DE3009453A1 - Steuervorrichtung fuer abblaseventile von abgasturboladern - Google Patents

Steuervorrichtung fuer abblaseventile von abgasturboladern

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Description

Steuervorrichtung für Abblas even tile von Abgasturboladern
Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für Abgasturbolader-Abblaseventile, welche mit einem der Ventilstößelführung dienenden Gehäuseunterteil unter Zwischenfügung einer Wärmeisolierung am Turbinengehäuse befestigt ist, wobei die Wärmeisolierung aus zumindest einem, vom Ventilstößel durchsetzten und längs des Umfangs eingespanntenHitzeschild besteht.
Durch derartige Abgasturbolader kann die Leistungsfähigkeit von Verbrennungsmotoren verbessert werden. Da Verbrennungsmotore für Kraftfahrzeuge einen großen Drehzahlbereich aufweisen, ist eine Ladedruckregelung notwendig, um einen ausreichenden Ladedruck und ein entsprechend großes Drehmoment bei niederer Motordrehzahl sicherzustellen, ohne einen unerwünscht hohen Ladedruck bei der Enddrehzahl zu erreichen. Diese Maßnahme wird mit bekannten Abblaseventilen erreicht, welche den Ladedruck des Abgasturboladers in seiner Höhe regeln und einen Teil des extrem hoch temperierten Abgasstromes vor dem Eintritt in das Turbinenrad über
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einen By-pass-Kanal abführen. Dieser By-pass-Kanal ist üblicherweise im Turbinengehäuse ausgebildet. Die Steuerung des Abblaseventils erfolgt mit Hilfe einer Steuerdose, in welcher eine Membran angeordnet ist, die in Abhängigkeit vom Ladedruck bzw. vom Druck vor der Turbine das Abblaseventil betätigt. Um die Membran in der Steuer dose den hohen Abgastemperaturen möglichst wenig auszusetzen ist es bekannt, die Steuerdose auf der Kompressorseite des Turboladers anzuordnen und das Abblaseventil über ein Gestänge zu betätigen (DE-OS 28 24 401). Bei einem derartigen Aufbau ist es schwierig, das Abblaseventil mit hoher Präzision zu steuern und außerdem ergibt sich ein unerwünscht voluminöser Aufbau.
Es ist daher auch bereits bekannt, das Abgasturbolader-Abblasventil zusammen mit der Steuerdose integriert am Turbinengehäuse zu befestigen (DE-OS 27 38 929), wobei zum Kühlen der Steuerdose über eine Leitung Ladeluft in die Steuerdose eingeleitet und über den Schaft des Ventils abgeleitet wird.
Es ist auch bekannt zwischen das Gehäuseunterteil und die Steuerdose des Abgasturboladers-Abblaseventils eine wärmedämmende Platte einzufügen, um de Membran gegen zu hohe Temperaturen zu schützen. Die Verwendung einer wärmedämmenden Platte ist in diesem Fall ausreichend, da die dem Abblaseventil zugekehrte Seite der Membrane belüftet ist.
Schließlich ist auch bereits das Vorsehen eines dünnen Bleches als Hitzeschild im By-pass-Kanal bekannt (DE-OS 14 51 904), welches mit seinem Rand zwischen das mit dem Turbinengehäuse verschraubte Gehäuseunterteil und das Turbinengehäuse eingespannt ist. Dieses
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Blech wird vom Ventilstößel durchdrungen und reicht nicht aus, um die extrem hohen Temperaturen von der Steuerdose ausreichend fernzuhalten, wenn anstelle eines Kolbens in der Steuerdose eine Membran Verwendung finden soll.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hitzeschutz für ein mit dem Turbinengehäuse integriertes Abgasturbolader-Ventil zu schaffen, mit dem die Membran und die Feder in der Steuerdose des Ventils vor schädlichen Temperaturen geschützt werden kann und welches eine möglichst ruhige Strömung des Abgas stromes im Bypass-Kanal sicherstellt.
