WO2012146510A2 - Ladeeinrichtung - Google Patents

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Heinz Bernd HAISER
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a charging device, in particular an exhaust gas turbocharger, an internal combustion engine of a vehicle, with a wastegate valve device, according to the preamble of claim 1.
  • Charging devices serve to increase the power of internal combustion engines.
  • an exhaust gas of the internal combustion engine drives a turbine of the charging device, which is coupled by a shaft with a compressor.
  • a charge air to be supplied to the internal combustion engine is compressed.
  • the charging device usually has a wastegate valve device, which can pass a part of the exhaust gases to the turbine.
  • the wastegate valve device has a valve seat on which a valve disk is seated, which can be opened by a movement if necessary.
  • the disadvantage here is that the wastegate valve device loses its sealing function in the closed state by thermal distortion at different operating conditions and by wear. Component tolerances of the wastegate valve device also contribute to this.
  • the present invention therefore deals with the problem of providing an improved or at least alternative embodiment for a generic charging device, which is characterized in particular by an improved sealing device. behavior of the wastegate valve device and / or contributes to an improvement of the acoustic properties of the charging device.
  • the present invention is based on the general idea, in a charging device, in particular an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine of a motor vehicle, with a wastegate valve device having a valve plate and a valve seat to make the valve disk flexible.
  • the valve plate is therefore particularly resilient.
  • the valve seat may be designed such that it is flexible.
  • the valve seat can thus be particularly resilient.
  • the valve seat and / or the valve disk to a sprung seal, which is resiliently mounted / are.
  • the seal is formed on the valve plate and / or on the valve seat made of a material which is flexible. If the wastegate valve device comprises a plurality of seals on the valve disk and / or on the valve seat, then one or, alternatively, several of these seals may be one have flexible property. As flexible materials, for example, heat-resistant plastics are mentioned here.
  • a further advantageous embodiment has at least one spring device which presses the seal of the valve disk against the valve seat and thus biases, whereby a flexible arrangement between the valve disk and the valve seat is achieved.
  • the spring device biases the seal of the valve seat against the valve disk.
  • spring means may be at least partially incorporated in the valve disk.
  • the spring device can thus be incorporated in particular in spring openings of the valve seat, which lie outside the opening of the valve seat, wherein the spring device protrudes partially from the corresponding spring opening.
  • this structure is to be applied correspondingly, the spring openings preferably being in the region of the seal.
  • the spring device may suitably consist of materials that are up to the given operations. Reference is made, for example, to corrosion-resistant and wear-resistant materials, such as nickel-based alloys.
  • Named seals may in any way with the corresponding spring means and / or with the corresponding valve plate and / or valve seat be connected.
  • the seal can therefore be coupled in particular by clipping or welding to the corresponding filter device.
  • the wastegate valve device has a spindle which, by the transmission of a movement, in particular a rotation, establishes the opening between the valve disk and the valve seat.
  • the spindle and the valve disk are made according to this advantageous embodiment of a single coherent material.
  • the spindle and the valve disk can thus be produced in particular as a one-piece casting in a casting process. This simplifies in particular the production and assembly of the wastegate valve device and / or is more resistant to wear by dispensing with a connection between valve disk and spindle.
  • each schematically: 1 shows a lateral cross section through a wastegate valve device
  • Fig. 2 is a side view of a wastegate valve device.
  • a wastegate valve device 1 has a valve seat 2 and a valve disk 3.
  • the wastegate valve device 1 shown in FIG. 1 further comprises a seal 4, which is coupled to the valve seat 2.
  • the seal 4 is partially embedded in the valve seat 2, whereby it is firmly connected to this.
  • a flexible / resilient property of the seal 4 is achieved by a deformation of the seal 4 in a region 5, on which the valve disc 3 rests. In this area 5, the seal 4 is deformed such that it is formed like a plate spring stack.
  • a spindle 6 and the valve disk 3 of the wastegate valve device 1 are integrally formed. The valve disk 3 and the spindle 6 are thus produced in particular by a casting process.
  • valve disc 3 can be moved by a rotation 7 of the spindle 6 such that an opening between the valve seat 2 or seal 4 and valve disc 3 is formed, whereby an amount of exhaust gas of the internal combustion engine can be discharged.
  • the rotation 7 of the spindle 6 determines the exhaust gas quantity of the exhaust gas discharged per unit of time.
  • the valve plate 3 with a lever or the spindle 6 fixed / rigidly connected. As a result, relative movements between the lever or the spindle 6 and the valve disk 3 and associated noise are avoided.
  • the seal 4 or its flexible / resilient property in the area 5 a sealing function of the wastegate valve device 1 is now on the one hand in the closed state of the valve disk 3 regardless of the operating conditions of the internal combustion engine, in particular the temperature of the internal combustion engine ensured.
