DE3509019C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Abblaseventil für eine Turbine eines Turboladers an einem Verbrennungsmotor.

Aus der DE-OS 26 57 794 ist ein derartiges Abblaseventil mit den im Ober­ begriff von Anspruch 1 genannten Merkmalen bekannt geworden.

Ein Turbolader für einen Verbrennungsmotor enthält normalerweise eine Turbine und einen Kompressor. Die Turbine wird gewöhnlich durch Abgas des Verbrennungsmotors angetrieben, und der Turbinen­ rotor ist in irgendeiner Weise mit dem Kompressorrotor verbunden, wodurch eine Drehung des Turbinenrotors zu einer Drehung des Kompressorrotors führt. Dieser führt Verbrennungsluft unter Druck dem zugehörigen Verbrennungsmotor zu. Ein Problem bei der­ artigen Turboladern liegt darin, daß die Drehzahl des Turbinenro­ tors und damit des Kompressorrotors mit der Drehzahl und/oder Belastung des Verbrennungsmotors zunimmt. Bei hohen Betriebsdreh­ zahlen oder Belastungen des Verbrennungsmotors kann der Fall eintreten, daß Turbine und Kompressor unter übermäßigen Drehzah­ len angetrieben werden. Es ist auch möglich, daß der Kompressor dem Verbrennungsmotor Verbrennungsluft unter Drücken zuführt, die höher sind als die höchstzulässigen Drücke für die Maschine.

In Turbolader wurden schon Vorrichtungen eingebaut, die dann wirksam werden, wenn die Rotordrehzahl oder -belastung einen bestimmten Wert überschreitet. Diese Vorrichtungen haben im all­ gemeinen ein Abblaseventil, das es mindestens einem Teil der Motorabgase gestattet, an der Turbine vorbeizuströmen, wenn die Drehzahl oder Bela­ stung des Motors einen vorbestimmten Wert erreicht.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abblaseventil, dessen Tätigkeit durch eine Membran gesteuert wird, die eine Druckkammer begrenzt und durch Druckluft betätigt wird.

Ein Problem, das bei der Anwendung von Tellerventilen auftritt, liegt darin, daß zumindest der Ventilteller den sehr hohen Temperaturen des Auspuffgases ausgesetzt ist und extrem heiß wird. Die Wärme strömt den Ventilschaft entlang und führt zu einer Überhitzung des Ventilschafts, der Feder und der Membran. Diese Überhitzung kann folgendes verursachen:

• - Ausfall der Membran und
• - Erschlaffung der Feder, was zu Änderungen der Federvorspan­ nung und damit des Arbeitspunktes des Ventils führt.

Durch die vorliegende Erfindung sollen ein Teil des Ventilschaftes und dessen Führung gekühlt werden und die Wärmeleitung zur Feder und zur Membran herabgesetzt oder verhindert werden.

Nach der oben erwähnten Offenlegungsschrift ist bereits vorgesehen, daß der Ventilschaft durch Luft gekühlt wird. Diese Kühlung erfaßt jedoch nicht den Ventilschaft in seiner ganzen Länge. Darüber hinaus ist für den Luftstrom über einen entscheidenden Teil des Ventilschafts hin nur ein sehr enger Ringraum zwischen dem Ventilschaft und seiner Ventilfüh­ rung vorgesehen.

Durch die vorliegende Erfindung soll daher die Luftkühlung des Ventil­ schafts verbessert und damit wirksamer gemacht werden. Dies geschieht gemäß Anspruch 1.

Entsprechend den Merkmalen g) und h) wird zum Kühlen dienende Druckluft bereits einer Druckkammer zugeführt, die das rückwärtige Ende des Ven­ tilschafts umgibt. Also wird der Ventilschaft auch dort noch gekühlt. Wesentlicher ist, daß ein Strömungsweg erheblichen Querschnitts für Kühlluft in denjenigen Bereichen des Ventilschafts vorgesehen wird, die näher am Ventilteller liegen. Die Strömung wird aus der Druckkammer ge­ speist, verläuft durch einen die Ventilführung durchdringenden Kanal ge­ gen einen den Ventilschaft umgebenden Ringraum und aus diesem durch ei­ nen weiteren Kanal in eine Kammer, die die Ventilführung umgibt. Aus dieser gelangt sie durch eine den Ventilschaft umgebende ringförmige Öffnung schließlich in den für die Abgase vorgesehenen Umgehungskanal.

Auf diese Weise wird eine außerordentlich wirksame Kühlung nicht nur des Ventilschafts, sondern auch der Ventilführung erreicht, nämlich inner­ halb der letztgenannten Kammer. Auf diese Weise wird außerdem die Wärme­ leitung durch den Ventilschaft zur Feder und zur Membran stark herabge­ setzt.

