DE112014001968B4

DE112014001968B4 - Ventilmechanismus mit variabler Durchflussrate und Turbolader

Info

Publication number: DE112014001968B4
Application number: DE112014001968.2T
Authority: DE
Inventors: Jinhee BYON
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2013-04-15
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2022-12-01
Anticipated expiration: 2034-03-15
Also published as: US20210040882A1; JP2014206112A; JP6098314B2; WO2014171239A1; US20180291801A1; CN104884760A; US11352944B2; US10851703B2; US20150285133A1; US10024229B2; KR101698013B1; KR20150091413A; CN104884760B; DE112014001968T5

Abstract

Ventilmechanismus (37) mit variabler Durchflussrate zur Verwendung in einem Turbolader (1), bei welchem ein Kanal mit variabler Gas-Durchflussrate zum Anpassen einer Durchflussrate eines Abgases, das zu einer Turbinenradseite geleitet wird, in einem Turbinengehäuse (23) oder in einem Verbindungskörper angeordnet ist, der in Kommunikation mit dem Turbinengehäuse (23) verbunden ist, und der dazu konfiguriert ist, eine Öffnung des Kanals mit variabler Gas-Durchflussrate zu öffnen und zu schließen, wobei der Ventilmechanismus (37) mit variabler Durchflussrate umfasst:eine Stange (41), die drehbar in einer Lagerbohrung (39) gelagert ist, welche durch Durchdringen einer Außenwand des Turbinengehäuses (23) oder des Verbindungskörpers gebildet wird, und die ein Basisende aufweist, das nach außen aus dem Turbinengehäuse (23) oder dem Verbindungskörper vorsteht;ein Verbindungselement (45), das integral mit dem Basisende der Stange (41) ausgebildet und so konfiguriert ist, dass es durch den Antrieb eines Antriebselements (47) in normaler und umgekehrter Richtung um eine axiale Mitte der Stange (41) schwenkt;ein Befestigungselement (49), das integral mit der Stange (41) ausgebildet ist und mit einer Befestigungsöffnung (55) versehen ist, die durch Durchdringen des Befestigungselements (49) gebildet wird;ein Ventil (57), das Folgendes aufweist:einen Ventilkörper (61), der in die Befestigungsöffnung (55) des Befestigungselements (49) mit Spiel zu dem Befestigungselement (49) eingesetzt ist und so konfiguriert ist, dass er an einem Ventilsitz (59) auf der Öffnungsseite des Kanals (35) mit variabler Gas-Durchflussrate anliegen und sich davon lösen kann; undeinen Ventilschaft (63), der integral mit einer Mitte des Ventilkörpers (61) ausgebildet und in die Befestigungsöffnung (55) des Befestigungselements (49) eingesetzt ist; undeine Klammer (67), die integral mit einer Spitze des Ventilschafts (63) ausgebildet und dazu konfiguriert ist, das Ventil (57) unlösbar mit dem Befestigungselement (49) zu verbinden, dadurch gekennzeichnet, dassein Spiel (δ) zwischen einer Innenumfangsfläche der Befestigungsöffnung (55) des Befestigungselements (49) und einer Außenumfangsfläche des Ventilschafts (63) kleiner als ein Wert (λ) eingerichtet wird, der durch Subtrahieren eines Tiefenmaßes (H) der Befestigungsöffnung (55) des Befestigungselements (49) von einem Abstandsmaß (D) zwischen einer oberen Fläche (61t) des Ventilkörpers (61) und einer hinteren Fläche (67b) der Klammer (67) erhalten wird, dasswenn ein Zustand erfüllt ist, in dem die Außenumfangsfläche des Ventilschafts (63) in Kontakt mit einem vorderseitigen Umfang und einem rückseitigen Umfang der Befestigungsöffnung (55) des Befestigungselements (49) kommt, und in dem die obere Fläche (61t) des Ventilkörpers (61) in Kontakt mit einer hinteren Fläche (53b) des Befestigungselements (49) kommt, der Ventilmechanismus (37) mit variabler Durchflussrate so gebildet wird, dass die Klammer (67) mit einer vorderen Fläche (53a) des Befestigungselements (49) nicht in Kontakt kommt, und dassdie Ungleichung λ/(R1+R2) > 2δ/(H-R3) erfüllt ist, wobeiλ der Wert ist, der gebildet ist durch Subtrahieren des Tiefenmaßes (H) der Befestigungsöffnung (55) des Befestigungselements (49) von dem Abstandsmaß (D) zwischen der oberen Fläche (61t) des Ventilkörpers (61) und der hinteren Fläche (67b) der Klammer (67),R1ein Radius der oberen Fläche (61t) des Ventilkörpers (61) ist,R2ein Radius eines Teils der hinteren Fläche (67b) der Klammer (67) ist,R3ein Radius eines Bogens des rückseitigen Umfangs der Befestigungsöffnung (55) des Befestigungselements (49) ist,δ das Spiel zwischen der Innenumfangsfläche der Befestigungsöffnung (55) des Befestigungselements (49) und der Außenumfangsfläche des Ventilschafts (63) ist, undH das Tiefenmaß der Befestigungsöffnung (55) des Befestigungselements (49) ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ventilmechanismus mit variabler Durchflussrate, der die Öffnung eines Kanals mit variabler Gas-Durchflussrate zum Anpassen einer Durchflussrate eines Abgases öffnet und schließt, das zu einer Turbinenradseite in einem Turbolader geleitet wird, wie beispielsweise einem Fahrzeugturbolader, und einen Turbolader mit dem Ventilmechanismus mit variabler Durchflussrate.
Ein Ventilmechanismus mit den oberbegrifflichen Merkmalen von Anspruch 1 ist beispielsweise aus EP 2 508 730 A2 bekannt. Ein ähnlicher Ventilmechanismus ist aus JP H04-272 430 A und der WO 2014/011468 A1 bekannt.
Stand der Technik
Als Mittel zum Verhindern eines übermäßigen Anstiegs des Turboladerdrucks in einem Fahrzeugturbolader (nachfolgend einfach als Turbolader bezeichnet), ist der Turbolader normalerweise mit einem Umgehungskanal und einem Ladedruckregelventil versehen. Der Umgehungskanal ist in einem Turbinengehäuse des Fahrzeugturboladers ausgebildet, und leitet einen Teil des Abgases von einem Turbinenrad ab (Turbinen-Schaufelrad). Das Ladedruckregelventil ist an einer passenden Position des Turbinengehäuses angeordnet und schließt eine Öffnung des Umgehungskanals. Der Umgehungskanal ist dabei ein Kanal mit variabler Gas-Durchflussrate, der eine Durchflussrate des Abgases anpasst, das zu der Turbinenradseite geleitet wird. Das Ladedruckregelventil ist ein Ventilmechanismus mit variabler Durchflussrate, der eine Öffnung des Kanals mit variabler Gas-Durchflussrate öffnet und schließt.
