgemeinen eine Turbine, einen Luftkompressor und eine Welle, welche die Turbine mit dem Luftkompressor verbindet. Die Turbine wird durch Abgas angetrieben, das von einem Abgaskrümmer strömt. Der Luftkompressor wird durch die Turbine angetrieben um die Luft zu komprimieren, die in einen Ansaugkrümmer eintritt.
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Hocheffiziente Turbolader können zur Erhöhung der Leistung und Effizienz variable Geometriesysteme einsetzen. Herkömmliche Turbinen mit variabler Geometrie können ein Element mit variabler Geometrie beinhalten, wie beispielsweise einen Satz von beweglichen Schaufeln oder einen Düsenring, die verwendet werden, um den Druck des durch die Turbine strömenden Abgases zu steuern. Der Abgasstrom ist bei niedrigen Motordrehzahlen niedrig. Im Falle eines beweglichen Schaufelsystems richten die beweglichen Flügel die Bahn des Abgases, das sich den Schaufeln des rotierenden Turbinenrades nähert, um so die Impulsänderung des Gases zu variieren, während es das Turbinenrad passiert. Das Drehmoment, das dem Rad vermittelt wird, variiert die Drehzahl des Turbinenrades. Eine indirekte Wirkung der Veränderung des Schaufelwinkels und der Änderung der Arbeit ist die Änderung des Turbinenansaugdrucks bei einer gegebenen Durchflussrate.
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Im Falle eines beweglichen Düsenrings ist der Ring konzentrisch zur Drehachse der Turbine bewegbar, um den Bereich des Düseneintritts zu reduzieren oder zu vergrößern, um den Wirkungsgrad der Turbine auf der Basis des Motors zu optimieren.
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Turbinen mit variabler Geometrie beinhalten im Allgemeinen ein Stellglied zum Variieren der Geometrie des Turbinensystems. Das Stellgliedsystem kann ein elektromechanisches Stellglied oder Servomotor beinhalten, das antriebsmäßig mit einer Betätigungswelle oder einem Arm verbunden ist, der durch das Turboladergehäuse zum Einstellen der Turbine mit variabler Geometrie hindurchtritt. Aufgrund der hohen Temperatur des Turbinengehäuses sind Wellenabdichtungen außerstande, die Betätigungswelle hinsichtlich der Langlebigkeit ausreichend abzudichten.
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Dementsprechend ist ein Verbrennungsmotor mit einem Turbolader mit einer Turbine mit variabler Geometrie versehen, die eine Betätigungswelle oder einen Arm aufweist, der durch das Turboladergehäuse hindurchtritt. Die Betätigungswellenöffnung wird zum Motorkurbelgehäuse zum Ableiten von Abgasen entlüftet, die durch die Betätigungswellenöffnung zum Kurbelgehäuse gelangen.
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Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hierin dargebotenen Beschreibung ersichtlich. Die Beschreibung und speziellen Beispiele in dieser Zusammenfassung dienen ausschließlich zum Veranschaulichen und sollen keinesfalls den Umfang der vorliegenden Offenbarung einschränken.
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ZEICHNUNGEN
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Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen ausschließlich dem Veranschaulichen ausgewählter Ausführungsformen und stellen nicht die Gesamtheit der möglichen Realisierungen dar und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.
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1 ist eine schematische Darstellung einer Motoranordnung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
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2 ist eine schematische Schnittdarstellung der Betätigungswelle, die sich durch das Turboladergehäuse erstreckt; und
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3 ist eine schematische Schnittdarstellung eines Turboladers, der einen Abgaskanal mit einem Abgasrückhaltekanal aufweist, der mit einem Kurbelgehäuse gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung verbunden ist.
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Ähnliche Bezugszeichen geben in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen ähnliche Bauabschnitte an.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Es werden nun exemplarische Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlicher beschrieben.