Die DE-OS 30 09 453 zeigt ein Abblaseventil mit den Merkmalen a) bis c) und e) von Anspruch 1. Dort sind aber keine Vorkehrungen getroffen wor­ den, einen Kühlluftstrom am Ventilschaft entlang zu führen. Stattdessen wurden insgesamt drei Hitzeschilde vorgesehen, die den Ventilschaft sehr eng umgeben, aber nicht für eine Kühlung des Ventilschafts sorgen kön­ nen.

Nach der US-PS 42 50 710 ist zwar eine Luftkühlung für den Ventilschaft vorgesehen. Zu diesem Zweck ist nach einer in dieser Schrift genannten Ausführungsform der Ventilschaft hohl ausgebildet und hat zur Zufuhr und Abfuhr der Kühlluft jeweils Löcher, die die Wand des Ventilschafts durchbrechen. Hierdurch wird der Ventilschaft geschwächt, was seine Le­ bensdauer herabsetzt. Statt eines Längskanals kann nach einer anderen Ausführungsform auch eine große Anzahl von Nuten in der Außenfläche des Ventilschafts vorgesehen sein, die in dessen Längsrichtung verlaufen, oder es kann eine große Anzahl solcher Nuten an der Innenfläche der Ven­ tilführung vorgesehen sein, oder diese beiden Möglichkeiten können mit­ einander kombiniert werden. In diesen Fällen wird die Lagerung des Ven­ tilschafts stark beeinträchtigt. Da nur noch geringe Umfangsteile des Ventilschafts für die Ventilführung zur Verfügung stehen, ist wiederum mit einem schnellen Verschleiß von Ventilschaft und/oder Ventilführung zu rechnen.

Die Nachteile, die sich nach den Lehren der beiden letztgenannten Schriften ergeben, werden durch die vorliegende Erfindung vermieden. Der Ventilschaft wird außerordentlich wirksam durch einen Luftstrom gekühlt, wobei es nicht erforderlich ist, entweder seinen Querschnitt oder den der Ventilführung durch Längsnuten zu schwächen.

Ausführungsbeispiele mit weiteren Merkmalen der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt teilweise im Schnitt einen Turbolader mit einem Abblaseventil in Form eines Tellerventils.

Fig. 2 zeigt das gleiche Tellerventil mit einem abgewandelten Lagerteil.

Fig. 1 zeigt einen als Ganzes mit 10 bezeichneten Turbolader, der ein Turbinengehäuse 12, ein Kompressorgehäuse 14 und ein Lagergehäuse 16 aufweist. Auf einer zentralen Welle 18 und inner­ halb des Turbinengehäuses 12 sitzt ein Turbinenrad oder -rotor 20 mit mehreren Schaufeln 22. Außerdem sitzt auf der Welle 18 und innerhalb des Kompressorgehäuses 14 sitzt ein Kompressorimpeller oder -rotor 24 mit mehreren Schaufeln 26. Die Welle 18 ist dreh­ bar in Lagern 28 innerhalb des Lagergehäuses 16 in üblicher Weise gelagert. Das Turbinengehäuse 12 hat einen Durchlaß 30, der von dem nicht dargestellten Auspuff eines nicht dargestellten Ver­ brennungsmotors zum Turbinenrad 20 führt. Das offene Ende des Turbinengehäuses 12 bildet einen Auslaß 32 für die verbrauchten Abgase zum Auspuffsystem und durch dieses zur Atmosphäre. Das Kompressorgehäuse 14 hat einen Einlaß 34, durch den Luft in den Kompressor gesaugt wird und einen Kanal 36, der vom Kompressorro­ tor 24 zu dem nicht dargestellten Einlaßverteiler des nicht dargestellten Verbrennungsmotors führt. Der Durchlaß 30 hat eine Öffnung 38 und steht mit einem Umgehungskanal 39 in Verbindung, der zum Auslaß der Turbine oder zur Atmosphäre führt. Die Öffnung 38 hat einen Ventilsitz 40, der mit einem Ventiltel­ ler 42 eines Tellerventils 44 zusammenarbeitet. Der Ventilteller 42 sitzt an einem Ventilschaft 46, der hin und her verschiebbar in einer Ventilführung 48 gelagert ist.

Die Tellerventilanordnung ist innerhalb eines Gehäuses 50a unter­ gebracht, das am Turbinengehäuse 12 befestigt ist. Das Gehäuse 50a hat einen Deckel 52, der an dem übrigen Teil des Gehäuses durch einen Klip 54 befestigt ist. Das vom Ventilteller 42 entfernte Ende des Ventilschafts 46 hat eine Schulter 56, die mit einer Hülse 58 (Fig. 2) zusammenwirkt. Diese Hülse ist über das Ende des Ventilschafts geschoben. Die Hülse hat einen Ringflansch 60a, der an die Schulter 56 stößt, und die Hülse 58 wird in ihrer Lage an der Schulter 56 durch eine Mutter 62 gehalten, die auf einen mit Gewinde versehenen Endabschnitt 64 des Ventilschafts 46 ge­ schraubt ist.

