WO2017001140A1 - Laufradgehäuse für einen abgasturbolader mit einem einen ventilsitzring aufweisenden bypass-ventil sowie abgasturbolader und verfahren zur herstellung eines ventilsitzringes - Google Patents

Laufradgehäuse für einen abgasturbolader mit einem einen ventilsitzring aufweisenden bypass-ventil sowie abgasturbolader und verfahren zur herstellung eines ventilsitzringes Download PDF

Info

Publication number
WO2017001140A1
WO2017001140A1 PCT/EP2016/062509 EP2016062509W WO2017001140A1 WO 2017001140 A1 WO2017001140 A1 WO 2017001140A1 EP 2016062509 W EP2016062509 W EP 2016062509W WO 2017001140 A1 WO2017001140 A1 WO 2017001140A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
valve seat
ring
valve
seat ring
impeller housing
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/062509
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Mark PAULOV
Original Assignee
Continental Automotive Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Automotive Gmbh filed Critical Continental Automotive Gmbh
Publication of WO2017001140A1 publication Critical patent/WO2017001140A1/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/18—Control of the pumps by bypassing exhaust from the inlet to the outlet of turbine or to the atmosphere
    • F02B37/183—Arrangements of bypass valves or actuators therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K1/00—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces
    • F16K1/16—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members
    • F16K1/18—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members with pivoted discs or flaps
    • F16K1/20—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members with pivoted discs or flaps with axis of rotation arranged externally of valve member
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K1/00—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces
    • F16K1/32—Details
    • F16K1/34—Cutting-off parts, e.g. valve members, seats
    • F16K1/42—Valve seats
    • F16K1/425—Attachment of the seat to the housing by plastical deformation, e.g. valve seat or housing being plastically deformed during mounting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K25/00—Details relating to contact between valve members and seat
    • F16K25/005—Particular materials for seats or closure elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K27/00—Construction of housing; Use of materials therefor
    • F16K27/02—Construction of housing; Use of materials therefor of lift valves
    • F16K27/0209—Check valves or pivoted valves
    • F16K27/0227—Check valves or pivoted valves with the valve members swinging around an axis located at the edge of or outside the valve member
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to an impeller housing for an exhaust ⁇ turbocharger for an internal combustion engine, which has a bypass valve with a valve flap and a valve seat ring exhibiting valve flap seat, and equipped with at least one such impeller exhaust gas turbocharger, and a method for producing a valve seat ring for the impeller housing.
  • Exhaust gas turbochargers are increasingly used to increase performance in automotive internal combustion engines. This happens more and more often with the aim of reducing the internal combustion engine with the same or even increased performance in size and weight and at the same time the consumption and thus the
  • the operating principle is to use the energy contained in the exhaust gas flow to increase the pressure in the intake tract of the internal combustion engine and thus to effect a better filling of the combustion chamber with air-oxygen and thus more fuel, gasoline or diesel, per
  • An exhaust gas turbocharger has to building up the pressure with a brennungsmotors arranged in the exhaust line of the comparison with a turbine driven by the gas stream from ⁇ turbine impeller and a compressor arranged in the intake duct
  • Turbine impeller and compressor impeller are rotatably secured to the opposite ends of a rotor shaft, which is rotatably mounted in a bearing assembly disposed between the turbine and compressor.
  • a bearing assembly disposed between the turbine and compressor.
  • the operation of an internal combustion engine in a motor vehicle is characterized by dynamic changes of the load and the operating range.
  • turbochargers with so-called variable turbine geometries and with bypass valves disclosed in the impeller housings, ie in turbine housings and compressor housing.
  • a corresponding bypass valve on the turbine side is called a wastegate valve.
  • the wastegate valve connects the exhaust passage upstream of the turbine impeller via a wastegate duct with the exhaust gas passage downstream of the Turbi ⁇ nenlaufrad and can be opened via a closure device, for example, cooperating with a valve seat valve flap or geltex.
  • a corresponding bypass valve on the compressor side is referred to as a diverter valve.
  • the diverter valve connects the fresh air intake duct in the flow direction in front of the compressor impeller via a thrust air duct with the compressed air duct in the flow direction after the compressor impeller and, like the wastegate valve, via a closing ⁇ device, for example, cooperating with a valve seat Valve flap can be opened or opened.
  • bypass valves As a closure device for opening and closing of said bypass valves, such as wastegate valves and diverter valves, flap valves are used in a known manner.
  • Such bypass valves are in the mass flow FM of the exhaust gas or the intake air of the internal combustion engine and are exposed to fluctuating pressure and temperature conditions. This applies especially to the wastegate valve, which can be exposed to temperatures of up to 1200 ° C.
  • the temperature increase of the charge air during compression can cause temperatures of more than 100 ° C.
  • the wastegate valve is then regulated to a position at which the valve flap is just before resting on the valve seat surface, then it comes especially by the pressure pulsations of the charge change to a "prancing" of the valve flap as part of the game between the valve flap and crank arm.
  • This "dancing" leads to pul ⁇ sierenden movements and impacts of the valve flap on the valve seat surface, which can inevitably lead to increased wear to a local deformation of the valve seat surface 31 without a corresponding valve seat ring.
  • the wastegate valve would leak and the exhaust gas turbocharger and thus the engine loses power.
  • the speed of the torque buildup of the internal combustion engine is adversely affected.
  • valve seat ring is used as a valve seat at the bypass passage exit of the respective impeller housing, which consists of a heat-resistant material higher wear resistance, for example steel.
  • valve seat ring in the valve seat of the respective bypass channel is done according to the known prior art by means of a press connection by shrink or press or by caulking the valve seat ring surrounding material or by pouring the valve seat ring in the casting process of the housing, see for example DE 10 2010 062 403 AI.
  • the task resulting for the person skilled in the art is therefore to specify an impeller housing for an exhaust-gas turbocharger which, even when mating different materials, has a secure connection and fixation of a valve-seat ring in the respective valve seat of a bypass valve which is resistant to high temperatures and temperature fluctuations in the respective impeller housing, and thus increases the reliability of the exhaust gas turbocharger. Furthermore, this results in the task of specifying an exhaust gas turbocharger having high operating ⁇ safety and long life with reduced total weight.