Diese Aufgabe wird ausgehend von der eingangs erwähnten Steuervorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei oder mehrere als Topfscheiben ausgebildete Hitzeschilde vorhanden sind, daß der dem Ventilteller nächstliegende erste Hitzeschild mit seiner im wesentlichen ebenen Bodenfläche in einem Abstand (A) vom Sitz des Abblaseventils angeordnet ist, welcher etwa das 0, 5 bis 1, 5-fache des Durchlaßquerschnittes (B) der Anschlußbohrung zum Abgaskanal beträgt, daß der zweite als Topfscheibe ausgebildete Hitzeschild in den ersten Hitzeschild ragt, wobei die Bodenflächen einen Abstand (C) voneinander haben, der gleich oder größer dem 0,1-fachen des Ventilstößeldurchmessers ist.
Bei einem derartigen nach den Merkmalen der Erfindung aufgebauten Abgas turbolader-Abblaseventil wird eine optimale Wärmeisolierung der Membran gegen die extrem hohen Abgastemperaturen gewährleistet.
Una zu erreichen, daß der über den By-pass-Kanal abfließende Ab-
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gasstrom möglichst ungestört abfließen kann, ist für eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Bodenfläche des ersten Hitzeschildes in einer Ebene verläuft, weichein der Ebene der By-pass-Wand oder geringfügig dahinter angeordnet ist.
Für den Fall, daß im Motorraum der als Kühlkörper ausgebildete Gehäuseunterteil nicht optimal von Kühlluft umströmt wird, ist nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, daß ein dritter Hitzeschild auf der Druckseite des Abblaseventils zwischen dem Gehäuseunterteil und einer mit dem Ventilstößel verbundenen Membran angeordnet ist und daß der Abstand (F) der Bodenfläche des Hitzeschildes vom Gehäuseunterteil gleich oder größer dem 0,1-fachen des Ventilstößeldurchmessers (D) ist.
Um den By-pass-Kanal für den Strömungsverlauf im Bereich der Einsatzbohrung für das Abblaseventil möglichst strömungsgünstig zu gestalten ist ferner vorgesehen, daß die Wandflächen der ineinander^-ragenden ersten und zweiten Hitzeschilde senkrecht zur Bodenfläche und die äußere Wandfläche in einem geringen Abstand zur Wandung der Einsatzbohrung verlaufen.
Durch die Maßnahmen der Erfindung wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß bei einem in das Turbinengehäuse integrierten Abgasturbolader-Abblaseventil, wobei die Abzweigung des Abgasstromes meinem By-pass-Kanal im Turbinengehäuse erfolgt, durch die verhältnismäßig hohe Temperaturabschirmung eines doppelten Hitzeschirmes auf der Ventilseite des als Kühlkörper ausgebildeten Gehäuseteils und eines einfachen Hitzeschildes in der Steuerdose eine Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit der Membran auch über lange Lauf zeiten vermieden wird, wobei gleichzeitig der Kühl-
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körper verhältnismäßig kurz gestaltet werden kann und sich dadurch ein sehr gedrungener Aufbau für das Abblaseventil ergibt. Durch diese wirkungsvolle Wärmeabschirmung wird ein einwandfreier zuverlässiger Arbeitsbetrieb gewährleistet, wobei dafür Sorge getragen ist, daß der Abgasstrom über den By-pass-Kanal weitgehendst ungestört abfließen kann.
Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Ansprüchen und der aus einer Figur bestehenden Zeichnung, welche ein Abgasturbolader-Abblaseventil im Schnitt darstellt.
Die Zeichnung zeigt einen Schnitt durch den Teil des Turbinengehäuses 10, in welchem der By-pass-Kanal 11 und die Anschluß bohrung 12 zum Abgaskanal verläuft. Dabei erstreckt sich der Bypass-Kanal etwa senkrecht verlaufend zur Anschlußbohrung zum Abgaskanal und hat einen etwa rechteckigen Querschnitt. Der By-pass-Kanal wird gegen die Anschlußbohrung mit Hilfe eines Ventiltellers 13 verschlossen, der im Übergangsbereich seinen Ventilsitz hat.