Eine Druckplatte 66 liegt an dem Ringflansch 60a an und wird in ihrer Lage durch einen gesenkgeschmiedeten (swaged) Ringwulst 67 der Hülse 58 gehalten. Auf der Hülse 58 wird von dem Ringwulst 67 außerdem eine Schale 70 gehalten, die dazu dient, eine Feder 68 gegenüber der Achse des Ventilschaftes 46 zu halten und zu zen­ trieren. Die Feder 68 liegt mit ihrem gegenüberliegenden Ende an der Innenseite des Deckels 52 an und übt dadurch auf den Ventil­ schaft über die Druckplatte 66, den Flansch 60 und die Schulter 56 eine Kraft aus und drückt den Ventilteller 42 unter Abdichtung in den Ventilsitz 40.

Eine flexible ringförmige Membran 72 wird an ihrem Außenumfang zwischen dem Deckel 52 und dem Rest des Gehäuses 50 gehalten und an ihrem inneren Umfang zwischen der Druckplatte 66 und der Schale 70. Die Membran bildet eine Wand einer Druckkammer 74, die durch ein Anschlußstück 76 mit einem Druckmittel versorgt wird. Dieses Druckmittel wird vom Auslaß des Kompressors oder vom Einlaßverteiler des Motors geliefert. Der Druck innerhalb der Druckkammer 74 ist höher als der Druck im Umgehungskanal 39. Hierdurch wird verhindert, daß Abgase durch die Ventilführung 48 in die Druckkammer 74 gelangen. Die Druckkammer 74 ist durch einen ringförmigen Teil 78 in zwei weitere Kammern unterteilt. Dieser Teil 78 ist an seinem Außenumfang an der Wand des Gehäuses 50 befestigt und trägt an seinem Innenumfang eine Ringdichtung 80 von annähernd U-Form. Eine Drosselöffnung 82 ist in dem ringförmigen Teil 78 vorgesehen. Sie gestattet eine beschränkte Strömung des Druckmittels zwischen den beiden durch den Teil 78 getrennten Kammern.

Die Ventilführung 48 hat Kanäle 84 und 86, die es dem Druckmittel gestatten, aus der Druckkammer 74 unter Druck durch den Kanal 84 in Berührung mit dem Ventilschaft 46 innerhalb der Ventilführung 48 zu kommen und dann durch den Kanal 86 in eine Kammer 88 zu gelangen. Diese Kammer wird von einem Schild, insbesondere Wärme­ schutzschild 90, einem Teil (surrounding part) der Ventilführung 48 und dem Ventilschaft neben der Ventilführung gebildet. Der Wärmeschutzschild 90 hat eine Öffnung 92, die größer ist als der Durchmesser des Ventilschafts 46. Dadurch kann das Druckmittel aus der Kammer 88 in den Umgehungskanal 39 gelangen.

Der Turbolader selbst arbeitet in üblicher Weise mit Auspuffgasen des Verbrennungsmotors, die durch den Durchlaß 30 zum Turbinenro­ tor 20 geführt werden und dann durch den Auslaß 32 austreten. Hierdurch wird der Turbinenrotor 20 gedreht und treibt den Kom­ pressorrotor 24 an, so daß dieser Luft durch den Einlaß 34 an­ saugt und sie dem Verbrennungsmotor zuführt. Während die Motor­ drehzahl und/oder -belastung ansteigt, erhöht sich der Druck im Durchlaß 30 bis der kombinierte Druck (Summe der Drücke) des Auspuffgases im Durchlaß 30 und des Druckmittels in der Druckkam­ mer 74 den von der Feder 68 aufgebrachten Druck übersteigt. Dann wird der Ventilteller 42 nach rechts in Fig. 1 bewegt. Er hebt also vom Ventilsitz 40 ab und läßt Auspuffgase durch die Öffnung 38 unter Umgehung der Turbine austreten.

Bei herkömmlichen Abblaseventilen für Turbolader treten Schwierigkeiten infolge der hohen Temperatur der Auspuffgase auf, die mit dem Ventilteller in Berührung kommen. Die Wärme wird vom Ventilteller her längs des Ventilschafts übertragen. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 wird die Übertragung von Wärme längs des Ventilschaftes durch zwei Maßnahmen herabgesetzt oder verhin­ dert: Erstens durch den Wärmeschutzschild 90, der die Auspuffgase von der Ventilführung 48 und einem Teil des Ventilschaftes fern­ hält. Zweitens dadurch, daß das Druckmittel durch Kanäle 84 und 86 Teilen des Ventilschaftes 46 zugeführt wird und dadurch als Kühlmittel wirkt. Dieses Druck- und Kühlmittel wird außerdem von dem Wärmeschutzschild 90 dicht bei dem Ventilschaft gehalten.