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Es werden exemplarische Ausführungsformen bereitgestellt, damit diese Offenbarung gründlich ist und den Fachleuten deren Umfang vollständig vermittelt. Es werden zahlreiche spezifische Details dargelegt, wie etwa Beispiele für spezifische Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren, um ein tiefgreifendes Verständnis für die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu vermitteln. Fachleute werden erkennen, dass spezifische Details möglicherweise nicht erforderlich sind, dass exemplarische Ausführungsformen in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden können und dass keine der Ausführungsformen dahingehend ausgelegt werden soll, dass sie den Umfang der Offenbarung einschränkt. In manchen exemplarischen Ausführungsformen sind wohlbekannte Verfahren, wohlbekannte Vorrichtungsstrukturen und wohlbekannte Techniken nicht ausführlich beschrieben.
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Die hier verwendete Terminologie dient ausschließlich der Beschreibung bestimmter exemplarischer Ausführungsformen und soll in keiner Weise einschränkend sein. Die hier verwendeten Singularformen, z. B. „ein“, „der/die/das“, schließen ggf. auch die Pluralformen ein, sofern der Kontext dies nicht klar ausschließt. Die Begriffe „umfasst“, „beinhaltend“, „einschließlich“ und „hat“ sind nicht ausschließlich und geben daher das Vorhandensein der angegebenen Funktionen, ganzheitlichen Einheiten, Schritte, Vorgänge, Elemente und/oder Bauteile an, schließen aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen von weiteren Funktionen, ganzheitlichen Einheiten, Schritten, Vorgängen, Elementen, Bauteilen und/oder Gruppen hiervon aus. Die hier beschriebenen Verfahrensschritte, Prozesse und Vorgänge sind nicht so auszulegen, dass die beschriebene oder dargestellte Reihenfolge unbedingt erforderlich ist, sofern dies nicht spezifisch als Reihenfolge der Ausführung angegeben ist. Es sei außerdem darauf hingewiesen, dass zusätzliche oder alternative Schritte angewendet werden können.
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Wenn Elemente oder Ebenen als „an/auf“, „in Verbindung mit“, „verbunden mit“ oder „gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer Ebene beschrieben werden, können sie entweder direkt mit anderen Elementen oder Ebenen in Verbindung stehen oder gekoppelt sein oder es können zwischenliegende Elemente oder Ebenen vorhanden sein. Wenn ein Element im Gegenzug als „direkt an/auf“, „direkt in Verbindung mit“ oder „direkt gekoppelt mit“ anderen Elementen oder Ebenen beschrieben wird, sind ggf. keine zwischenliegenden Elemente oder Ebenen vorhanden. Andere Wörter, die zum Beschreiben des Verhältnisses zwischen Elementen verwendet werden, sind in gleicher Weise zu verstehen (z. B. „zwischen“ und „direkt zwischen“, „angrenzend“ und „direkt angrenzend“ usw.). Der Begriff „und/oder“ schließt alle Kombinationen der zugehörigen aufgelisteten Elemente ein.
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Obwohl die Begriffe erste, zweite, dritte usw. hierin verwendet werden können um verschiedene Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Abschnitte zu beschreiben, sollten diese Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Abschnitte nicht durch diese Begriffe beschränkt werden. Diese Begriffe können nur verwendet werden, um ein Element, eine Komponente, Region, Schicht oder einen Abschnitt von einem anderen Bereich, Schicht oder Abschnitt zu unterscheiden. Begriffe, wie „erste“, „zweite“, und andere Zahlenbegriffe, wenn hier verwendet, implizieren keine Sequenz oder Reihenfolge, es sei denn, dies wird eindeutig durch den Kontext angegeben. Somit könnte ein weiter unten erläutertes erstes Element, Komponente, Bereich, Schicht oder Abschnitt als ein zweites Element, Komponente, Bereich, Schicht oder Abschnitt bezeichnet werden, ohne von den Lehren der exemplarischen Ausführungsformen abzuweichen.
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Raumbezogene Begriffe, wie „innere“, „äußere“, „unterhalb“, „unter“, „untere“, „über“, „obere“ und dergleichen können hier zur besseren Beschreibung der Beziehung von einem Element oder einer Ausrüstung zu anderen Elementen oder Eigenschaften, wie in den Figuren dargestellt, verwendet werden. Räumlich relative Begriffe können bezwecken, unterschiedliche Ausrichtungen der Vorrichtung im Gebrauch oder Betrieb neben der in den Figuren dargestellten Orientierung zu umspannen. Wird beispielsweise die Vorrichtung in den Figuren umgedreht, würden Elemente, die als „unterhalb” von oder „unter” anderen Elementen oder Eigenschaften beschrieben werden, dann „oberhalb” anderer Elemente oder Eigenschaften ausgerichtet sein. Daher kann der Beispielbegriff „unterhalb” sowohl eine Orientierung von oberhalb als auch von unterhalb beinhalten. Die Vorrichtung kann anderweitig ausgerichtet werden (um 90 Grad gedreht oder in andere Richtungen) und die hierin verwendeten räumlich bezogenen Schlagworte können dementsprechend interpretiert werden.