Nachfolgend wird ein allgemeiner Aufbau des Ladedruckregelventils erläutert. Durch Durchdringen einer Außenwand des Turbinengehäuses wird eine Lagerbohrung gebildet. In der Lagerbohrungen wird eine Stange drehbar gelagert. Ein Basisende (ein Ende) der Stange steht nach außen aus dem Turbinengehäuse vor. Außerdem ist ein Verbindungselement integral mit dem Basisende der Stange ausgebildet. Das Verbindungselement schwingt durch den Antrieb eines Antriebselements in normaler und umgekehrter Richtung um eine axiale Mitte der Stange.
Wie in 1 dargestellt, ist integral mit einer Spitze (dem anderen Ende) der Stange ein Befestigungselement 153 ausgebildet. Durch Durchdringen des Befestigungselements 153 wird eine Befestigungsöffnung 155 ausgebildet. Außerdem wird ein Ventil 157 in die Befestigungsöffnung 155 des Befestigungselements 153 eingesetzt. Das Ventil 157 ist mit Spiel zu dem Befestigungselement 153 versehen (eine Neigung zu einer Mittellinie C' der Befestigungsöffnung 155 des Befestigungselements 153 ist eingeschlossen). Ferner beinhaltet das Ventil 157: einen Ventilkörper 161, der an einem Ventilsitz auf der Öffnungsseite des Umgehungskanals anliegen und sich davon lösen kann; einen Ventilschaft 163, der integral mit einer Mitte des Ventilkörpers 161 ausgebildet ist und in die Befestigungsöffnung 155 des Befestigungselements 153 eingesetzt ist. Dabei hat das Ventil 157 Spiel zu dem Befestigungselement 153, so dass die Folgefähigkeit (Haftung) des Ventils 157 (des Ventilkörpers 161) an dem Ventilsitz auf der Öffnungsseite des Umgehungskanals sichergestellt ist. Ferner ist eine Klammer 167 integral mit einer Spitze des Ventilschafts 163 ausgebildet, um das Ventil 157 unlösbar mit dem Befestigungselement 153 zu verbinden.
Wenn der Turboladedruck (ein Druck an einer Ausgangsseite eines Kompressorrades (eines Verdichterrades)) einen eingestellten Druck während des Betriebs des Turboladers erreicht, schwenkt das Verbindungselement durch den Antrieb des Antriebselements in die normale Richtung (eine Richtung). Die Stange wird durch den Schwung des Verbindungselements in der normalen Richtung in die normale Richtung gedreht. Durch die Drehung der Stange in der normalen Richtung wird das Ventil in die normale Richtung geschwenkt, und der Ventilkörper 161 trennt sich von dem Ventilsitz auf der Öffnungsseite des Umgehungskanals. Somit wird die Öffnung des Umgehungskanals durch ein Ladedruckregelventil 137 geöffnet, ein Teil des Abgases wird von dem Turbinenrad abgeleitet, und eine Durchflussrate des zur Turbinenradseite geleiteten Abgases sinkt.
Wenn der Turboladedruck nach dem Öffnen des Umgehungskanals niedriger als der eingestellte Druck wird, schwingt das Verbindungselement durch den Antrieb des Antriebselements in die umgekehrte Richtung (die andere Richtung). Wenn die Stange durch den Schwung des Verbindungselements in der umgekehrten Richtung in die umgekehrte Richtung gedreht wird, schwenkt das Ventil 157 in die umgekehrte Richtung, und der Ventilkörper 161 stößt an dem Ventilsitz auf der Öffnungsseite des Umgehungskanals an. Somit wird die Öffnung des Umgehungskanals durch das Ladedruckregelventil 137 geschlossen, und die Durchflussrate des zur Turbinenradseite geleiteten Abgases steigt an.
Es sei angemerkt, dass Patentliteratur 1 und 2 die konventionellen Technologien im Verhältnis zur vorliegenden Erfindung beschreiben.
Liste der Anführungen
Patentliteratur

Patentliteratur 1: JP 2009-236088 A
Patentliteratur 2: JP 2008-101589 A

Zusammenfassung der Erfindung
Technische Aufgabe
Um ein Klappern des Ladedruckregelventils (ein Kontaktgeräusch im Zusammenhang mit den Schwingungen des Ventils) während des Betriebs des Turboladers zu reduzieren, muss nicht nur das Gewicht des Ventils, sondern auch das Gewicht einer Klammer erhöht werden, und müssen die Schwingungen des Ventils (die Schwingungen des Ventils und der Klammer) durch einen pulsierenden Druck des Abgases oder dergleichen unterdrückt werden.
Wenn dagegen der Außendurchmesser der Klammer aufgrund des Gewichtsanstiegs der Klammer größer wird, entsteht folgendes Problem. 1 zeigt einen Zustand, in dem die Öffnung des Umgehungskanals geöffnet ist, und in dem das Ventil 157 zur Mittellinie C' der Befestigungsöffnung 155 des Befestigungselements 153 geneigt ist. Wenn sich das Ventil 157 wie in 1 neigt, kommt der Ventilkörper 161 mit einer hinteren Fläche 153b des Befestigungselements 153 in Kontakt, und gleichzeitig kommt die Klammer 167 mit einer vorderen Fläche 153a des Befestigungselements 153 in Kontakt. Somit wirkt eine große Reaktionskraft von dem Befestigungselement 153 auf die Klammer 167. Folglich nimmt eine Kopplungskraft (eine Befestigungskraft) der Spitze des Ventilschafts 163 und der Klammer 167 mit einem Anstieg der Gesamtbetriebszeit des Turboladers ab, und es wird schwierig, die Haltbarkeit des Ladedruckregelventils und damit die Haltbarkeit des Turboladers zu verbessern. Es sei angemerkt, dass die runden Markierungen in 1 die oben beschriebenen Kontaktabschnitte kennzeichnen.
Das heißt, das Problem besteht darin, die Haltbarkeit des Turboladers zu verbessern und gleichzeitig das Klappern des Ladedruckregelventils während des Betriebs des Turboladers zu reduzieren.
Es sei angemerkt, dass das oben beschriebene Problem nicht nur beim Ladedruckregelventil besteht, sondern in ähnlicher Weise auch in anderen Ventilmechanismen mit variabler Durchflussrate, die für Turbolader wie beispielsweise Fahrzeugturbolader verwendet werden.
Somit besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin, einen Ventilmechanismus mit variabler Durchflussrate und einen Turbolader bereitzustellen, womit das oben beschriebene Problem gelöst werden kann.