Der Anschlußbohrung 12 gegenüberliegend ist in dem Turbinengehäuse 10 eine Einsatzbohrung 14 ausgebildet, in welche das Abblasenventil eingesetzt ist. Der mit dem Ventilteller 13 verbundene Ventilstößel 16 erstreckt sich durch ein als Kühlkörper wirksames Gehäuseunterteil 15 bis in eine Steuerdose 17, in welcher der Ventilstößel 16 mit einer Membran 18 verbunden ist. Diese Membran unterteilt die Steuerdose in zwei Funktionsräume, von welchen der untere mit dem Ladedruck über einen Anschlußstutzen 20 beaufschlagt wird. Im oberen Funktionsraum befindet sich eine Feder 21,
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welche die Halterung 22 der Membran und den damit verbundenen Ventilstößel gegen den Ventilsitz drückt.
Die Funktionsweise des Abgasturbolader-Abblaseventils ist bekannt, so daß auf die Erläuterung verzichtet werden kann.
Um insbesondere die Membran 18 und auch die Feder 20 vor den extrem hohen Temperaturen des Abgases zu schützen sind Hitzeschilde vorgesehen, von welchen ein erster Hitzeschild 25 und ein zweiter Hitzeschild 26 auf der Unterseite des Gehäuseunterteils angebracht und mit diesem in der Einsatzbohrung 14 des Turbinen gehäuses verspannt sind.
Die Hitzeschilde 25 und 26 sind als Topfscheiben mit einer im wesentlichen ebenen Bodenfläche ausgebildet, deren seitlicher Rand etwa senkrecht auf der Bodenfläche steht und einen nach außen gebörtelten Flansch hat, mit dem die Hitzeschilde längs des Umfangs zwischen dem Gehäuseunterteil und das Turbinengehäuse eingespannt sind. Dabei sitzt der zweite Hitzeschild im ersten Hitzeschild mit einem Abstand,auf den nachfolgend noch eingegangen wird.
Ein dritter Hitzeschild 27 ist inder Steuerdose 17 zwischen der Membran 18 und dem Gehäuseunterteil 15 angeordnet und ist ebenfalls längs seines Umfangs eingespannt. Die Hitzeschilde haben jeweils eine Zentrumsbohrung,durch welche der Ventilstößel 16 verläuft.
Da die Einspannung des dritten Hitzeschildes zwischen parallel verlaufenden Schultern des Gehäuseunterteils und der Abdeckung der Steuerdose zusammen mit der Membran erfolgt, ist zwischen die Membran und den Hitzeschild eine wärmedämmende Zwischen-
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lage eingefügt, die den direkten Wärmeübergang in den Rand der Membran verhindert.
Wie aus der Zeichnung hervorgeht, verläuft der senkrechte Rand des ersten Hitzeschildes 25 in einem geringenAbstand von der Innenfläche der Einsatzbohrung 14, wobei die Bodenfläche des Hitzeschildes für den Bereich der Einsatzbohrung den By-pass Kanal etwa in der Ebene der By-pass-Kanalwand begrenzt. Dadurch wird erreicht, daß in diesem. Bereich der By-pass-Kanal keine störende Querschnittsänderung erfährt. Im Interesse einer optimalen Strömung und Wärmeabschirmung soll der Abstand A der Bodenfläche des Hitzeschildes 25 von der Ebene des Ventilsitzes das 0, 5 bis 1, 5-fache des Durchmesser B der Anschlußbohrung 12 betragen. Für den Abstand E der Bodenfläche des Hitzeschildes 25 von der Ebene der dazu parallel verlaufenden Wand des By-pass-Kanals 11 ergibt sich als Optimierungsregel, daß dieser Abstand gleich oder größer als Null sein soll, damit vermieden wird, daß die Bodenfläche des ersten Hitzeschildes in den By-pass-Kanal ragt, wodurch sich eine stärkere Erwärmung ergibt.
Der zweite als Topfscheibe ausgebildete Hitzeschild 26 ist in seinen Abmessungen derart gestaltet, daß er in den ersten Hitzeschild hineinragt, wobei der Abstand der Bodenflächen der beiden Hitzeschilde gleich oder größer dem 0,1-fachen des Ventilstößeldurchmessers D ist. Durch diese Maßnahme läßt sich die Wärmeübertragung bzw. Wärmeleitung zur Membran auf ein Minimum verringern und damit die Membrantemperatur möglichst klein halten.