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Eine Motoranordnung 10 ist in 1 dargestellt und kann eine Motorstruktur 12 beinhalten, welche die Zylinder 14 und die Einlass- und Auslassöffnungen 16, 18 in Verbindung mit den Zylindern 14, einen Ansaugkrümmer 20, einen Auslasskrümmer 22, ein Drosselventil 24 und einen Turbolader 26 definiert. Die Motorstruktur 12 kann einen Zylinderblock beinhalten, der die Zylinder 14 und ein Kurbelgehäuse definiert, wie es im Stand der Technik bekannt ist. Die Motorstruktur kann auch einen Zylinderkopf beinhalten, der die Einlass- und Auslassöffnungen 16, 18 definiert. Die Motorstruktur 12 beinhaltet eine Vielzahl von Kolben, die in den Zylindern 14 angeordnet und mit einer Kurbelwelle verbunden sind, die in dem Kurbelgehäuse angeordnet ist. Die Motoranordnung 10 ist zur Vereinfachung als eine Reihenvierzylinderanordnung dargestellt. Jedoch versteht sich, dass die vorliegenden Lehren auf eine beliebige Anzahl von Kolben-Zylinder-Anordnungen und eine Vielzahl von Hubkolbenmotor-Konfigurationen einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, V-Motoren, Reihen-Motoren und horizontal gegenüberliegende Motoren sowie Konfigurationen mit obenliegender Nockenwelle und Nockenwelle im Block anwendbar sind.
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Der Turbolader 26 beinhaltet ein Gehäuse 28 (2), das einen Turbinenabschnitt 30 und einen Kompressorabschnitt 32 definiert. Der Turbinenabschnitt 30 beinhaltet ein Turbinenrad 34 und der Kompressorabschnitt beinhaltet ein Verdichterrad 36. Eine Welle 38 verbindet das Turbinenrad 34 und das Verdichterrad 36. Die Welle wird von einem ersten Lager 40 und einem zweiten Lager 42 (2) innerhalb eines Wellenstützabschnitts 44 des Gehäuses 28 getragen. Das erste und das zweite Lager 40, 42 sind durch Ölversorgungskanäle 43 geschmiert. Das Gehäuse 28 kann einen Ansauglufteinlass 46 und einen Ansaugluftauslass 48 im Verdichterabschnitt 32 und einen Abgaseinlass 50 und einen Abgasauslass 52 im Turbinenabschnitt 30 definieren.
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Der Turbinenabschnitt 30 ist eine Turbine mit variabler Geometrie, die bewegliche Schaufeln 54 oder alternativ einen beweglichen Düsenring oder eine andere bekannte Konfiguration einer Turbine mit variabler Geometrie beinhalten kann. Ein Stellantriebssystem 60 beinhaltet ein elektromechanisches, servo-, hydraulisches, pneumatisches oder anderes Stellglied 62, einen Hebel 64 oder ein anderes Antriebselement aktivieren kann, das mit einer Betätigungswelle 66 verbunden ist, um die Einstellung der Turbine 30 mit variabler Geometrie in einer Weise zu beeinflussen, die im Stand der Technik bekannt ist. Wie in 2 dargestellt, erstreckt sich die Betätigungswelle 66 durch eine Wellenöffnung 68 des Gehäuses 28. Die Welle 66 kann ein Paar darin eingelassene ringförmige Rillen 70 beinhalten, um jeweilige Metallkolbenringe 72, 74 darin aufzunehmen. Ein Durchgang 76 ist in Verbindung mit der Wellenöffnung 68 des Gehäuses an einer Stelle zwischen den Ringen 72, 74 vorgesehen. Der Durchgang 76 ist in Verbindung mit einem Ölablass 78 des Turboladergehäuses 28 vorgesehen, der mit dem Motorkurbelgehäuse innerhalb des Zylinderblocks in Verbindung ist.