Technische Lösung
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Ventilmechanismus mit variabler Durchflussrate zum Einsatz in einem Turbolader, bei welchem ein Kanal mit variabler Gas-Durchflussrate zum Anpassen einer Durchflussrate eines Abgases, das zu einer Turbinenradseite geleitet wird, in einem Turbinengehäuse oder in einem Verbindungskörper angeordnet ist, der in Kommunikation mit dem Turbinengehäuse verbunden ist, und der dazu konfiguriert ist, eine Öffnung des Kanals mit variabler Gas-Durchflussrate zu öffnen und zu schließen, wobei der Ventilmechanismus mit variabler Durchflussrate umfasst: eine Stange, die drehbar in einer Lagerbohrung gelagert ist, welche durch Durchdringen einer Außenwand des Turbinengehäuses oder des Verbindungskörpers gebildet wird, und die ein Basisende aufweist, das nach außen aus dem Turbinengehäuse oder dem Verbindungskörper vorsteht; ein Verbindungselement, das integral mit dem Basisende der Stange ausgebildet ist und so konfiguriert ist, dass es durch den Antrieb eines Antriebselements in normaler und umgekehrter Richtung um eine axiale Mitte der Stange schwingt; ein Befestigungselement, das integral mit der Stange ausgebildet ist und mit einer Befestigungsöffnung versehen ist, die durch Durchdringen des Befestigungselements gebildet wird; ein Ventil, das Folgendes aufweist: einen Ventilkörper, der in die Befestigungsöffnung des Befestigungselements mit Spiel zu dem Befestigungselement eingesetzt ist und so konfiguriert ist, dass er an einem Ventilsitz auf der Öffnungsseite des Kanals mit variabler Gas-Durchflussrate anliegen und sich davon lösen kann; und einen Ventilschaft, der integral mit einer Mitte des Ventilkörpers ausgebildet und in die Befestigungsöffnung des Befestigungselements eingesetzt ist; und eine Klammer, die integral mit einer Spitze des Ventilschafts ausgebildet und dazu konfiguriert ist, das Ventil unlösbar mit dem Befestigungselement zu verbinden, wobei ein Spiel zwischen einer Innenumfangsfläche der Befestigungsöffnung des Befestigungselements und einer Außenumfangsfläche des Ventilschafts kleiner als ein Wert eingerichtet wird, der durch Subtrahieren eines Tiefenmaßes der Befestigungsöffnung des Befestigungselements von einem Abstandsmaß zwischen einer oberen Fläche des Ventilkörpers und einer hinteren Fläche der Klammer erhalten wird, und wobei, wenn ein Zustand erfüllt ist, in dem die Außenumfangsfläche des Ventilschafts in Kontakt mit einem vorderseitigen Umfang und einem rückseitigen Umfang der Befestigungsöffnung des Befestigungselements kommt, und in dem die obere Fläche des Ventilkörpers in Kontakt mit einer hinteren Fläche des Befestigungselements kommt, der Ventilmechanismus mit variabler Durchflussrate so gebildet wird, dass die Klammer mit einer vorderen Fläche des Befestigungselements nicht in Kontakt kommt, wobei die Ungleichung λ/(R₁+R₂) > 2δ/(H-R₃) erfüllt ist, wobei λ der Wert ist, der gebildet ist durch Subtrahieren des Tiefenmaßes (H) der Befestigungsöffnung des Befestigungselements von dem Abstandsmaß (D) zwischen der oberen Fläche des Ventilkörpers und der hinteren Fläche der Klammer, R₁ ein Radius der oberen Fläche des Ventilkörpers ist, R₂ ein Radius eines Teils der hinteren Fläche der Klammer ist, R₃ ein Radius eines Bogens des rückseitigen Umfangs der Befestigungsöffnung des Befestigungselements ist, δ das Spiel zwischen der Innenumfangsfläche der Befestigungsöffnung des Befestigungselements und der Außenumfangsfläche des Ventilschafts ist, und H das Tiefenmaß der Befestigungsöffnung des Befestigungselements ist.
Mit dem „Kanal mit variabler Gas-Durchflussrate“ ist auch ein Umgehungskanal (Bypass-Kanal) zum Umleiten eines Teils des Abgases von dem Turbinenrad gemeint. Die Bezeichnung „Ventilmechanismus mit variabler Durchflussrate“ beinhaltet auch ein Ladedruckregelventil, das eine Öffnung des Umgehungskanals öffnet und schließt. Außerdem schließt der Ausdruck „Verbindungskörper, der in Kommunikation mit dem Turbinengehäuse verbunden ist“ eine Rohrleitung, eine Sammelleitung, ein Gehäuse und dergleichen ein, die so angeschlossen sein können, dass sie mit einem Gaseinlass oder einem Gasauslass des Turbinengehäuses in Verbindung stehen. Ferner schließt der Ausdruck „Spiel zu dem Befestigungselement“ eine Neigung und eine leichte Verschiebung zu einer Mittellinie der Befestigungsöffnung des Befestigungselements ein. „Integral ausgebildet“ bedeutet einteilig ausgebildet. Außerdem bezeichnen die Ausdrücke „vorderseitiger Umfang“, „rückseitiger Umfang“, „vordere Fläche“ und „hintere Fläche“ Teile, die als vorderseitiger Umfang, rückseitiger Umfang, vordere Fläche bzw. hintere Fläche dienen, wenn der Ventilmechanismus mit variabler Durchflussrate planar von der Klammerseite betrachtet wird.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Turbolader, der zu einem Motor geleitete Luft auflädt, indem er die Energie des Abgases von dem Motor nutzt, wobei der Turbolader den Ventilmechanismus mit variabler Durchflussrate gemäß dem ersten Aspekt beinhaltet.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Da gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Zustand, in dem die Öffnung des Kanals mit variabler Gas-Durchflussrate geöffnet ist, keine große Reaktionskraft von dem Befestigungselement auf die Klammer wirkt, selbst wenn ein Gewicht der Klammer erhöht wird, kann eine Reduzierung der Kopplungskraft (einer Befestigungskraft) der Spitze des Ventilschafts und der Metallscheibe bei zunehmender Gesamtbetriebszeit des Turboladers ausreichend unterdrückt werden, während gleichzeitig ein Klappern des Ventilmechanismus mit variabler Durchflussrate während des Betriebs des Turboladers verhindert wird und die Haltbarkeit des Ventilmechanismus mit variabler Durchflussrate und damit des Turboladers verbessert werden kann.
Figurenliste

1 veranschaulicht ein Problem, das von der Erfindung zu lösen ist.
2(a) ist eine Draufsicht auf ein Ladedruckregelventil gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, 2(b) ist ein Querschnitt entlang einer Linie IIB-IIB in 2(a), und 2(c) ist ein Querschnitt entlang einer Linie IIC-IIC in 2(b).
3(a) ist eine Teil-Querschnittdarstellung des Ladedruckregelventils gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, 3(b) ist eine Teil-Querschnittdarstellung des Ladedruckregelventils gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einem Zustand, in dem das Ventil zu einer Mittellinie einer Befestigungsöffnung einer Befestigungszunge geneigt ist, und 3(c) ist eine Teil-Querschnittdarstellung eines Ladedruckregelventils gemäß einem Vergleichsbeispiel in einem Zustand, in dem ein Ventil zu einer Mittellinie einer Befestigungsöffnung einer Befestigungszunge geneigt ist.