  • the flexible / resilient property of the seal 4 in particular compensated by wear gaps between the valve disk and the valve seat and thus improving the sealing of the wastegate valve device.
  • the flexible / resilient arrangement leads to an attenuation of vibrations, in particular of the internal combustion engine and in particular at low speeds, whereby unwanted noise is prevented or at least mitigated.
  • a further embodiment has a spring device 8, which are accommodated by means of joints 9 in openings 10 of the valve seat 2.
  • the valve seat 2 and the spring device 8 are firmly coupled.
  • a mounted on the valve plate 3 seal 4 is now biased against the spring device 8 in the closed state of the wastegate valve device 1.
  • the spring device 8 in the form of a bellows, in particular a wave or diaphragm bellows on.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladeeinrichtung mit einer Wastegate-Ventilvorrichtung (1), die einen Ventilsitz (2) und einen Ventilteller (3) ausweist. Eine Abgasmenge eines von der Brennkraftmaschine erzeugten Abgases kann dabei durch eine Öffnung zwischen Ventilsitz (2) und Ventilteller (3) vorbeigeführt werden. Erfindungswesentlich ist dabei, dass Ventilsitz (2) und Ventilteller (3), insbesondere bei geschlossenem Zustand der Wastegate-Ventilvorrichtung (1) flexibel, insbesondere federnd, miteinander gekoppelt sind. Dadurch wird eine verbesserte Abdichtung der Wastegate-Ventilvorrichtung (1) und/oder eine verbesserte Akustik der Wastegate-Ventilvorrichtung (1) erreicht.

Description

Ladeeinnchtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladeeinrichtung, insbesondere einen Abgasturbolader, einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges, mit einer Wastegate- Ventileinrichtung, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ladeeinrichtungen, insbesondere Abgasturbolader, dienen der Leistungssteigerung von Brennkraftmaschinen. Dabei treibt ein Abgas der Brennkraftmaschine eine Turbine der Ladeeinrichtung an, welche durch eine Welle mit einem Verdichter gekoppelt ist. Somit wird eine der Brennkraftmaschine zuzuführende Ladeluft verdichtet. Um die Leistung der Ladeeinrichtung begrenzen zu können, weist die Ladeeinrichtung üblicherweise eine Wastegate-Ventileinrichtung auf, die einen Teil der Abgase an der Turbine vorbeiführen kann. Zu diesem Zweck weist die Wastegate-Ventileinrichtung einen Ventilsitz auf, auf dem ein Ventilteller sitzt, der bei Bedarf durch eine Bewegung geöffnet werden kann. Nachteilig dabei ist, dass die Wastegate-Ventileinrichtung durch thermische Verzüge bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen und durch Verschleiß ihre dichtende Funktion im geschlossenen Zustand verliert. Hierzu tragen auch Bauteiltoleranzen der Wastegate- Ventileinrichtung bei. Weiter entstehen durch die Toleranzen, durch die thermischen Verzüge, sowie durch den Verschleiß Lücken zwischen den Bauteilen, die ein sogenanntes Spiel zwischen den einzelnen Bauteilen erlauben. Dies führt insbesondere dazu, dass bei gewissen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine, insbesondere durch Anregung von Resonanzfrequenzen der Wastegate- Ventileinrichtung, unerwünschte Geräusche entstehen.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine gattungsgemäße Ladeeinrichtung eine verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch ein verbessertes Abdicht- verhalten der Wastegate-Ventileinrichtung und/oder zu einer Verbesserung der akustischen Eigenschaften der Ladeeinrichtung beiträgt.