  • the object is further to provide a method for producing a valve seat ring for an inventive impeller housing of the exhaust gas turbocharger according to the invention, with a permanent and reliable fixation of the valve seat ring in the respective valve seat of a bypass valve in the respective impeller housing in a simple and cost-effective manner can be guaranteed.
  • an impeller housing with the features according to claim 1, an exhaust gas turbocharger according to the independent device claim and a method for producing the valve seat ring according to the independent method claim.
  • Advantageous education and Stammerbil ⁇ tions which can be used individually or in combination with each other, are the subject of the dependent claims.
  • the impeller housing according to the invention for an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine consists of a light metal ⁇ material and has a closable with a valve flap Bypass channel on.
  • the bypass channel has a valve seat on which is equipped with a valve seat ring.
  • the valve seat ring is designed in the manner of a hollow cylinder with a ring outer wall, a ring inner wall and an axial ring height and arranged in a receiving formation at the by-pass channel output so that its axial end facing the valve flap forms the valve seat surface and the Ring inner wall limits the clear passage of the bypass channel, in which it extends from the valve seat surface in the axial direction.
  • the impeller housing is characterized ge ⁇ that the valve seat ring has a thermal barrier coating at least on its inner ring wall.
  • the annular outer wall characterizes the outer lateral surface, the annular inner wall the inner lateral surface and the annular height the axial extension in the direction of the annular central axis or the hollow cylinder central axis of the essentially hollow cylinder-shaped valve seat ring, ie starting from the valve seat surface in the axial direction to the opposite one End of the valve seat ring.
  • a further embodiment of the article according to the invention is characterized in that the valve seat ring also has a thermal barrier coating on its valve seat surface. This results in a particularly effective thermal shielding of the valve seat ring and further increases the safety against detachment of the valve seat ring.
  • a further embodiment of the article according to the invention is characterized in that the thermal barrier coating is a temperature-resistant material with low heat conductivity in a layer thickness between 0.1 and 1 mm. This measure also increases the effectiveness of the thermal shielding of the valve seat ring and further increases the safety against detachment of the valve seat ring.
  • the thermal barrier coating on a ceramic material in particular an oxide ceramic material. This results in a particularly durable thermal barrier coating with high strength and long life.
  • a thermal barrier coating applied in the region of the valve seat surface has a higher material density than thermal applied in the region of the annular inner wall
  • a further embodiment of the article according to the invention is characterized in that the valve seat ring on its outer ring wall has a fitting region which extends at least over part of its ring height and in which the outer ring wall of the valve seat ring a fit with the corresponding inner contour of theracausformung, in particular a press fit having. This ensures a tight fit of the valve seat ring in the receiving formation of the bypass channel and nevertheless the required gas tightness between the valve seat ring and the impeller housing, even at elevated pressure.
  • a further embodiment of the article according to the invention is characterized in that the valve seat ring of a Material is the strength value of the corresponding strength value of the light metal material of the impeller housing in a ratio of less than or equal to 6/1. This ensures increased wear resistance of the valve seat during operation.
  • the impeller housing a turbine casing and the associated bypass channel is a wastegate duct of Abgasturbo- loader or that the impeller housing a compressor housing and the associated bypass channel is a diverter channel of the exhaust ⁇ turbocharger.
  • the exhaust gas turbocharger according to the invention for a combustion engine is characterized in that it comprises at least a he ⁇ invention according impeller housing.
  • At least the turbine housing or the compressor housing or the turbine housing and the compressor housing of he ⁇ inventive turbocharger consist therefore each consisting of a light metal material and each have a closable with a valve flap bypass channel with a valve ⁇ seat ring according to embodiments described above on.
  • a lightweight light metal material can be used to save weight and yet no increased wear of the valve seat or the risk of detachment of the valve seat ring from its position must be accepted.
  • the inventive method for producing a valve ⁇ seat ring for an impeller housing of an exhaust gas turbocharger according to the above description is characterized by the following steps. First, a valve seat ring is provided which is formed in the manner of a hollow cylinder with a ring outer wall, a ring inner ⁇ wall and a valve seat on one axial end of the hollow cylinder.
  • a thermal barrier coating is then applied to the surface areas to be coated, which have been cleaned of oxide layers, by blowing in ceramic powder by means of a thermal spraying method.
  • This may preferably be a plasma spraying process.
  • Ceramic powder and / or the Aufspritz explain the material density and the layer thickness of the thermal barrier coating adjustable.
  • This method has the advantage that it allows a safe and durable coating of the valve seat ring with a ther ⁇ mix barrier layer only on the surface areas that are exposed to the hot fluid mass flows, such as exhaust gas or charge air during operation of the impeller housing. Furthermore, this method allows the thermal barrier layer to be varied in thickness and density depending on the requirements of the particular coating area, and thus in the insulating effect and the strength. For example, in the area of the valve seat surface, a thermal barrier coating with higher density and thus greater strength can be produced.
  • an adhesive intermediate layer for example of a NiCr alloy, can first be applied to the surface regions of the valve seat ring to be coated be applied. This is particularly advantageous if the material of the valve seat ring and the thermal barrier coating have very different coefficients of thermal expansion and prevents unwanted spalling of the coating during operation.
  • valve seat ring The described method for producing the valve seat ring is applicable to all previously and subsequently described embodiments of the impeller housing.
  • Figure 1 is a simplified sectional view of an embodiment of the impeller housing according to the invention with a bypass valve and an inserted valve seat ring with thermal barrier coating.
  • Fig. 2 is an enlarged view of the detail X of Figure 1, which shows a sectional view of the valve flap seat of an embodiment of the impeller housing according to the invention.
  • Fig. 3 is a simplified illustration of an inventive
  • Fig. 4 is a flowchart of the individual process steps of the method according to the invention for producing a valve seat ring for a rotor housing of an exhaust turbocharger ⁇
  • FIG. 1 shows a simplified sectional view of an example of an impeller housing according to the invention with a bypass valve 20 and a crank arm actuator on the example of a turbine housing.
  • the fluid mass flow FM enters the impeller housing 10.