Wie bereits bemerkt, wirkt der Gehäuseunterteil 15 als Kühlkörper und ist deswegen mit einer Vielzahl von Kühlrippen versehen.
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Wenn aufgrund der konstruktiven Abmessungen eine kleinere als optimale Anzahl von Kühlrippen vor gesehen werden muß, ist es nach der weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft, einen dritten Hitzeschild in der Steuerdose vorzusehen, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist. Dieser dritte Hitzeschild ist ebenfalls als Topfscheibe ausgebildet, wobei der Abstand P der Bodenfläche vom Gehäuseunterteil gleich oder größer dem 0, 1-fachen des Ventilstößeldurchmessers D ist.
Die Anzahl der Hitzeschilde zwischen der Membranund dem Ventil richtet sich nach der Höhe der Abgastemperatur, wobei es aus Kostengründen zweckmäßig ist, die Anzahl der Hitzeschilde im Gasraum gering zu halten und dafür im kälteren Teil, d.h. im Bereich der Steuerdose einen oder mehrere Hitzeschilde einzusetzen, die, da sie dem Abgas nicht ausgesetzt sind, aus einem weniger hochwertigen Material sein können. Ein Vorteil der erfindungsgemäß vorgesehenen Anordnung der Hitzeschilde besteht auch darin, daß nach dem Abstellen des Motors ein Aufheizen der Membran auf unzulässighohe Temperaturen verhindert werden kann.
Wie bemerkt, kann auch in der Steuerdose mehr als ein Hitzeschild vorgesehen werden, wobei für den Abstand C der beiden Bodenflächen voneinander und den Abstand F der einen Bodenfläche vom Gehäuseunterteil dieselben Bemessungsregeln Gültigkeit haben.
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Claims (4)

  1. Anm elder:
    Aktiengesellschaft Kühnle, Kopp & Kausch Postfach 265 6710 Frankenthal
    PATENTANSPRÜCHE
    Steuervorrichtung für Abgasturbolader -Ab blase ventile, welche mit einem der Ventilstößelführung dienendem Gehäuseunterteil unter Zwischenfügung einer Wärmeisolierung am Turbinengehäuse befestigt ist, wobei die Wärmeisolierung aus zumindest einem vom Ventilstößel durchsetzten und längs des Umfangs eingespannten Hitzeschild besteht, dadurch gekennzeichnet,
    - daß zwei oder mehrere als Topfscheiben ausgebildete Hitzeschilde vorhanden sind,
    - daß der dem Ventilteller nächstliegende erste Hitzeschild
    (25) mit seiner im wesentlichen ebenen Bodenfläche in einem Abstand (A) vom Sitz des Abblase ventile angeordnet ist, welcher etwa das 0,5 bis 1,5-fache des Durchlaßquerschnittes (b) der Anschlußbohrung (12) zum Abgaskanal beträgt, und - daß der zweite als Topfscheibe ausgebildete Hitzeschild (26) in den ersten Hitzeschild ragt, wobei die Bodenflächen einen Abstand (C) voneinander haben, der gleich oder größer dem 0,1 -fachen des Ventilstößeldurchmessers (D) ist.
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  2. 2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    - daß die Bodenfläche des ersten Hitzeschildes (25) in einer Ebene verläuft, welche inder Ebene der By-pass-Wand oder geringfügig dahinter angeordnet ist.
  3. 3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
    - daß ein dritter Hitzeschild (27) auf der Druckseite des Abblaseventils zwischen dem Gehäuseunterteil (15) und einer mit dem Ventilstößel (16) verbundenen Membran (18) angeordnet ist, und
    - daß der Abstand (F) der Bodenfläche vom Gehäuseunterteil (15) gleich oder größer dem 0,1-fachen des Ventilstößeldurchmessers (D) ist.
  4. 4. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
    - daß die Wandflächen der ineinanderragenden ersten und
    - zweiten Hitzeschilde (25, 26) senkrecht zur Bodenfläche und in geringem Abstand zur Einsatzbohrung (14) verlaufen.
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