Fig. 2 zeigt ein Druckentlastungsventil, das dem nach Fig. 1 gleicht, jedoch am Auspuffverteiler 100 des Motors durch einen besonderen Lagerteil 102 angebracht ist. Bei dieser Anordnung sind die Öffnung 38 und der Ventilsitz 40 in diesem getrennten Lagerteil 102 untergebracht, der auch das Abblaseventil aufnimmt. Die Funktion der Anordnung ist genau die gleiche wie nach Fig. 1, mit der Ausnahme, daß bei geöffnetem Ventil Aus­ puffgase an einer früheren Stelle ihres Weges in die Atmosphäre umgelenkt werden.

Viele Abwandlungen der in den Zeichnungen dargestellten Anordnung können durchgeführt werden, z. B. kann das Abblaseventil an vielen anderen Stellen untergebracht werden.

Bezugszeichen

 10 Turbolader
 12 Turbinengehäuse
 14 Kompressorgehäuse
 16 Lagergehäuse
 18 Welle
 20 Turbinenrotor
 22 Schaufel
 24 Kompressorrotor
 26 Schaufel
 28 Lager
 30 Durchlaß
 32 Auslaß
 34 Einlaß
 36 Kanal
 38 Öffnung
 39 Umgehungskanal
 40 Ventilsitz
 42 Ventilteller
 46 Ventilschaft
 48 Ventilführung
 50 Gehäuse
 52 Deckel
 54 Klip
 56 Schulter
 58 Hülse
 60 Ringflansch
 62 Mutter
 64 Gewindeabschnitt
 66 Druckplatte
 67 Ringwulst
 70 Schale
 72 Membran
 74 Druckkammer
 76 Anschlußstück
 78 ringförmiger Teil
 80 Ringdichtung
 82 Drosselöffnung
 84, 86 Kanal
 88 Kammer
 90 Bauteil
 92 Öffnung
100 Auspuffverteiler
102 Lagerteil

Claims (1)

1. Abblaseventil für eine Turbine eines Turboladers an einem Verbren­ nungsmotor, mit folgenden Merkmalen:

   • a) das Ventil ermöglicht es, wahlweise einen Teil des Abgases des Verbrennungsmotors durch einen Umgehungskanal (39) an der Tur­ bine des Turboladers vorbeiströmen zu lassen,
   • b) das Ventil hat einen Ventilteller (42), der an einem Ventil­ schaft (46) sitzt und mit einem Ventilsitz (40) innerhalb des Umgehungskanals zusammenwirkt,
   • c) der Ventilschaft (46) ist innerhalb einer Ventilführung (48) gelagert, durchquert eine Öffnung in einer Wand des Umge­ hungskanals und kann den Ventilteller (42) zwischen einer Offen-Stellung und einer Geschlossen-Stellung verstellen, in denen ein durch den Umgehungskanal führender Abgasstrom ermög­ licht bzw. verhindert wird, wobei das Öffnen des Ventils durch eine eine Druckkammer (74) begrenzende Membran (72) gefördert wird,
   • d) die kühlluftdurchflossene Ventilführung (48) ist über einen Kanal mit einer Kühlluftquelle verbunden, um einen Kühlluft­ strom zwischen dem Ventilschaft (46) und der Ventilführung (48) zu ermöglichen,
   • e) ein Bauteil (90) umgibt einen Teil des Ventilschaftes (46) dort, wo er den Abgasen ausgesetzt ist und bildet eine Kammer (88) zwischen dem Bauteil (90) und dem von ihm umgebenen Ab­ schnitt des Ventilschafts,
   • f) der Bauteil (90) hat eine den Ventilschaft umgebende Öffnung (92), deren Durchmesser größer ist als der des Ventilschafts, wodurch ein ringförmiger Durchlaß für die Kühlluft entsteht, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
   • g) die Druckkammer (74) ist zwischen der Ventilführung (48) und der Membran (72) angeordnet,
   • h) die Druckkammer (74) wird über ein Anschlußstück (76) mit un­ ter Druck stehender Luft beaufschlagt,
   • i) zwei die Ventilführung durchdringende Kanäle (84, 86), von de­ nen der erste (84) mit der Druckkammer (74) verbunden ist,
   • g) ein Strömungsweg für die hier als Kühlluft wirkende Druckluft, der aus der Druckkammer (74) durch den ersten Kanal (84) gegen den Ventilschaft (46) führt,
   • k) eine Fortsetzung des Strömungsweges, die durch den zweiten Ka­ nal (86) vom Ventilschaft fort in die Kammer (88) führt.