  • the fluid mass flow FM is directed onto a turbine wheel (not shown), for example, and then exits the impeller shell through the fluid exit region 12.
  • the bypass channel 13, here a wastegate channel now connects the fluid inlet region 11 with the fluid outlet region 12 directly.
  • the valve flap seat 15 of the bypass channel 13 has a separately inserted valve seat ring 30 with a valve seat surface 31 and a thermal barrier coating 34 on its Ring inner wall 33 on.
  • the valve seat ring 30 is disposed at the bypass passage exit 14 with respect to the flow direction of the fluid mass flow FM.
  • a plate-shaped valve flap 21 is placed on the valve seat surface 31 of the valve seat ring 30.
  • Valve flap 21 is attached to a crank arm 22 which is mounted on a crank spindle 23 and is thus rotatably supported around the crank spinning ⁇ delmosachse 24th
  • the valve flap 21 along the valve ⁇ flap path, from approximately in relation to the valve ⁇ seat surface 31 perpendicular direction, placed on the valve seat ring 30 and the bypass Channel 13, here the wastegate channel, so closed and opened in reverse.
  • valve seat ring 30 has on the valve flap (not shown, see FIG. 1) side facing a valve seat 31 on. Starting from the valve seat surface 31, the valve seat ring 30 extends in the axial direction, ie in the direction of the ring axis A, about its ring height HR, from the bypass channel output 14 forth in the receiving formation 16 of the bypass channel 13. At the bottom sits the valve seat ring 30 on a in theracausformung 16th provided axial stop 35, whereby it is positioned in the axial direction in theracausformung 16.
  • the valve seat ring 30 has on its annular inner wall, and in contrast to the example of Figure 1, also on its valve seat surface 31, a thermal barrier coating 34.
  • a thermal barrier coating 34 is on its annular inner wall, and in contrast to the example of Figure 1, also on its valve seat surface 31, a thermal barrier coating 34.
  • the thermal barrier coating 34 has a temperature-resistant material with low thermal conductivity in a layer thickness between 0.1 and 1 mm.
  • the thermal barrier coating 34 comprises a ceramic material, in particular an oxide ceramic material.
  • the thermal barrier coating 34 in the region of the valve seat surface 31 has a higher material density than in the region of the annular inner wall 33.
  • the valve seat ring 30 has on its annular outer wall 32 a fitting region 36 which extends over at least part of its ring height HR and in which the annular outer wall 32 of the valve seat ring 30 fits with the corresponding inner contour of the receiving molding 16, in particular a press fit, having.
  • the valve seat ring is made of a material whose strength value to the corresponding strength value of the Light metal material of the impeller housing in a ratio is less than or equal to 6/1.
  • impeller housing 10 is characterized in that the impeller housing a turbine housing Oa and the associated bypass channel 13 is a wastegate channel 13a of an exhaust gas turbocharger 1 or that the impeller shell 10, a compressor housing 10b and the associated bypass channel a thrust air duct 13b of the exhaust gas turbocharger 1 is.
  • FIG. 3 shows an exhaust gas turbocharger 1 according to the invention, which essentially has a turbine housing 10a with a turbine runner 9a, a bearing housing 8 and a compressor housing 10b with a compressor runner 9b.
  • a wastegate passage 13a having a wastegate valve 20a is disposed in the turbine housing 10a.
  • a thrust air passage 13b is arranged with a diverter valve 20b.
  • the bearing housing 8 of the turbocharger rotor is mounted, which unites the compressor impeller 9b and the turbine impeller 9a via a common rotor shaft 8a.
  • the turbine housing 10 a is executed according to the impeller housing 10 according to the invention.
  • the A ⁇ X zelheit picks out the region of the valve flap seat of the wastegate valve 20a and corresponds to one of the embodiments of the valve flap seat 15 VO out previously described and shown in FIG. 2
  • valve seat ring for an impeller housing according to the invention of an exhaust gas turbocharger, as described above.
  • the method is characterized by the following method steps in the order indicated: a) providing a valve seat ring of the type of a hollow cylinder with a ring outer wall, a ring inner wall and a valve seat surface on one axial end of the
  • Adhesive intermediate layer for example of a NiCr alloy, are applied to the surface areas of the valve ⁇ seat ring to be coated.
  • thermal barrier coating on the surface areas to be coated by means of a thermal spraying process, in particular a plasma spraying process, with injection of ceramic powder, wherein in the thermal
  • Spraying process by varying the spray-on density and / or the powder grain size of the ceramic powder and / or the
  • Layer thickness of the thermal barrier coating is adjustable.
  • Impeller housing provided with a provided for receiving the valve seat ringconcentrausformung in the region of a designated valve flap seat at the bypass channel output.
  • a concluding step e the previously produced valve seat ring is then mounted and fastened in the corresponding receptacle ⁇ formation of the impeller housing. This can be done in various ways, for example by pressing, shrinking, caulking or screwing or widening.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Laufradgehäuse (10) für einen Abgasturbolader für einen Verbrennungsmotor, das ein Bypass-Ventil (20) mit einer Ventilklappe (21) und einem einen Ventilsitzring (30) aufweisenden Ventilklappensitz (15) aufweist, sowie einen mit zumindest einem solchen Laufradgehäuse (10) ausgestatteten Abgasturbolader (1), sowie ein Verfahren zur Herstellung des Ventilsitzrings (30) des Bypass-Ventils (20). Dabei ist das Laufradgehäuse (10) dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitzring (30) nach Art eines Hohlzylinders mit einer Ring-Außenwand (32), einer Ring-Innenwand (33) und einer axialen Ringhöhe (HR) ausgebildet ist und dass sein der Ventilklappe (21) zugewandtes axiales Ende die Ventilsitzfläche (31) bildet wobei die Ring-Innenwand (33) den lichten Durchgang des Bypass-Kanals (13) begrenzt, und dass der Ventilsitzring (30) zumindest auf seiner Ring-Innenwand (33) eine thermische Sperrbeschichtung (34) aufweist.