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruches gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer Ladeeinrichtung, insbesondere einem Abgasturbolader einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, mit einer Wastegate-Ventilvorrichtung, welche einen Ventilteller und einen Ventilsitz aufweist, den Ventilteller flexibel zu gestalten. Der Ventilteller ist also insbesondere federnd. Alternativ oder zusätzlich kann der Ventilsitz derart ausgebildet sein, dass er flexibel ist. Der Ventilsitz kann also insbesondere federnd sein. Zudem oder optional weist der Ventilsitz und/oder der Ventilteller eine gefederte Dichtung auf, welche federnd angebracht ist/sind. Diese Ausführungsformen gewährleisten durch die flexible und abdichtende Anordnung zwischen Ventilsitz und Ventilteller eine verbesserte Abdichtung der Wastegate-Ventileinrichtung, insbesondere auch bei Änderungen der thermischen Gegebenheiten, also bei unterschiedlichen Temperaturen und/oder beim Verschleiß der Ladeeinrichtung. Zudem führt die flexible Anordnung zu einer Unterdrückung der durch die Brennkraftmaschine übertragenen Schwingungen und somit zu einer Unterdrückung der unerwünschten Akustik. Von besonderem Vorteil ist zudem, dass mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung Bauteiltoleranzen ausgeglichen werden können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Dichtung am Ventilteller und/oder am Ventilsitz aus einem Werkstoff ausgebildet, der flexibel ist. Umfasst die Wastegate-Ventilvorrichtung mehrere Dichtungen am Ventilteller und/oder am Ventilsitz, so kann eine oder alternativ mehrere dieser Dichtungen eine solche flexible Eigenschaft aufweisen. Als flexible Werkstoffe seien hier beispielsweise hitzebeständige Kunststoffe erwähnt.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform weist zumindest eine Federeinrichtung auf, die die Dichtung des Ventiltellers gegen den Ventilsitz drückt und somit vorspannt, wodurch eine flexible Anordnung zwischen Ventilteller und Ventilsitz erreicht wird. Alternativ ist auch eine Anordnung vorstellbar, bei der die Federeinrichtung die Dichtung des Ventilsitzes gegen den Ventilteller vorspannt. Es sei bemerkt, dass benannte Federeinrichtung zumindest teilweise in den Ventilteller eingearbeitet sein kann. Die Federeinrichtung kann also insbesondere in Federöffnungen des Ventilssitzes eingearbeitet sein, die außerhalb der Öffnung des Ventilssitzes liegen, wobei die Federeinrichtung teilweise aus der entsprechenden Federöffnung herausragt. Bei Federeinrichtungen des Ventiltellers ist dieser Aufbau entsprechend anzuwenden, wobei die Federöffnungen vorzugsweise im Bereich der Dichtung liegen.
Als besonders vorteilhafte Federeinrichtungen sei hier auf Tellerfedern hingewiesen, deren Größe an die Größe der Öffnung des Ventilssitzes bzw. an die Größe des Ventiltellers angepasst ist. Auch ein Wählbalg und/oder ein Membranbalg ist Bestandteil einer bevorzugten Federeinrichtung.
Die Federeinrichtung kann zweckgemäß aus Materialien bestehen, die den gegebenen Bedienungen gewachsen sind. Hierbei sei beispielsweise auf korrosionsbeständige und verschleißfeste Materialien, wie etwa Nickelbasislegierungen, hingewiesen.
Benannte Dichtungen können auf beliebige Weise mit der entsprechenden Federeinrichtung und/oder mit dem entsprechenden Ventilteller und/oder Ventilsitz verbunden sein. Die Dichtung kann also insbesondere durch Verclipsen oder Verschweißen mit der entsprechenden Filtereinrichtung gekoppelt sein.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Wastegate-Ventileinrichtung eine Spindel auf, die durch die Übertragung einer Bewegung, insbesondere einer Rotation, die Öffnung zwischen Ventilteller und Ventilsitz herstellt. Die Spindel und der Ventilteller sind gemäß dieser vorteilhaften Ausführungsform aus einem einzigen zusammenhängenden Werkstoff hergestellt. Die Spindel und der Ventilteller können also insbesondere als ein einstückiges Gussteil in einem Gussverfahren hergestellt werden. Dies vereinfacht insbesondere die Herstellung und die Montage der Wastegate-Ventileinrichtung und/oder ist durch den Verzicht auf eine Verbindung zwischen Ventilteller und Spindel verschleißbeständiger.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch: Fig. 1 einen seitlichen Querschnitt durch eine Wastegate-Ventileinrichtung,
Fig. 2 eine Seitenansicht einer Wastegate-Ventileinrichtung.
