DE102019114949A1

DE102019114949A1 - Abgas führendes Bauteil für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102019114949A1
Application number: DE102019114949.5A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Gutzer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2019-06-04
Filing date: 2019-06-04
Publication date: 2020-12-10

Abstract

Abgas führendes Bauteil für eine Brennkraftmaschine mit einer ersten Flut und einer zweiten Flut, die zumindest abschnittsweise benachbart zueinander angeordnet sind, wobei das Bauteil einen Durchbruch aufweist, der die erste Flut und die zweite Flut Gas führend miteinander verbindet, wobei der Durchbruch von einem Ventil verschließbar ist, wobei das Ventil eine Schließstellung und eine Offenstellung aufweist und wobei das Bauteil im Bereich der Schließstellung zumindest einen ersten Kühlkanal aufweist.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung werden die Festigkeit des Ventils erhöht und die Dauerhaltbarkeit vergrößert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Abgas führendes Bauteil für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Zum technischen Umfeld wird beispielsweise auf die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2009 014 916 A1 hingewiesen. Aus dieser ist eine Ladeeinrichtung, insbesondere ein Abgas-Turbolader für ein Kraftfahrzeug bekannt, mit einem Turbinengehäuse. Das Turbinengehäuse weist ein äußeres Spiralgehäuse und ein inneres Spiralgehäuse auf, wobei das innere Spiralgehäuse zumindest eine erste Trennwand zur Flutentrennung zweier Teilströme aufweist, und wobei das innere Spiralgehäuse mittels einer Verstelleinrichtung derart verstellbar ist, dass die Flutentrennung der Teilströme aufgehoben werden und so zwischen einer Stoßaufladung und einer Stauaufladung umgeschaltet werden kann.
Eine weitere Flutenverbindung ist beispielsweise aus der deutschen Übersetzung DE 11 2015 005 540 T5 der internationalen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer WO 2016/094265 bekannt. Aus dieser Übersetzung ist ein Abgas-Turbolader mit einer kombinierten Einstelleinrichtung für Bypass-Ventil und Flutenverbindung bekannt. Die Übersetzung beschreibt somit einen mehrflutigen Abgas-Turbolader mit einer Turbine, einem Turbinenrad, einer ersten Flut und einer zweiten Flut, einer Bypass-Leitung zur Umgehung des Turbinenrads, einer Bypass-Ventileinrichtung zur Einstellung der Größe eines Bypass-Abgasmassenstroms durch die Bypass-Leitung und mit einer Flutenverbindungseinrichtung zur Einstellung eines Ausmaßes der Verbindung von Abgasströmen in den Fluten. Die Bypass-Ventileinrichtung und die Flutenverbindungseinrichtung sind mittels einer Koppeleinrichtung mechanisch gekoppelt betätigbar.
Weiter ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2016 208 163 A1 , von der die vorliegende Erfindung ausgeht, eine Turbine für einen Abgas-Turbolader mit einem zweiflutigem Turbinengehäuse und einem Linearventil zur Flutenverbindung und Wastegate-Steuerung bekannt. Diese Offenlegungsschrift beschreibt eine Turbine für einen Abgas-Turbolader mit einem Turbinengehäuse, welches zwei von einem Abgas durchströmbare und durch eine Trennwand getrennte Fluten aufweist, und mit nur einem als Linearventil ausgebildetes Wastegate-Ventil für beide Fluten, welches ein Linearventilelement aufweist, wobei das Linearventilelement in der Trennwand aufgenommen ist und in seiner Axialrichtung in der Trennwand beweglich geführt ist.
Alle diese bekannten Flutenverbindungen weisen den Nachteil auf, dass das Ventilelement für die Flutenverbindung oder Flutentrennung im heißen Abgasmassenstrom angeordnet ist, wodurch die maximale Abgastemperatur durch die Bauteilfestigkeit dieses Ventilelementes begrenzt ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Maßnahme aufzuzeigen, die Temperaturfestigkeit für eine längere Ventillebensdauer einer Flutenverbindung zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß wird ein Ventil mit einer gekühlten Auflage für den Fall einer geöffneten Flutenverbindung vorgeschlagen. Diese kühlt und hält das Ventil in einer festen Position. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung ermöglicht eine erhöhte Abgastemperatur im Zusammenhang mit einer schaltbaren Flutenverbindung bei geringem Mehraufwand in der Herstellung. Somit lässt sich in vorteilhafter Weise der Zielkonflikt low-end-torque gegenüber maximaler Leistung der Brennkraftmaschine in vorteilhafter Weise auflösen. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird eine günstigere Drehmomentcharakteristik für die Brennkraftmaschine erzielt, wodurch down-sizing der Brennkraftmaschine ermöglicht und Kraftstoff eingespart wird, bzw. CO₂-Emissionen reduziert werden.
Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 erhöht nochmals den erfindungsgemäßen Effekt.
Die Ausgestaltung gemäß den Patentansprüchen 3 bis 5 sind besonders bevorzugte Ausführungsvarianten.
In bevorzugter Ausführungsform kann das Abgas führende Bauteil für eine Brennkraftmaschine gemäß Patentanspruch 6 ein Abgas-Turbolader, oder ein Abgaskrümmer, oder ein Zylinderkopf der Brennkraftmaschine sein.
Besonders bevorzugt wird das Ventil gemäß Patentanspruch 7 elektromagnetisch oder pneumatisch oder elektropneumatisch betätigt. Diese Betätigungsformen vertragen auch hohe Temperaturen.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand von zwei schematischen Figuren näher erläutert.