4 ist eine Querschnittdarstellung entlang einer Linie IV-IV in 5.
5 ist eine Vorderansicht eines Teils eines Fahrzeugturboladers gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine Front-Querschnittdarstellung des Fahrzeugturboladers gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf 2 bis 6 beschrieben. Es sei angemerkt, dass das Bezugszeichen „L“ in 4 bis 6 die Richtung links kennzeichnet, und das Bezugszeichen „R“ darin die Richtung rechts kennzeichnet.
Wie in 6 dargestellt, lädt (verdichtet) ein Fahrzeugturbolader (nachfolgend als Turbolader bezeichnet) 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung Luft, die zu einem Motor (in der Zeichnung nicht dargestellt) geleitet wird, indem er die Energie des Abgases von dem Motor nutzt. Außerdem weist der Turbolader 1 eine spezifische Konfiguration auf, wie nachfolgend beschrieben.
Der Turbolader 1 beinhaltet ein Lagergehäuse 3. In dem Lagergehäuse 3 ist ein Paar von Radiallagern 5 und ein Paar von Axiallagern 7 angeordnet. Eine Rotorwelle (eine Turbinenwelle) 9, die sich in einer horizontalen Richtung erstreckt, ist drehbar an der Vielzahl der Lager 5 und 7 angeordnet. Mit anderen Worten ist die Rotorwelle 9 über die Vielzahl der Lager 5 und 7 drehbar in dem Lagergehäuse 3 angeordnet.
Auf einer rechten Seite des Lagergehäuses 3 ist ein Kompressorgehäuse 11 angeordnet. Außerdem ist ein Kompressorrad (ein Verdichterrad) 13 drehbar in dem Kompressorgehäuse 11 angeordnet. Das Kompressorrad 13 ist konzentrisch integral mit einem rechten Ende (einem Ende) der Rotorwelle 9 verbunden und verdichtet die Luft unter Verwendung einer Zentrifugalkraft.
Eine Lufteinlassöffnung (ein Lufteinlasskanal) 15 zum Einleiten der Luft ist auf einer Eingangsseite (einer in einer Strömungsrichtung der Luft vorgeschalteten Seite) des Kompressorrades 13 in dem Kompressorgehäuse 11 ausgebildet. Die Lufteinlassöffnung 15 ist mit einem Luftfilter (in der Zeichnung nicht dargestellt) verbunden, der die Luft reinigt. Außerdem ist ein Diffusorströmungskanal 17 auf einer Ausgangsseite (einer in der Strömungsrichtung der Luft nachgeschalteten Seite) des Kompressorrades 13 zwischen dem Lagergehäuse 3 und dem Kompressorgehäuse 11 ausgebildet. Der Diffusorströmungskanal 17 weist eine ringförmige Form auf und erhöht den Druck der verdichteten Luft. Ein Kompressor-Scroll-Strömungskanal 19 ist in dem Kompressorgehäuse 11 ausgebildet. Der Kompressor-Scroll-Strömungskanal 19 weist eine spiralförmige Form auf und umgibt das Kompressorrad 13. Der Kompressor-Scroll-Strömungskanal 19 steht mit dem Diffusorströmungskanal 17 in Verbindung. Ein Luftauslass (Luftaustrittskanal) 21 zum Ausstoßen der verdichteten Luft ist an einer geeigneten Position an einer Außenwand des Kompressorgehäuses 11 ausgebildet. Der Luftauslass 21 steht mit dem Kompressor-Scroll-Strömungskanal 19 in Verbindung und ist mit einem Luftzufuhrverteiler (in der Zeichnung nicht dargestellt) des Motors verbunden.
Auf einer linken Seite des Lagergehäuses 3 ist ein Turbinengehäuse 23 angeordnet. In dem Turbinengehäuse 23 ist ein Turbinenrad (Turbinen-Schaufelrad) 25 drehbar angeordnet. Das Turbinenrad 25 ist konzentrisch integral mit einem linken Ende (dem anderen Ende) der Rotorwelle 9 verbunden und erzeugt eine Drehkraft (ein Drehmoment), indem es die Druckenergie des Abgases nutzt.
Wie in 4 bis 6 dargestellt, ist ein Gaseinlass (ein Gaseintrittskanal) 27 zum Einleiten des Abgases an einer geeigneten Position einer Außenwand des Turbinengehäuses 23 ausgebildet. Der Gaseinlass 27 ist mit einem Abgaskrümmer (in der Zeichnung nicht dargestellt) des Motors verbunden. Ein Turbinen-Scroll-Strömungskanal 29 ist auf einer Eingangsseite (einer in einer Strömungsrichtung der Luft vorgeschalteten Seite) des Turbinenrads 25 in dem Turbinengehäuse 23 ausgebildet. Der Turbinen-Scroll-Strömungskanal 29 weist eine spiralförmige Form auf und steht mit dem Gaseinlass 27 in Verbindung. Ein Gasauslass (ein Gasaustrittskanal) 31 zum Ausstoßen des Abgases ist auf einer Ausgangsseite (einer in der Strömungsrichtung des Abgases nachgeschalteten Seite) des Turbinenrades 25 in dem Turbinengehäuse 23 ausgebildet. Der Gasauslass 31 steht mit dem Turbinen-Scroll-Strömungskanal 29 in Verbindung. Der andere Gasauslass (Gasaustrittskanal) 33 zum Ausstoßen des Abgases ist außerhalb in einer radialen Richtung des Gasauslasses 31 in dem Turbinengehäuse 23 ausgebildet. Der Gasauslass 31 und der Gasauslass 33 sind mit einem Katalysator (in der Zeichnung nicht dargestellt) verbunden, der das Abgas über ein Verbindungsrohr (in der Zeichnung nicht dargestellt) reinigt. Es sei angemerkt, dass der Gasauslass 31 und der Gasauslass 33 mit Ausgängen des Turbinengehäuses 23 korrespondieren.
Ein Umgehungskanal 35 ist als ein Kanal mit variabler Gas-Durchflussrate in dem Turbinengehäuse 23 ausgebildet. Der Umgehungskanal 35 bewirkt, dass ein Teil des Abgases, das von dem Gaseinlass 27 eintritt, das Turbinenrad 25 umgeht und zur Seite des Gasauslasses 33 hinausgeleitet wird. Mit anderen Worten passt der Umgehungskanal 35 eine Durchflussrate des Abgases an, das zur Seite des Turbinenrades 25 geleitet wird. Ein Ladedruckregelventil 37 ist als ein Ventilmechanismus mit variabler Durchflussrate an einer geeigneten Position des Turbinengehäuses 23 angeordnet. Das Ladedruckregelventil 37 öffnet und schließt eine Öffnung des Umgehungskanals 35.