Entsprechend der Fig. 1 und 2 weist eine Wastegate-Ventileinrichtung 1 einen Ventilsitz 2 und einen Ventilteller 3 auf. Die in Fig. 1 gezeigte Wastegate- Ventileinrichtung 1 umfasst weiter eine Dichtung 4, die mit dem Ventilsitz 2 gekoppelt ist. Die Dichtung 4 ist dabei teilweise in den Ventilsitz 2 eingelassen, wodurch sie fest mit diesem verbunden ist. Eine flexible/federnde Eigenschaft der Dichtung 4 ist dabei durch eine Verformung der Dichtung 4 in einem Bereich 5 erzielbar, auf dem der Ventilteller 3 aufliegt. In diesem Bereich 5 ist die Dichtung 4 derart verformt, dass sie tellerfederstapelartig ausgebildet ist. Bei der hier gezeigten Ausführungsform sind eine Spindel 6 und der Ventilteller 3 der Wastegate-Ventileinrichtung 1 einstückig ausgebildet. Der Ventilteller 3 und die Spindel 6 sind also insbesondere durch ein Gussverfahren hergestellt. Somit kann der Ventilteller 3 durch eine Rotation 7 der Spindel 6 derart bewegt werden, dass eine Öffnung zwischen Ventilsitz 2 bzw. Dichtung 4 und Ventilteller 3 entsteht, wodurch eine Abgasmenge der Brennkraftmaschine abgelassen werden kann. Dabei bestimmt insbesondere die Rotation 7 der Spindel 6 die pro Zeiteinheit abgelassene Abgasmenge des Abgases. Alternativ ist der Ventilteller 3 mit einem Hebel oder der Spindel 6 fest/starr verbunden. Dadurch werden Relativbewegungen zwischen dem Hebel bzw. der Spindel 6 und dem Ventilteller 3 und damit verbundene Geräusch vermieden. Durch die Dichtung 4 bzw. ihre flexible/federnde Eigenschaft im Bereich 5 wird nun einerseits eine abdichtende Funktion der Wastegate-Ventileinrichtung 1 bei geschlossenem Zustand des Ventiltellers 3 unabhängig von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine, insbesondere der Temperatur der Brennkraftmaschine, sichergestellt. Andererseits kann die flexible/federnde Eigenschaft der Dichtung 4, insbesondere durch Verschleiß entstandene Lücken zwischen Ventilteller und Ventilsitz ausgleichen und somit die Abdichtung der Wastegate-Ventileinrichtung verbessern. Zudem führt die flexible/federnde Anordnung zu einer Dämpfung von Schwingungen, insbesondere der Brennkraftmaschine und insbesondere bei niedrigen Drehzahlen, womit unerwünschte Geräusche verhindert oder zumindest abgeschwächt werden.
Gemäß der Fig. 2, weist eine weitere Ausführungsform eine Federeinrichtung 8 auf, die mittels Fugen 9 in Öffnungen 10 des Ventilsitzes 2 untergebracht sind, Dadurch sind der Ventilsitz 2 und die Federeinrichtung 8 fest gekoppelt. Eine an den Ventilteller 3 angebrachte Dichtung 4 wird nun bei geschlossenem Zustand der Wastegate-Ventileinrichtung 1 gegen die Federeinrichtung 8 vorgespannt. Dabei weist die Federeinrichtung 8 die Form eines Balges, insbesondere eines Wellen- bzw. Membranbalges, auf. Somit wird eine flexible/federnde und abdichtende Kopplung zwischen Ventilsitz 2 und Ventilteller 3 erreicht.
*****

Claims

Ansprüche
1 . Ladeeinrichtung, insbesondere ein Abgasturbolader einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, mit einer Wastegate-Ventilvorrichtung (1 ), die einen Ventilteller (3) und einen Ventilsitz (2) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
- dass der Ventilteller (3) flexibel, insbesondere federnd, ausgebildet ist, und/oder
- dass am Ventilsitz (2) und/oder am Ventilteller (3) eine gefederte Dichtung (4) angeordnet sind/ist, und/oder
- dass der Ventilsitz (2) flexibel, insbesondere federnd, ausgebildet ist.
2. Ladeeinrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Dichtung(en) (4) am Ventilteller (3) und/oder am Ventilsitz (2) aus einem flexiblen Werkstoff ausgebildet sind/ist.
3. Ladeeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine separate Federeinrichtung (8) vorgesehen ist, die die Dichtung (4) des Ventiltellers (3) gegen den Ventilsitz (2) oder die Dichtung (4) des Ventilsitzes (2) gegen den Ventilteller (3) vorspannt.
4. Ladeeinrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (8) zumindest teilweise in den Ventilteller (3) oder in den Ventilsitz (2) integriert oder eingelassen ist.
5. Ladeeinrichtung nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Federeinrichtung (8) zumindest eine Tellerfeder, einen Wellfederbalg und/oder einen Membranbalg aufweist.
Ladeeinrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Federeinrichtung (8) aus einer korrosionsbeständigen und schleißfesten Nickelbasislegierung hergestellt ist.
7. Ladeeinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Dichtung (4) mit der zugehörigen Federeinrichtung (8) verbunden, insbesondere verclipst oder verschweißt ist.
8. Ladeeinrichtung nach Anspruch 1 , zweite Ausführungsform,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine den Ventilteller (3) verdrehende Spindel (6) und der Ventilteller (3) selbst einstückig ausgebildet, insbesondere als Gussteil hergestellt sind.
9. Ladeeinrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Dichtung (4) des Ventiltellers (3) mit einer äußeren Manteldichtfläche in eine zugehörige Dichtfläche des Ventilsitzes (2) einsteckbar ist.
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