1 zeigt das Abgas führende Bauteil für eine Brennkraftmaschine in einer Schließstellung.
2 zeigt das Abgas führende Bauteil für eine Brennkraftmaschine in einer Offenstellung.

Im Folgenden gelten in den 1 und 2 für gleiche Bauelemente die gleichen Bezugsziffern.
1 zeigt einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Abgas führendes Bauteil 1 für eine Brennkraftmaschine. Das Abgas führende Bauteil 1 weist eine erste Flut 2 und eine zweite Flut 3 auf. Der Schnitt durch das Abgas führende Bauteil 1 ist weitgehend senkrecht zu den zwei Fluten 2 und 3. Die erste Flut 2 und die zweite Flut 3 sind benachbart zueinander angeordnet. Hierbei weist das Abgas führende Bauteil 1 einen Durchbruch 4 auf, der die erste Flut 2 und die zweite Flut 3 Gas führend miteinander verbindet. Hierbei ist der Durchbruch 4 von einem Ventil 5, im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Linearventil, verschließbar. In 1 ist das Ventil 5 in einer Schließstellung dargestellt, d. h. der Durchbruch 4 ist verschlossen. Mit einem Pfeil ist die Schließrichtung des Ventils 5 dargestellt.
Erfindungsgemäß weist das Abgas führende Bauteil 1 im Bereich der Schließstellung zumindest einen ersten Kühlkanal 6 auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind es zwei Kühlkanäle 6, wobei nur einer beziffert ist. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Abgas führenden Bauteils 1, wird das Ventil 5 in einer Schließstellung gekühlt, wodurch deutlich höhere Abgastemperaturen möglich sind, ohne das Ventil 5 thermisch zu überlasten oder zu beschädigen.
In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung, ist auch in einer Offenstellung für das Ventil 5 zumindest ein Kühlkanal 7 vorgesehen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wiederum zwei Kühlkanäle 7, von denen nur einer beziffert ist. Diese Maßnahme verbessert nochmals das thermische Verhalten des Ventils 5. Die ersten Kühlkanäle 6 und die zweiten Kühlkanäle 7 werden vorzugsweise Flüssigkeits- oder Gas gekühlt. Bevorzugt ist die Flüssigkeit hierbei ein Kühlmittel oder ein Schmiermittel der Brennkraftmaschine. Im Fall einer Gaskühlung, ist das Gas besonders bevorzugt Luft. Sowohl die Flüssigkeit als auch das Gas können mittels einer Pumpe durch die ersten Kühlkanäle 6 und die zweiten Kühlkanäle 7 transportiert werden.
In unterschiedlichen Ausführungsformen kann das Abgas führende Bauteil 1 beispielsweise ein Abgas-Turbolader, oder ein Abgaskrümmer, oder auch ein Zylinderkopf der Brennkraftmaschine sein.
Aufgrund der Temperaturverhältnisse, egal ob es sich bei dem Abgas führenden Bauteil 1 um einen Abgas-Turbolader oder einen Abgaskrümmer oder einen Zylinderkopf der Brennkraftmaschine handelt, wird das Ventil bevorzugt elektromagnetisch oder pneumatisch oder elektropneumatisch betätigt.