Nachfolgend wird eine spezifische Konfiguration des Ladedruckregelventils 37 erläutert. Wie in 2(a), 2(b), 2(c), 3(a) und 4 dargestellt, wird durch Durchdringen der Außenwand des Turbinengehäuses 23 eine Lagerbohrung 39 gebildet. Eine Stange (eine Drehwelle) 41 wird über eine Buchse 43 drehbar von der Lagerbohrung 39 gelagert. Ein Basisende (ein Ende) der Stange 41 steht nach außen aus dem Turbinengehäuse 23 vor. Außerdem ist ein Verbindungselement (eine Verbindungsplatte) 45 integral mit dem Basisende der Stange 41 durch Kehlnahtschweißen und dergleichen verbunden. Das Verbindungselement 45 schwingt durch den Antrieb eines Antriebselements 47 in normaler und umgekehrter Richtung um eine axiale Mitte der Stange 41. Das Antriebselement 47 weist eine bekannte Konfiguration mit einer Membran (in der Zeichnung nicht dargestellt) auf, wie beispielsweise in der Offenlegungsschrift JP H 10-103069 A , der Offenlegungsschrift JP 2008- 25 442 A und dergleichen geschrieben. Wenn ein Druck auf der Ausgangsseite des Kompressorrades 13 einen festgelegten Druck erreicht, schwenkt das Antriebselement 47 das Verbindungselement 45 in die normale Richtung (eine Richtung). Wenn der Druck auf der Ausgangsseite des Kompressorrades 13 unter den festgelegten Druck fällt, schwenkt das Antriebselement 47 das Verbindungselement 45 in die umgekehrte Richtung (die andere Richtung). Es sei angemerkt, dass ein elektrisches Antriebselement einer elektronischen Steuerung oder ein hydraulisches Antriebselement mit einem hydraulischen Druckantrieb als das Antriebselement 47 anstelle eines Antriebselements mit einer Membran verwendet werden kann.
Ein Befestigungselement (eine Befestigungsplatte) 49 ist integral mit einer Spitze (dem anderen Ende) der Stange 41 durch Kehlnahtschweißen etc. verbunden. Das Befestigungselement 49 ist in dem Turbinengehäuse 23 angeordnet. Das Befestigungselement 49 weist Folgendes auf: eine Befestigungshülse 51, die integral mit der Stange 41 ausgebildet ist; und eine Befestigungszunge 53, die integral mit der Befestigungshülse 51 ausgebildet ist. Durch Durchdringen der Befestigungszunge 53 wird eine Befestigungsöffnung 55 in der Form einer Schlüsselweite ausgebildet.
In die Befestigungsöffnung 55 der Befestigungszunge 33 (des Befestigungselements 49) wird ein Ventil 57 eingesetzt. Das Ventil 57 hat Spiel zu dem Befestigungselement 49. Das Spiel beinhaltet eine Neigung zu einer Mittellinie C der Befestigungsöffnung 55 der Befestigungszunge 53. Das Ventil 57 hat eine flache obere Fläche 61t. Ferner beinhaltet das Ventil 57: einen Ventilkörper 61, der an einem Ventilsitz 59 auf der Öffnungsseite des Umgehungskanals 35 anliegen und sich davon lösen kann; und einen Ventilschaft 63, der integral mit einer Mitte des Ventilkörpers 61 ausgebildet ist und in die Befestigungsöffnung 55 der Befestigungszunge 53 eingesetzt ist. Auf einer Seite näher an der Stange 41 ist in dem Ventilkörper 61 (einer rechten Seite in 2(a), 2(b)) ein Ausschnitt entlang einer Längsrichtung der Stange 41 ausgebildet. Ein Querschnitt eines Befestigungsteils des Ventilschafts 63 (eines Teils, der in die Befestigungsöffnung 55 der Befestigungszunge 53 eingesetzt ist) hat eine Form mit einer Schlüsselweite, die der Befestigungsöffnung 55 der Befestigungszunge 53 entspricht. Das Ventil 57 hat Spiel zu dem Befestigungselement 49, so dass die Folgefähigkeit (Haftung) des Ventilkörpers 61 an dem Ventilsitz 59 auf der Öffnungsseite des Umgehungskanals 35 sichergestellt ist.
Eine Metallscheibe 67 wird als eine ringförmige Klammer integral mit einer Spitze des Ventilschafts 63 durch Kehlnahtschweißen, Gesenkschmieden oder dergleichen ausgebildet. Durch die Metallscheibe 67 wird das Ventil 57 unlösbar mit dem Befestigungselement 49 verbunden. An einem Außenumfangsrand einer hinteren Fläche 67b der Metallscheibe 67 ist eine Abfasung 69 ausgebildet.
Es sei angemerkt, dass die Befestigungsöffnung 55 der Befestigungszunge 53 und ein Querschnitt des Befestigungsteils des Ventilschafts 63 ringförmig anstatt mit der Form einer Schlüsselweite ausgebildet sein können. Außerdem kann der Ventilschaft 63 integral mit der Mitte des Ventilkörpers 61 durch Gesenkschmieden oder dergleichen ausgebildet werden, und die Metallscheibe (Klammer) 67 kann integral mit der Spitze des Ventilschafts 63 ausgebildet werden, anstatt dass der Ventilschaft 63 integral mit der Mitte des Ventilkörpers 61 ausgebildet wird und die Metallscheibe (Klammer) 67 mit der Spitze des Ventilschafts 63 integral durch Kehlnahtschweißen, Gesenkschmieden oder dergleichen ausgebildet wird.
Nachfolgend wird eine Hauptkonfiguration des Ladedruckregelventils 37 des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung erläutert.
Wie in 3(a) dargestellt, besteht ein Passungsspiel (nachfolgend als Spiel bezeichnet) δ zwischen einer Innenumfangsfläche der Befestigungsöffnung 55 der Befestigungszunge 53 und einer Außenumfangsfläche des Ventilschafts 63. Das Spiel δ wird so bestimmt, dass es kleiner als ein Wert λ ist, der durch Subtrahieren eines Tiefenmaßes H der Befestigungsöffnung 55 der Befestigungszunge 53 (ein Dickenmaß der Befestigungszunge 53) von einem Abstandsmaß D zwischen der oberen Fläche 61t des Ventilkörpers 61 und der hinteren Fläche 67b der Metallscheibe 67 erhalten wird. Der Wert λ ist mit anderen Worten eine zulässige Versatzgröße in einer axialen Richtung des Ventils 57 (einer Längsrichtung des Ventilschafts 63) bezüglich der Befestigungszunge 53. Außerdem wird ein Verhältnis (λ/δ) des Wertes λ zu dem Spiel δ in dem Ausführungsbeispiel auf 3,5 bis 6,5 festgelegt. Dies liegt daran, dass wenn das Verhältnis (λ/δ) kleiner als 3,5 wird, das Spiel zwischen dem Ventil 57 und dem Befestigungselement 49 übermäßig groß wird und es damit schwierig wird, ein Klappern des Ladedruckregelventils 37 zu reduzieren, und wenn das Verhältnis (λ/δ) 6,5 übersteigt, das Spiel zwischen dem Ventil 57 und dem Befestigungselement 49 übermäßig gering wird und es damit erschwert, die Folgefähigkeit des Ventilkörpers 61 an dem Ventilsitz 59 auf der Öffnungsseite des Umgehungskanals 35 ausreichend sicherzustellen.