Description

Beschreibung
Laufradgehäuse für einen Abgasturbolader mit einem einen Ventilsitzring aufweisenden Bypass-Ventil sowie Abgasturbolader und Verfahren zur Herstellung eines Ventilsitzringes
Die Erfindung betrifft ein Laufradgehäuse für einen Abgas¬ turbolader für einen Verbrennungsmotor, das ein Bypass-Ventil mit einer Ventilklappe und einem einen Ventilsitzring auf- weisenden Ventilklappensitz aufweist, sowie einen mit zumindest einem solchen Laufradgehäuse ausgestatteten Abgasturbolader, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Ventilsitzrings für das Laufradgehäuse . Abgasturbolader werden vermehrt zur Leistungssteigerung bei Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoren eingesetzt. Dies geschieht immer häufiger mit dem Ziel den Verbrennungsmotor bei gleicher oder gar gesteigerter Leistung in Baugröße und Gewicht zu reduzieren und gleichzeitig den Verbrauch und somit den
C02-Ausstoß, im Hinblick auf immer strenger werdende gesetzliche Vorgaben diesbezüglich, zu verringern. Das Wirkprinzip besteht darin, die im Abgasstrom enthaltene Energie zu nutzen um den Druck im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors zu erhöhen und so eine bessere Befüllung des Brennraumes mit Luft-Sauerstoff zu be- wirken und somit mehr Treibstoff, Benzin oder Diesel, pro
Verbrennungsvorgang umsetzen zu können, also die Leistung des Verbrennungsmotors zu erhöhen.
Ein Abgasturbolader weist dazu eine im Abgasstrang des Ver- brennungsmotors angeordnete Turbine mit einem durch den Ab¬ gasstrom angetriebenen Turbinenlaufrad und einen im Ansaugtrakt angeordneten Verdichter mit einem den Druck aufbauenden
Verdichterlaufrad auf. Turbinenlaufrad und Verdichterlaufrad sind drehfest an den gegenüberliegenden Enden einer Rotorwelle befestigt, die in einer zwischen Turbine und Verdichter angeordneten Lagereinheit drehgelagert ist. Somit wird mit Hilfe des Abgasmassenstroms das Turbinenrad und über die Rotorwelle wiederum das Verdichterrad angetrieben und die Abgasenergie so zum Druckaufbau im Ansaugtrakt genutzt.
Der Betrieb eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug ist von dynamischen Änderungen der Last und des Betriebsbereiches gekennzeichnet .
Um nun den Betriebsbereich des Abgasturboladers an sich ändernde Betriebsbereiche des Verbrennungsmotors anpassen zu können und so ein gewünschtes Ansprechverhalten möglichst ohne spürbare Verzögerungen (Turboloch) zu gewährleisten werden Abgasturbolader mit sogenannten variablen Turbinengeometrien und mit über Ventilklappen offenbaren Bypass-Ventilen in den Laufradgehäusen, also in Turbinengehäuse und Verdichtergehäuse, ausgestattet .
Ein entsprechendes Bypass-Ventil auf der Turbinenseite wird als Wastegate-Ventil bezeichnet. Das Wastegate-Ventil verbindet den Abgaskanal in Strömungsrichtung vor dem Turbinenlaufrad über einen Wastegate-Kanal mit dem Abgaskanal hinter dem Turbi¬ nenlaufrad und kann über eine Schließvorrichtung, zum Beispiel eine mit einem Ventilsitz zusammenwirkende Ventilklappe geöffnet oder gelschlossen werden.
Ein entsprechendes Bypass-Ventil auf der Verdichterseite wird als Schubumluft-Ventil bezeichnet. Das Schubumluft-Ventil verbindet den Frischluft-Ansaugkanal in Strömungsrichtung vor dem Verdichterlaufrad über einen Schubumluft-Kanal mit dem Druckluftkanal in Strömungsrichtung nach dem Verdichterlaufrad und kann, wie auch das Wastegate-Ventil, über eine Schlie߬ vorrichtung, zum Beispiel eine mit einem Ventilsitz zusammenwirkende Ventilklappe geöffnet oder gelschlossen werden.
Als Schließvorrichtung zum Öffnen und Schließen von den genannten Bypass-Ventilen, wie Wastegate-Ventilen und Schubumluft-Ventilen, werden in bekannter Weise Klappenventile eingesetzt . Solche Bypass-Ventile befinden sich im Massenstrom FM des Abgases bzw. der Ansaugluft des Verbrennungsmotors und sind schwankenden Druck- und Temperaturverhältnissen ausgesetzt. Dies trifft in besonderem Maße auf das Wastegate-Ventil zu, das Temperaturen bis zu 1200°C ausgesetzt sein kann. Jedoch auch im Bereich eines Schubumluft-Ventils können durch die Temperaturerhöhung der Ladeluft bei der Verdichtung Temperaturen von über 100 °C auftreten .
Weiterhin werden hohe Anforderungen an die Dichtheit der By- pass-Ventile im geschlossenen Zustand gestellt, was ein ebenes, dichtes Aufliegen der Ventilklappe auf der Ventilsitzfläche voraussetzt und das Aufbringen entsprechend hoher Schließkräfte erfordert. Aufgrund der schwankenden Betriebstemperaturen und der damit verbundenen unterschiedlichen Wärmeausdehnungen im System ist es von Vorteil die Aufhängung der Ventilklappe an der zugeordneten Betätigungsvorrichtung, zum Beispiel am entsprechenden Kurbelarm mit einem gewissen Spiel auszustatten.
Solche oder ähnliche Ausführungen von Bypass-Ventilen sind zum Beispiel auch in den Dokumenten DE 10 2008 011 416 AI, DE 10 2010 007 600 AI und DE 100 20 041 C2 offenbart.