2 zeigt nochmals das Abgas führende Bauteil 1 aus 1, jedoch befindet sich das Ventil 5 in einer Offenstellung. Eine Verschieberichtung des Ventils 5in Richtung Offenstellung ist mit einem Pfeil dargestellt. Ein Gasaustausch zwischen der ersten Flut 2 und der zweiten Flut 3 ist mit einem Doppelpfeil dargestellt.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Abgas führenden Bauteils 1 ist eine erhöhte Abgastemperatur möglich zusammen mit einer schaltbaren Flutenverbindung bei geringem Mehraufwand in der Fertigung. Dies löst das Problem des Zielkonfliktes zwischen low-end-torque und maximaler Leistung der Brennkraftmaschine. Insgesamt führt die erfindungsgemäße Ausgestaltung zu einer günstigeren Drehmomentcharakteristik der Brennkraftmaschine. Somit ist ein so genanntes down-sizing der Brennkraftmaschine möglich, was zu einer Kraftstoffersparnis führt.
Die Kraft auf das Ventil 5 muss in beiden Richtungen federnd oder elektromagnetisch oder pneumatisch oder elektropneumatisch aufgebracht werden, um eine für die Wärmeableitung hinreichende Anpresskraft auch in der geöffneten Stellung zu gewährleisten.
Bezugszeichenliste

1.: Abgas führendes Bauteil
2.: erste Flut
3.: zweite Flut
4.: Durchbruch
5.: Ventil
6.: erster Kühlkanal
7.: zweiter Kühlkanal

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 102009014916 A1 [0002]
DE 112015005540 T5 [0003]
WO 2016/094265 [0003]
DE 102016208163 A1 [0004]

Claims

Abgas führendes Bauteil (1) für eine Brennkraftmaschine mit einer ersten Flut (2) und einer zweiten Flut (3), die zumindest abschnittsweise benachbart zueinander angeordnet sind, wobei das Bauteil (1) einen Durchbruch (4) aufweist, der die erste Flut (2) und die zweite Flut (3) Gas führend miteinander verbindet, wobei der Durchbruch (4) von einem Ventil (5) verschließbar ist, wobei das Ventil (5) eine Schließstellung und eine Offenstellung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) im Bereich der Schließstellung zumindest einen ersten Kühlkanal (6) aufweist.
Abgas führendes Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) im Bereich der Offenstellung zumindest einen zweiten Kühlkanal (7) aufweist.
Abgas führendes Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) Flüssigkeit oder Gas gekühlt ist.
Abgas führendes Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das die Flüssigkeit ein Kühlmittel oder ein Schmiermittel der Brennkraftmaschine ist.
Abgas führendes Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas Luft ist.
Abgas führendes Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) ein Abgas-Turbolader oder ein Abgaskrümmer oder ein Zylinderkopf der Brennkraftmaschine ist.
Abgas führendes Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (5) elektromagnetisch oder pneumatisch oder elektropneumatisch betätigbar ist.