Wie in 3(a) und 3(b) dargestellt, wird, wenn ein Zustand erfüllt ist, in dem die Außenumfangsfläche des Ventilschafts 63 in Kontakt mit einem vorderseitigen Umfang und einem rückseitigen Umfang der Befestigungsöffnung 55 der Befestigungszunge 53 kommt, und in dem die obere Fläche 61t des Ventilkörpers 61 in Kontakt mit einer hinteren Fläche 53b der Befestigungszunge 53 kommt, das Ladedruckregelventil 37 so gebildet, dass die Metallscheibe 67 mit einer vorderen Fläche 53a der Befestigungszunge 53 nicht in Kontakt kommt.
Insbesondere kann beispielsweise, wie in 3(c) dargestellt, ein Fall angenommen werden, in dem die obere Fläche 61t des Ventilkörpers 61 in Kontakt mit der hinteren Fläche 53b der Befestigungszunge 53 kommt, und in dem die Metallscheibe 67 in Kontakt mit der vorderen Fläche 53a der Befestigungszunge 53 kommt. In diesem Fall wird ein Neigungswinkel α des Ventils 57 bezüglich der Mittellinie C der Befestigungsöffnung 55 der Befestigungszunge 53 als tan^-1 {λ /(R₁+R₂)} von einem geometrischen Verhältnis ausgedrückt. Außerdem wird, wie in 3(b) dargestellt, ein Fall angenommen, in dem die Außenumfangsfläche des Ventilschafts 63 in Kontakt mit dem vorderseitigen Umfang und dem rückseitigen Umfang der Befestigungsöffnung 55 der Befestigungszunge 53 kommt, und in dem die obere Fläche 61t des Ventilkörpers 61 in Kontakt mit der hinteren Fläche 53b der Befestigungszunge 53 kommt. In diesem Fall wird ein Neigungswinkel β des Ventils 57 bezüglich der Mittellinie C der Befestigungsöffnung 55 der Befestigungszunge 53 als tan^-1 {2δ/(H-P₃)} eines geometrischen Verhältnisses ausgedrückt. Wenn der Neigungswinkel β kleiner als der Neigungswinkel α wird, besteht kein Kontakt zwischen der Metallscheibe 67 und der vorderen Fläche 53a der Befestigungszunge 53, wenn der Zustand erfüllt ist. Mit anderen Worten besteht kein Kontakt zwischen der Metallscheibe 67 und der vorderen Fläche 53a der Befestigungszunge 53, wenn die folgende Ungleichung gilt. ${tan}^{- 1} {λ/ (R_{1} + R_{2})} > {tan}^{- 1} {2 δ/ (H - R_{3})}$
Dabei kennzeichnet R₁ einen Radius der oberen Fläche 61t des Ventilkörpers 61, R₂ kennzeichnet einen Radius eines Teils ohne die Abfasung 69 in der hinteren Fläche 67b der Metallscheibe 67, und R₃ kennzeichnet einen Radius des Bogens des rückseitigen Umfangs der Befestigungsöffnung 55 der Befestigungszunge 53. Es sei angemerkt, dass die runden Markierungen in 3(b) und 3(c) die oben beschriebenen Kontaktabschnitte kennzeichnen.
Erfindungsgemäß sind das Spiel δ und der Wert λ ausreichend gering, sodass die Formel (1) durch folgende Formel ersetzt werden kann. $λ/ (R_{1} + R_{2}) > 2 δ/ (H - R_{3})$
Es sei angemerkt, dass 3(c) eine Teil-Querschnittdarstellung eines Ladedruckregelventils 71 gemäß einem Vergleichsbeispiel ist, und dass in 3(c) entsprechenden Komponenten des Ladedruckregelventils 71 dieselben Bezugsziffern zugewiesen sind wie den Komponenten des Ladedruckregelventils 37.
Nachfolgend werden die Funktion und Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels erläutert.
Abgas wird am Gaseinlass 27 eingeleitet und zirkuliert von der Eingangsseite zu der Ausgangsseite des Turbinenrades 25 durch den Turbinen-Scroll-Strömungskanal 29. Durch die Zirkulation des Abgases wird unter Nutzung der Druckenergie des Abgases die Drehkraft (ein Drehmoment) erzeugt, und die Rotorwelle 9 und das Kompressorrad 13 können integral mit dem Turbinenrad 25 gedreht werden. Somit kann die durch die Lufteinlassöffnung 15 eingeleitete Luft verdichtet und über den Diffusor-Strömungskanal 17 und den Kompressor-Scroll-Strömungskanal 19 aus dem Luftauslass 21 ausgestoßen werden, so dass die dem Motor zugeführte Luft turboaufgeladen werden kann (übliche Wirkungsweise des Turboladers 1).
Wenn ein Turboladedruck (ein Druck an der Ausgangsseite des Kompressorrades 13) einen eingestellten Druck während des Betriebs des Turboladers 1 erreicht, schwenkt das Verbindungselement 45 durch den Antrieb des Antriebselements 47 in die normale Richtung (eine Richtung) und die Stange 41 dreht sich in die normale Richtung. Durch die Drehung der Stange 41 in der normalen Richtung wird das Ventil 57 in die normale Richtung geschwenkt, und der Ventilkörper 61 trennt sich von dem Ventilsitz 59 auf der Öffnungsseite des Umgehungskanals 35. Somit wird die Öffnung des Umgehungskanals 35 durch das Ladedruckregelventil 37 geöffnet, ein Teil des von dem Gaseinlass 27 eingeleiteten Abgases umgeht das Turbinenrad 25, und eine Durchflussrate des zur Seite des Turbinenrades 25 geleiteten Abgases sinkt.
Wenn der Turboladedruck nach dem Öffnen des Umgehungskanals 35 niedriger als der eingestellte Druck wird, schwenkt das Verbindungselement 45 durch den Antrieb des Antriebselements 47 in die umgekehrte Richtung (die andere Richtung) und die Stange 41 dreht sich in die umgekehrte Richtung. Durch die Drehung der Stange 41 in der umgekehrten Richtung wird das Ventil 57 in die umgekehrte Richtung geschwenkt, und der Ventilkörper 61 liegt an dem Ventilsitz 59 auf der Öffnungsseite des Umgehungskanals 35 an. Somit wird die Öffnung des Umgehungskanals 35 durch das Ladedruckregelventil 37 geschlossen, und die Durchflussrate des zur Seite des Turbinenrades 25 geleiteten Abgases steigt an (übliche Wirkungsweise des Ladedruckregelventils 37).