In modernen Abgasturboladern für Verbrennungsmotoren in
Kraftfahrzeugen wird immer häufiger, zum Beispiel aus Gewichts- und Kostengründen unter anderem Aluminium oder auch andere
Leichtmetalle, wie zum Beispiel Magnesium, als Werkstoff, auch für die thermische sehr hoch belasteten Turbinengehäuse ein¬ gesetzt. Problematisch dabei ist, dass Aluminium bei hohen Temperaturen seine Festigkeit einbüßt. Insbesondere in Be- triebspunkten der Abgasturbine mit hohen Abgasmassenströmen, im Volllastbereich, wird ein Teil des Abgases über das teilweise oder vollständig geöffnete Wastegate-Ventil an der Turbine vorbei geleitet. Dies führt zu sehr hohen Temperaturen im Bereich des Wastegate-Ventils , insbesondere der Ventilklappe und des Ventilklappensitzes. Dies führt zur Entfestigung des Alumi¬ niumwerkstoffs in diesen Bereichen. Wird das Wastegate-Ventil dann in eine Position geregelt, bei der sich die Ventilklappe kurz vor dem Aufliegen auf der Ventilsitzfläche befindet, so kommt es vor allem durch die Druckpulsationen des Ladungswechsels zu einem "Tänzeln" der Ventilklappe im Rahmen des Spiels zwischen Ventilklappe und Kurbelarm. Dieses "Tänzeln" führt zu pul¬ sierenden Bewegungen und Aufschlägen der Ventilklappe auf der Ventilsitzfläche, was ohne einen entsprechenden Ventilsitzring unweigerlich zu erhöhtem Verschleiß bis zur lokalen Umformung der Ventilsitzfläche 31 führen kann. Infolgedessen würde das Wastegate-Ventil undicht und der Abgasturbolader und somit der Verbrennungsmotor verliert an Leistung. Auch die Geschwindigkeit des Drehmomentaufbaus des Verbrennungsmotors wird dadurch nachteilig beeinflusst.
Diese Zusammenhänge gelten prinzipiell auch für Schubum¬ luft-Ventile, wenn auch die Problematik aufgrund der niedrigeren Temperaturen nicht so vordringlich scheint.
Aus diesem Grund wird, insbesondere bei Verwendung eines "weichen" Gehäusewerkstoffes, zum Beispiel ein separater Ventilsitzring als Ventilklappensitz am Bypass-Kanal-Ausgang des jeweiligen Laufradgehäuses eingesetzt, der aus einem warmfesten Material höherer Verschleißfestigkeit, zum Beispiel Stahl, besteht.
Die Befestigung des Ventilsitzringes im Ventilklappensitz des jeweiligen Bypass-Kanals erfolgt gemäß dem bekannten Stand der Technik mittels einer Pressverbindung durch einschrumpfen oder einpressen oder durch verstemmen des den Ventilsitzring umgebenden Werkstoffes oder auch durch Eingießen des Ventilsitzringes im Gießprozess des Gehäuses, siehe dazu zum Beispiel DE 10 2010 062 403 AI.
Nun kommt es im Betreib des Abgasturboladers zu zeitlich wechselnden Temperaturschwankungen und teilweise steilen Temperaturgradienten im Bereich des Ventilklappensitzes. Nicht zuletzt Aufgrund der unterschiedlichen Wärmedehnung des zum Beispiel aus Stahl gefertigten Ventilsitzringes und des um¬ gebenden Werkstoffes des Ventilsitzes kann es jedoch bei den oben genannten, bekannten Befestigungsarten dazu kommen, dass der Ventilsitzring sich zeitweise oder sogar permanent lockert oder gar löst. Die Folgen, die sich daraus ergeben reichen vom Leistungsverlust des Abgasturboladers durch erhöhte Leckage bis hin zu Zerstörung des Abgasturboladers.
Die sich für den Fachmann daraus ergebende Aufgabe besteht nun darin, ein Laufradgehäuse für einen Abgasturbolader anzugeben, das, auch bei Paarung unterschiedlicher Werkstoffe, eine sichere und gegen hohe Temperaturen sowie Temperaturschwankungen be- ständige Verbindung und Fixierung eines Ventilsitzringes im jeweiligen Ventilsitz eines Bypass-Ventils im jeweiligen Laufradgehäuse, aufweist und so die Betriebssicherheit des Abgasturboladers erhöht. Weiterhin ergibt sich daraus die Aufgabe einen Abgasturbolader anzugeben, der bei reduziertem Gesamtgewicht hohe Betriebs¬ sicherheit und lange Lebensdauer aufweist.
Die Aufgabe besteht weiterhin darin ein Verfahren zur Herstellung eines Ventilsitzringes für ein erfindungsgemäßes Laufradgehäuse des erfindungsgemäßen Abgasturboladers anzugeben, mit dem eine dauerhafte und betriebssichere Fixierung des Ventilsitzringes im jeweiligen Ventilsitz eines Bypass-Ventils im jeweiligen Laufradgehäuse auf einfache und kostengünstige Weise gewähr- leistet werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Laufradgehäuse mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1, einen Abgasturbolader gemäß dem nebengeordneten Vorrichtungsanspruch und einem Verfahren zur Herstellung des Ventilsitzringes gemäß dem nebengeordneten Verfahrensanspruch gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbil¬ dungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Das erfindungsgemäße Laufradgehäuse für einen Abgasturbolader eines Verbrennungsmotors besteht aus einem Leichtmetallwerk¬ stoff und weist einen mit einer Ventilklappe verschließbaren Bypass-Kanal auf. Der Bypass-Kanal weist einen Ventilklappensitz auf der mit einem Ventilsitzring ausgestattet ist.
Der Ventilsitzring ist dabei nach Art eines Hohlzylinders mit einer Ring-Außenwand, einer Ring-Innenwand und einer axialen Ringhöhe ausgebildet und in einer Aufnahmeausformung am By- pass-Kanal-Ausgang so angeordnet, dass sein der Ventilklappe zugewandtes axiales Ende die Ventilsitzfläche bildet und die Ring-Innenwand den lichten Durchgang des Bypass-Kanals begrenzt, in den er sich ausgehend von der Ventilsitzfläche in axialer Richtung erstreckt. Dabei ist das Laufradgehäuse dadurch ge¬ kennzeichnet, dass der Ventilsitzring zumindest auf seiner Ring-Innenwand eine thermische Sperrbeschichtung aufweist.
Dabei kennzeichnet die Ring-Außenwand die äußere Mantelfläche, die Ring-Innenwand die innere Mantelfläche und die Ringhöhe die axiale Erstreckung in Richtung der Ringmittelachse bzw. der Hohlzylindermittelachse des im Wesentlichen hohlzylinderför- migen Ventilsitzringes, also ausgehend von der Ventilsitzfläche in axialer Richtung bis zum gegenüberliegenden Ende des Ven- tilsitzringes .