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Im Betrieb stellen Abgase, die durch das Gehäuse 28 des Turbinenabschnitts 30 des Turboladers 26 hindurchtreten, einen Hochdruckbereich H auf der linken Seite der Wellenabdichtung 74 und des Lagers 40, wie in 2 dargestellt, bereit. Die Hochdruckabgase werden nicht vollständig daran gehindert, am Kolbenring 74 vorbei zu gelangen und können zwischen den Ringen 72, 74 in einen Ringraum eindringen. Der Durchgang 76, der mit dem Motorkurbelgehäuse in Verbindung ist, befindet sich typischerweise unter einem Unterdruck N, der unterhalb des Umgebungsdrucks A auf der Außenseite des zweiten Rings 72 liegt. Daher werden Abgase, die in den Raum zwischen den Ringen 72, 74 eintreten, durch den unteren Druckdurchgang 76 durch den Ölablass 78 des Turboladers und in das Kurbelgehäuse gezogen, wobei die Abgase in gleicher Weise wie andere Kurbelgehäusegase im Kurbelgehäuseentlüftungssystem ordnungsgemäß gefiltert oder anderweitig verarbeitet werden können. Die für die vorliegende Offenbarung relevanten Drücke beinhalten den Umgebungsdruck A rechts des Dichtungsrings 72, den Turbineneinlassdruck H links vom Lager 40 und den Dichtungsring 74, der Unterdruck N zwischen den Dichtringen 74, 72, der mit 76, dem Durchgang 78 und dem Kurbelgehäuse in Verbindung ist. Der Kurbelgehäusedruck wird normalerweise über eine Vakuumbegrenzungseinrichtung bei oder unterhalb der Umgebung gehalten, die das Kurbelgehäusegas zurück zum Turbokompressoreinlass transportieren kann.
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Die vorliegende Offenbarung kann auf andere Komponenten angewendet werden, die innerhalb des Motorabgassystems vorgesehen sind, wie beispielsweise einer Turbolader-Bypass-Betätigungswelle 100 für ein Bypassventil 102, welches die Turbine 30 umgibt, wie in 3 dargestellt, oder zum Beispiel ein AGR-Bypassventil-Stellglied für ein AGR-Ventil, das im Abgaskanal angeordnet ist, oder andere derartige Vorrichtungen, welche die Herausforderung von Abgaslecks darstellen. Insbesondere kann die Komponente mit einem Durchgang oder Rohr 104 versehen sein, das mit dem Unterdruck-Kurbelgehäuse in Verbindung steht, um ausgetretene Abgase weg von der zu behandelnden Umgebung zu ziehen, die durch das Kurbelgehäuseentlüftungssystem zu behandeln sind. Diese Technik ermöglicht das Austreten von Abgasen um die Komponente in geeigneter Weise, ohne dass eine Leckdichtung enthalten ist.
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Die vorliegende Offenbarung stellt ein System zur kontrollierten Eindämmung der Abgase bereit, die durch die Wellenöffnung 68 um eine Betätigungswelle 66/100 oder eine andere Komponente austreten, indem die ausgetretenen Abgase in das Motorkurbelgehäuse umgeleitet werden, anstatt zu versuchen, das Leck vollständig von der Umgebung abzudichten, was typischerweise die Langlebigkeit betrifft.
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Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen dient lediglich der Veranschaulichung und Beschreibung. Sie ist nicht erschöpfend und soll die Offenbarung in keiner Weise beschränken. Einzelne Elemente oder Merkmale einer bestimmten Ausführungsform sind im Allgemeinen nicht auf diese bestimmte Ausführungsform beschränkt, sondern gegebenenfalls gegeneinander austauschbar und in einer ausgewählten Ausführungsform verwendbar, auch wenn dies nicht gesondert dargestellt oder beschrieben ist. Auch diverse Variationen sind denkbar. Diese Variationen stellen keine Abweichung von der Offenbarung dar, und alle Modifikationen dieser Art verstehen sich als Teil der Offenbarung und fallen in ihren Schutzumfang.