Das Ladedruckregelventil 37 ist so aufgebaut, dass die Mentalscheibe 67 ich nicht in Kontakt mit der vorderen Fläche 53a der Befestigungszunge 53 kommt, wenn das Spiel δ kleiner als der Wert λ eingestellt wird, und die Bedingung erfüllt ist. Selbst wenn ein Außendurchmesser der Metallscheibe 67 verbreitert wird, um das Gewicht der Metallscheibe 67 zu erhöhen, tritt ein Kontakt der oberen Fläche 61t des Ventilkörpers 61 mit der hinteren Fläche 53b der Befestigungszunge 53 und ein Kontakt der Metallscheibe 67 mit der vorderen Fläche 53a der Befestigungszunge 53 nicht gleichzeitig ein, wenn das Ventil 57 zur Mittellinie C der Befestigungsöffnung 55 der Befestigungszunge 53 in einem Zustand geneigt wird, in dem die Öffnung des Umgehungskanals 35 geöffnet ist. Mit anderen Worten kommen der Ventilkörper 61 und die Metallscheibe 67 nicht miteinander in Kontakt, um die Befestigungszunge 53 zu umschließen, wenn die Öffnung des Umgehungskanals 53 geöffnet ist. Selbst wenn das Gewicht der Metallscheibe 67 erhöht wird, wirkt keine hohe Reaktionskraft von der Befestigungszunge 53 auf die Metallscheibe 67, wenn die Öffnung des Umgehungskanals 35 geöffnet ist. Insbesondere aufgrund der Abfasung 69 am Außenumfangsrand der hinteren Fläche 67b der Metallscheibe 67 kann das Gewicht der Metallscheibe 67 weiter erhöht und die Ausdehnung des Außendurchmessers der Metallscheibe 67 gefördert werden.
Ferner ist der Ausschnitt 65 auf der Seite, die sich näher an der Stange 41 befindet, in dem Ventilkörper 61 entlang der Längsrichtung der Stange 41 ausgebildet. Selbst wenn das Spiel zwischen dem Ventil 57 und dem Befestigungselement 49 klein ist, kann der Ventilkörper 61 zuverlässig zum Anliegen an dem Ventilsitz 59 auf der Öffnungsseite des Umgehungskanals 35 durch Schwenken des Ventil 57 in der umgekehrten Richtung gebracht werden. Mit anderen Worten kann die Öffnung des Umgehungskanals 35 durch das Ladedruckregelventil 37 (die alleinige Wirkung des Ladedruckregelventils 37) zuverlässig vollständig geschlossen werden (die Fähigkeit zum vollständigen Schließen und Öffnen kann verbessert werden).
Selbst wenn das Gewicht der Metallscheibe 67 erhöht wird, wirkt folglich gemäß dem Ausführungsbeispiel keine hohe Reaktionskraft von der Befestigungszunge 53 auf die Metallscheibe 67, wenn die Öffnung des Umgehungskanals 35 geöffnet ist. So kann die Lebensdauer des Ladedruckregelventils 37 und damit die Lebensdauer des Turboladers 1 verbessert werden, indem die Reduzierung einer Kombinationskraft (eine Befestigungskraft) der Spitze des Ventilschafts 63 und der Metallscheibe 67 bei zunehmender Gesamtbetriebszeit des Turboladers 1 ausreichend unterdrückt werden, während gleichzeitig ein Klappern des Ladedruckregelventils 37 während des Betriebs des Turboladers 1 reduziert werden kann.
Außerdem kann die Zuverlässigkeit des Ladedruckregelventils 37 und damit die Zuverlässigkeit des Turboladers 1 verbessert werden, da die Fähigkeit zum vollständigen Schließen und Öffnen des Umgehungskanals 35 durch das Ladedruckregelventil 37 verbessert werden kann, selbst wenn das Spiel zwischen dem Ventil 57 und dem Befestigungselement 49 gering ist.
Es sei angemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Erläuterung des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels beschränkt ist, sondern durch entsprechende Änderungen in verschiedenen Aspekten ausgeführt werden kann, wie beispielsweise durch das Bereitstellen eines Ladedruckregelventils (nicht dargestellt), das eine Öffnung eines Umgehungskanals (nicht dargestellt) öffnet und schließt, der in einem Abgaskrümmer (nicht dargestellt) ausgebildet ist, an einer entsprechenden Position des Abgaskrümmers, der in Verbindung mit dem Gaseinlass 27 des Turbinengehäuse 23 oder dergleichen angeordnet ist, anstatt dem Bereitstellen des Ladedruckregelventils 37, das den Umgehungskanal 35 öffnet und schließt, an der entsprechenden Position des Turbinengehäuses 23.
Ferner ist der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Das heißt, der Ventilmechanismus mit variabler Durchflussrate der vorliegenden Anmeldungsschrift ist nicht auf das oben beschriebene Ladedruckregelventil 37 beschränkt, und wie in JP 6 133 923 B2 , der Offenlegungsschrift JP 2001-263078 A und dergleichen gezeigt, kann der Ventilmechanismus mit variabler Durchflussrate auch in einem Umschaltventilmechanismus (nicht dargestellt) angewendet werden, der einen Versorgungszustand und einen Versorgungsunterbrechungszustand von Abgas bezüglich einem aus einer Vielzahl von Turbinen-Scroll-Strömungskanälen (nicht dargestellt) schaltet, die in einem Turbinengehäuse (nicht dargestellt) ausgebildet sind. Ferner kann der Ventilmechanismus mit variabler Durchflussrate der vorliegenden Anmeldung auch, wie beispielsweise in der Offenlegungsschrift JP 2010-209688 A , der Offenlegungsschrift JP 2011-106358 A und dergleichen beschrieben, auch in einem Umschaltventilmechanismus (nicht dargestellt) angewendet werden, der einen Versorgungszustand und einen Versorgungsunterbrechungszustand von Abgas bezüglich einer aus einer Vielzahl von Stufen eines Turbinengehäuses (nicht dargestellt) schaltet. Ferner kann der Ventilmechanismus mit variabler Durchflussrate der vorliegenden Anmeldung auch in Ausführungsbeispielen angewendet werden, in welchen eine Durchflussrate von Abgas, das zu einer Turbinenradseite geleitet wird, durch Öffnen einer Öffnung eines Umgehungskanals (eines Kanals mit variabler Gas-Durchflussrate) sowohl erhöht als auch gesenkt wird. Entsprechend kann der Ventilmechanismus mit variabler Durchflussrate der vorliegenden Anmeldung auch in Ausführungsbeispielen angewendet werden, in welchen die Durchflussrate von Abgas, das zu einer Turbinenradseite geleitet wird, durch Schließen einer Öffnung des Umgehungskanals (des Kanals mit variabler Gas-Durchflussrate) sowohl erhöht als auch gesenkt wird.