Dies hat den Vorteil, dass der Ventilsitzring im Betrieb ge¬ ringeren Temperaturschwankungen und damit auch geringerer Wärmedehnung bzw . Schrumpfung ausgesetzt ist . Im Ergebnis ist die Gefahr, dass sich der Ventilsitzring aus seiner Position im Gehäuse löst dadurch zumindest reduziert und die Betriebssi¬ cherheit auf Dauer erhöht.
Eine weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Gegenstandes ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitzring auch auf seiner Ventilsitzfläche eine thermische Sperrbeschichtung aufweist. Dies ergibt eine besonders effektive thermische Abschirmung des Ventilsitzringes und erhöht die Sicherheit gegen Loslösen des Ventilsitzringes weiter.
Eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Gegenstandes ist dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Sperrbeschichtung einen temperaturbeständigen Werkstoff mit geringer Wärme- leitfähigkeit in einer Schichtdicke zwischen 0,1 und 1 mm aufweist. Auch diese Maßnahme steigert die Effektivität der thermische Abschirmung des Ventilsitzringes und erhöht die Sicherheit gegen Loslösen des Ventilsitzringes weiter.
In einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Gegenstandes weist die thermische Sperrbeschichtung einen Keramik-Werkstoff auf, insbesondere einen Oxidkeramik-Werkstoff. Dies ergibt eine besonders widerstandsfähige thermische Sperrbeschichtung mit hoher Festigkeit und langer Lebensdauer.
In einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Gegenstandes weist eine im Bereich der Ventilsitzfläche aufgebrachte thermische Sperrbeschichtung eine höhere Werkstoffdichte auf, als im Bereich der Ring-Innenwand aufgebrachte thermische
Sperrbeschichtung. Bei geringerer Werkstoffdichte der thermischen Sperrbeschichtung wird eine besonders geringe Wärme¬ leitfähigkeit in dem vorrangig exponierten Bereich der
Ring-Innenwand gewährleistet. Bei höherer Werkstoffdichte der thermischen Sperrbeschichtung im Bereich der Ventilsitzfläche wird eine erhöhte Festigkeit und somit eine verbesserte Ver¬ schleißfestigkeit der thermischen Sperrbeschichtung in dem durch die Ventilklappe belasteten Bereich gewährleistet. Eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Gegenstandes ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitzring auf seiner Ring-Außenwand einen Passungsbereich aufweist, der sich zumindest über einen Teil seiner Ringhöhe erstreckt und in dem die Ring-Außenwand des Ventilsitzringes eine Passung mit der korrespondierenden Innenkontur der Aufnahmeausformung, insbesondere eine Presspassung, aufweist. Dadurch wird ein fester Sitz des Ventilsitzringes in der Aufnahmeausformung des By- pass-Kanals und gleichwohl die geforderte Gasdichtheit zwischen Ventilsitzring und Laufradgehäuse, auch bei erhöhtem Druck gewährleistet.
Eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Gegenstandes ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitzring aus einem Werkstoff besteht, dessen Festigkeitswert zu dem entsprechenden Festigkeitswert des Leichtmetallwerkstoffs des Laufradgehäuses in einem Verhältnis steht von kleiner oder gleich 6/1. Dadurch wird eine erhöhte Verschleißfestigkeit des Ventilsitzes im Betrieb gewährleistet.
Weitere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Gegenstandes sehen vor, dass das Laufradgehäuse ein Turbinengehäuse und der zugehörige Bypass-Kanal ein Wastegate-Kanal des Abgasturbo- laders ist oder dass das Laufradgehäuse ein Verdichtergehäuse und der zugehörige Bypass-Kanal ein Schubumluft-Kanal des Abgas¬ turboladers ist.
Dies hat den Vorteil dass das Turbinengehäuse und/oder das Verdichtergehäuse eines Abgasturboladers je nach Bedarf gemäß dem erfindungsgemäßen Laufradgehäuse ausgeführt werden kann und so das Gewicht nach Bedarf bei erhöhter Betriebssicherheit reduziert werden kann.
Der erfindungsgemäße Abgasturbolader für einen Verbrennungs- motor ist dadurch gekennzeichnet, dass er zumindest ein er¬ findungsgemäßes Laufradgehäuse aufweist.
Zumindest das Turbinengehäuse oder das Verdichtergehäuse oder auch das Turbinengehäuse und das Verdichtergehäuse des er¬ findungsgemäßen Abgasturboladers bestehen demnach jeweils aus einem Leichtmetallwerkstoff und weisen jeweils ein mit einer Ventilklappe verschließbaren Bypass-Kanal mit einem Ventil¬ sitzring gemäß oben beschriebener Ausführung auf.
Dies hat den Vorteil, dass für das Turbinengehäuse und/oder das Verdichtergehäuse ein leichter Leichtmetallwerkstoff zur Ge- wichtseinsparung Verwendung finden kann und dennoch kein erhöhter Verschleiß des Ventilklappensitzes oder die Gefahr des Loslösens des Ventilsitzringes aus seine Position in Kauf genommen werden muss. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Ventil¬ sitzringes für ein Laufradgehäuse eines Abgasturboladers gemäß obiger Beschreibung zeichnet sich durch die folgenden Verfahrensschritte aus. Zunächst wird ein Ventilsitzring bereitgestellt der nach Art eines Hohlzylinders mit einer Ring-Außenwand, einer Ring-Innen¬ wand und einer Ventilsitzfläche auf einem axialen Ende des Hohlzylinders ausgebildet ist.
An dem bereitgestellten Ventilsitzring werden dann zunächst störenden Oxidschichten von den zu beschichtenden Oberflächenbereichen entfernt. Dies kann beispielsweise durch Ab¬ strahlen mit abrassiven Medien wie zum Beispiel A1203, das als Korund bekannt ist, erfolgen.