Bezugszeichenliste

1: Turbolader
3: Lagergehäuse
5: Radiallager
7: Axiallager
9: Rotorwelle
11: Kompressorgehäuse
13: Kompressorrad
15: Lufteinlassöffnung
17: Diffusorströmungskanal
19: Kompressor-Scroll-Strömungskanal
21: Luftauslass
23: Turbinengehäuse
25: Turbinenrad
27: Gaseinlass
29: Turbinen-Scroll-Strömungskanal
31,33: Gasaustrittskanal
35: Umgehungskanal (Kanal)
37: Ladedruckregelventil (Ventilmechanismus)
39: Lagerbohrung
41: Stange
43: Buchse
45: Verbindungselement
47: Antriebselement
49: Befestigungselement
51: Befestigungshülse
53: Befestigungszunge
53a: vordere Fläche der Befestigungszunge
53b: hintere Fläche der Befestigungszunge
55: Befestigungsöffnung
57: Ventil
59: Ventilsitz
61: Ventilkörper
61t: obere Fläche des Ventilkörpers
63: Ventilschaft
65: ausgeschnittener Teil des Ventilkörpers
67: Metallscheibe (Klammer)
67b: hintere Fläche der Klammer
69: Abfassung
L: links
R: rechts
C: Mittellinie
δ: Spiel
H: Tiefenmaß
D: Abstandsmaß
λ: Differenz zwischen Abstandsmaß D und Tiefenmaß H
α, β: Neigungswinkel
R1, R2, R3: Radius

Claims

Ventilmechanismus (37) mit variabler Durchflussrate zur Verwendung in einem Turbolader (1), bei welchem ein Kanal mit variabler Gas-Durchflussrate zum Anpassen einer Durchflussrate eines Abgases, das zu einer Turbinenradseite geleitet wird, in einem Turbinengehäuse (23) oder in einem Verbindungskörper angeordnet ist, der in Kommunikation mit dem Turbinengehäuse (23) verbunden ist, und der dazu konfiguriert ist, eine Öffnung des Kanals mit variabler Gas-Durchflussrate zu öffnen und zu schließen, wobei der Ventilmechanismus (37) mit variabler Durchflussrate umfasst: eine Stange (41), die drehbar in einer Lagerbohrung (39) gelagert ist, welche durch Durchdringen einer Außenwand des Turbinengehäuses (23) oder des Verbindungskörpers gebildet wird, und die ein Basisende aufweist, das nach außen aus dem Turbinengehäuse (23) oder dem Verbindungskörper vorsteht; ein Verbindungselement (45), das integral mit dem Basisende der Stange (41) ausgebildet und so konfiguriert ist, dass es durch den Antrieb eines Antriebselements (47) in normaler und umgekehrter Richtung um eine axiale Mitte der Stange (41) schwenkt; ein Befestigungselement (49), das integral mit der Stange (41) ausgebildet ist und mit einer Befestigungsöffnung (55) versehen ist, die durch Durchdringen des Befestigungselements (49) gebildet wird; ein Ventil (57), das Folgendes aufweist: einen Ventilkörper (61), der in die Befestigungsöffnung (55) des Befestigungselements (49) mit Spiel zu dem Befestigungselement (49) eingesetzt ist und so konfiguriert ist, dass er an einem Ventilsitz (59) auf der Öffnungsseite des Kanals (35) mit variabler Gas-Durchflussrate anliegen und sich davon lösen kann; und einen Ventilschaft (63), der integral mit einer Mitte des Ventilkörpers (61) ausgebildet und in die Befestigungsöffnung (55) des Befestigungselements (49) eingesetzt ist; und eine Klammer (67), die integral mit einer Spitze des Ventilschafts (63) ausgebildet und dazu konfiguriert ist, das Ventil (57) unlösbar mit dem Befestigungselement (49) zu verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spiel (δ) zwischen einer Innenumfangsfläche der Befestigungsöffnung (55) des Befestigungselements (49) und einer Außenumfangsfläche des Ventilschafts (63) kleiner als ein Wert (λ) eingerichtet wird, der durch Subtrahieren eines Tiefenmaßes (H) der Befestigungsöffnung (55) des Befestigungselements (49) von einem Abstandsmaß (D) zwischen einer oberen Fläche (61t) des Ventilkörpers (61) und einer hinteren Fläche (67b) der Klammer (67) erhalten wird, dass wenn ein Zustand erfüllt ist, in dem die Außenumfangsfläche des Ventilschafts (63) in Kontakt mit einem vorderseitigen Umfang und einem rückseitigen Umfang der Befestigungsöffnung (55) des Befestigungselements (49) kommt, und in dem die obere Fläche (61t) des Ventilkörpers (61) in Kontakt mit einer hinteren Fläche (53b) des Befestigungselements (49) kommt, der Ventilmechanismus (37) mit variabler Durchflussrate so gebildet wird, dass die Klammer (67) mit einer vorderen Fläche (53a) des Befestigungselements (49) nicht in Kontakt kommt, und dass die Ungleichung λ/(_R1+R₂) > 2δ/(H-R₃) erfüllt ist, wobei λ der Wert ist, der gebildet ist durch Subtrahieren des Tiefenmaßes (H) der Befestigungsöffnung (55) des Befestigungselements (49) von dem Abstandsmaß (D) zwischen der oberen Fläche (61t) des Ventilkörpers (61) und der hinteren Fläche (67b) der Klammer (67), R₁ ein Radius der oberen Fläche (61t) des Ventilkörpers (61) ist, R₂ ein Radius eines Teils der hinteren Fläche (67b) der Klammer (67) ist, R₃ ein Radius eines Bogens des rückseitigen Umfangs der Befestigungsöffnung (55) des Befestigungselements (49) ist, δ das Spiel zwischen der Innenumfangsfläche der Befestigungsöffnung (55) des Befestigungselements (49) und der Außenumfangsfläche des Ventilschafts (63) ist, und H das Tiefenmaß der Befestigungsöffnung (55) des Befestigungselements (49) ist.
Ventilmechanismus (37) mit variabler Durchflussrate nach Anspruch 1, wobei ein Teil des Ventilkörpers (61) auf einer Seite näher an der Stange (41) entlang einer Längsrichtung der Stange (41) ausgeschnitten ist.
Ventilmechanismus (37) mit variabler Durchflussrate nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Abfasung (69) an einem Außenumfangsrand der hinteren Fläche (67b) der Klammer (67) ausgebildet ist.
Ventilmechanismus (37) mit variabler Durchflussrate nach Anspruch 1, wobei ein Verhältnis (λ/δ) zwischen dem Wert (λ), zu dem Spiel (δ) zwischen 3,5 und 6,5 liegt.
Ventilmechanismus (37) mit variabler Durchflussrate nach Anspruch 1, wobei die Ungleichung λ > (R₁+R₂) tan(β) erfüllt ist, wobei β ein Neigungswinkel des Ventils (57) bezüglich einer Mittellinie (C) der Befestigungsöffnung (55) ist.
Turbolader (1), der zu einem Motor geleitete Luft turboauflädt, indem er die Energie des Abgases von dem Motor nutzt, umfassend den Ventilmechanismus (37) mit variabler Durchflussrate nach einem der Ansprüche 1 bis 5.