Auf die zu beschichtenden, von Oxidschichten gereinigten Oberflächenbereiche wird dann eine thermischen Sperrbe- schichtung mittels eines thermischen Spritzverfahrens unter Einblasen von Keramikpulver aufgetragen. Dabei kann es sich vorzugsweise um ein Plasma-Spritzverfahrens handeln.
In dem genannten thermischen Spritzverfahren ist durch Variation der Aufspritzdichte und/oder der Pulver-Korngröße des
Keramikpulvers und/oder der AufSpritzgeschwindigkeit die Werkstoffdichte und die Schichtdicke der thermischen Sperr- beschichtung einstellbar.
Dieses Verfahren hat den Vorteil dass es eine sichere und dauerhafte Beschichtung des Ventilsitzringes mit einer ther¬ mischen Sperrschicht nur auf den Oberflächenbereichen ermöglicht, die im Betrieb des Laufradgehäuse direkt den heißen Fluid-Massenströmen, wie zum Beispiel Abgas oder Ladeluft ausgesetzt sind. Weiterhin erlaubt dieses Verfahren die thermische Sperrschicht je nach den Anforderungen des jeweiligen Beschichtungsbereichs in der Dicke und der Dichte und somit in der Isolierwirkung und der Festigkeit zu variieren. So kann beispielsweise im Bereich der Ventilsitzfläche eine thermischen Sperrbeschichtung mit höherer Dichte und somit größerer Festigkeit erzeugt werden.
In einem optionalen Zwischenschritt, der auf die Entfernung der Oxidschichten folgt und vor der eigentlichen Beschichtung mit der thermischen Sperrschicht durgeführt wird, kann zunächst eine Haft-Zwischenschicht, zum Beispiel aus einer NiCr-Legierung, auf die zu beschichtenden Oberflächenbereiche des Ventilsitzringes aufgebracht werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn der Werkstoff des Ventilsitzringes und der thermischen Sperrbe- schichtung sehr unterschiedliche Wärmedehnungskoeffizienten aufweisen und verhindert ein unerwünschtes Abplatzen der Be- Schichtung im Betrieb.
Das beschriebene Verfahren zur Herstellung des Ventilsitzringes ist für alle zuvor und nachfolgenden beschriebenen Ausführungen des Laufradgehäuses anwendbar.
Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Darstellungen in der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine vereinfachte Schnittdarstellung einer Ausführung des erfindungsgemäßen Laufradgehäuses mit einem Bypass-Ventil und einem eingelegten Ventilsitzring mit thermischer Sperrbeschichtung;
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Details X aus Figur 1, das eine Schnittdarstellung des Ventilklappensitzes einer erfindungsgemäßen Ausführung des Laufradgehäuses zeigt .
Fig. 3 eine vereinfachte Darstellung eines erfindungsgemäßen
Abgasturboladers mit einem nach Art des erfindungsgemäßen Laufradgehäuses ausgebildeten Turbinengehäuse.
Fig. 4 ein Ablaufdiagramm der einzelnen Prozessschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Ventilsitzringes für ein Laufradgehäuse eines Abgas¬ turboladers
Funktions- und Benennungsgleiche Teile sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Die Figur 1 zeigt eine vereinfachte Schnittdarstellung eines Beispiels eines erfindungsgemäßen Laufradgehäuses mit einem Bypass-Ventil 20 und einer Kurbelarm-Betätigungsvorrichtung am Beispiel eines Turbinengehäuses. Über den Fluideintrittsbereich 11 des Laufradgehäuses 10 tritt der Fluidmassenstrom FM in das Laufradgehäuse 10 ein. Aus dem Laufradgehäuse 10 wird der Fluidmassenstrom FM zum Beispiel auf auf ein Turbinenrad (nicht dargestellt) geleitet und tritt dann durch den Fluidaustrittsbereich 12 aus dem Laufradgehäuse aus. Der Bypass-Kanal 13, hier ein Wastegate-Kanal , verbindet nun auf direktem Weg den Fluideintrittsbereich 11 mit dem Fluidaustrittsbereich 12. Der Ventilklappensitz 15 des Bypass-Kanals 13 weist einen separat eingefügten Ventilsitzring 30 mit einer Ventilsitzfläche 31 und einer thermischen Sperrbeschichtung 34 auf seiner Ring-Innenwand 33 auf. Der Ventilsitzring 30 ist in Bezug auf die Strömungsrichtung des Fluidmassenstroms FM am Bypass-Kanal-Ausgang 14 angeordnet. Zum Schließen des Bypass-Kanals 13 wird eine tellerförmige Ventilklappe 21 auf die Ventilsitzfläche 31 des Ventilsitzrings 30 aufgelegt. Die
Ventilklappe 21 ist an einem Kurbelarm 22 befestigt, der auf einer Kurbelspindel 23 montiert ist und damit um die Kurbelspin¬ deldrehachse 24 drehbar gelagert ist. Durch Drehung des Kur¬ belarms 22 um die Kurbelspindeldrehachse 24 (in der Zeichnung im Uhrzeigersinn) wird die Ventilklappe 21 entlang des Ventil¬ klappenweges, aus näherungsweise in Bezug auf die Ventil¬ sitzfläche 31 senkrechter Richtung, auf den Ventilsitzring 30 aufgesetzt und der Bypass-Kanal 13, hier der Wastegate-Kanal, so geschlossen und in umgekehrter Richtung geöffnet.
In der in Figur 2 gezeigten vergrößerten Schnittdarstellung der Einzelheit X des Laufradgehäuses aus Figur 1, ist der Ven¬ tilklappensitz 15 einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Laufradgehäuses 10 dargestellt. Zu sehen ist ein Ausschnitt des Laufradgehäuses 10 mit einer Aufnahmeausformung 16 mit einem darin aufgenommenen Ventilsitzring 30. Der Ventilsitzring 30 weist auf der der Ventilklappe (nicht dargestellt, siehe Fig. 1) zugewandten Seite eine Ventilsitzfläche 31 auf. Ausgehend von der Ventilsitzfläche 31 erstreckt sich der Ventilsitzring 30 in axialer Richtung, also in Richtung der Ringachse A, über seine Ringhöhe HR, vom Bypass-Kanal-Ausgang 14 her in die Aufnahmeausformung 16 des Bypass-Kanals 13. Am unteren Ende sitzt der Ventilsitzring 30 auf einem in der Aufnahmeausformung 16 vorgesehenen axialen Anschlag 35 auf, wodurch er in axialer Richtung in der Aufnahmeausformung 16 positioniert ist.
Der Ventilsitzring 30 weist auf seiner Ring-Innenwand, und im Gegensatz zu dem Beispiel aus Figur 1, auch auf seiner Ventilsitzflache 31 eine thermische Sperrbeschichtung 34 auf. Damit sind, abgesehen von einem kleinen aus der Aufnahmeausformung gegebenenfalls herausragenden Rand auf der Ring-Außenwand, alle dem heißen Gas ausgesetzten Flächen des Ventilsitzringes 30 von der thermischen Sperrbeschichtung 34 abgedeckt. Wodurch eine besonders effektive thermische Abschirmung des Ventilsitzringes 30 gewährleistet werden kann.
Weitere Vorteile in Bezug auf Verschleißfestigkeit und Wär- meabschirmung und sicheren dauerhaften Sitz des Ventilsitzringes 30 sind zu erzielen wenn:
- Die thermischen Sperrbeschichtung 34 einen temperaturbeständigen Werkstoff mit geringer Wärmeleitfähigkeit in einer Schichtdicke zwischen 0,1 und 1 mm aufweist.
- Die thermische Sperrbeschichtung 34 einen Keramik-Werkstoff aufweist, insbesondere einen Oxidkeramik-Werkstoff. - Die thermische Sperrbeschichtung 34 im Bereich der Ventilsitzfläche 31 eine höhere Werkstoffdichte aufweist als im Bereich der Ring-Innenwand 33.
- Der Ventilsitzring 30 auf seiner Ring-Außenwand 32 einen Passungsbereich 36 aufweist, der sich zumindest über einen Teil seiner Ringhöhe HR erstreckt und in dem die Ring-Außenwand 32 des Ventilsitzringes 30 eine Passung mit der korrespondierenden Innenkontur der Aufnahmeausformung 16, insbesondere eine Presspassung, aufweist.
-Der Ventilsitzring aus einem Werkstoff besteht, dessen Festigkeitswert zu dem entsprechenden Festigkeitswert des Leichtmetallwerkstoffs des Laufradgehäuses in einem Verhältnis steht von kleiner oder gleich 6/1.
Weitere Ausführungen des erfindungsgemäßen Laufradgehäuses 10 sind dadurch gekennzeichnet, dass das Laufradgehäuse ein Turbinengehäusel Oa und der zugehörige Bypass-Kanal 13 ein Wastegate-Kanal 13a eines Abgasturboladers 1 ist oder dass das Laufradgehäuse 10 ein Verdichtergehäuse 10b und der zugehörige Bypass-Kanal ein Schubumluft-Kanal 13b des Abgasturboladers 1 ist.
Fig. 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Abgasturbolader 1, der im Wesentlichen ein Turbinengehäuse 10a mit einem Turbinenlaufrad 9a, ein Lagergehäuse 8 und ein Verdichtergehäuse 10b mit einem Verdichterlaufrad 9b aufweist. Im Turbinengehäuse 10a ist ein Wastegate-Kanal 13a mit einem Wastegate-Ventil 20a angeordnet. Im Verdichtergehäuse 10b ist ein Schubumluft-Kanal 13b mit einem Schubumluft-Ventil 20b angeordnet. Im Lagergehäuse 8 ist der Turbolader-Läufer gelagert, der das Verdichterlaufrad 9b und das Turbinenlaufrad 9a über eine gemeinsame Läuferwelle 8a vereint. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Turbinengehäuse 10a gemäß dem erfindungsgemäßen Laufradgehäuse 10 ausgeführt. Die Ein¬ zelheit X greift den Bereich des Ventilklappensitzes des Wastegate-Ventils 20a heraus und entspricht einer der vo- rausgehend beschriebenen und in Figur 2 gezeigten Ausführungen des Ventilklappensitzes 15.
Fig. 4 zeigt ein Beispiel des erfindungsgemäßen Ablaufs des Verfahrens zur Herstellung eines Ventilsitzringes für ein erfindungsgemäßes Laufradgehäuse eines Abgasturboladers, wie vorausgehend beschrieben . Das Verfahren ist gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte in der angegebenen Reihenfolge: a) Bereitstellen eines Ventilsitzringes der nach Art eines Hohlzylinders mit einer Ring-Außenwand, einer Ring-Innenwand und einer Ventilsitzfläche auf einem axialen Ende des
Hohlzylinders ausgebildet ist.
b) Entfernen von störenden Oxidschichten von den zu beschichtenden Oberflächenbereichen des Ventilsitzringes, b') Optional kann in diesem Zwischenschritt zunächst eine
Haft-Zwischenschicht, zum Beispiel aus einer NiCr-Legierung, auf die zu beschichtenden Oberflächenbereiche des Ventil¬ sitzringes aufgebracht werden.
c) Auftragen einer thermischen Sperrbeschichtung auf die zu beschichtenden Oberflächenbereiche mittels eines thermischen Spritzverfahrens, insbesondere eines Plasma-Spritzverfahrens, unter Einblasen von Keramikpulver, wobei im thermischen
Spritzverfahren durch Variation der Aufspritzdichte und/oder der Pulver-Korngröße des Keramikpulvers und/oder der
AufSpritzgeschwindigkeit die Werkstoffdichte und die
Schichtdicke der thermischen Sperrbeschichtung einstellbar ist.
In weiterer Fortführung des Verfahrens kann dann die Herstellung eines erfindungsgemäßen Laufradgehäuses erfolgen. Die ergänzenden Verfahrensschritte sind in Figur 4 in gestrichelten Kästchen dargestellt.
Dazu kann in Folge oder bereits parallel zur Herstellung des Ventilsitzringes in einem Schritt d) ein entsprechendes
Laufradgehäuse, mit einer für die Aufnahme des Ventilsitzringes vorgesehenen Aufnahmeausformung im Bereich eines vorgesehenen Ventilklappensitzes am Bypass-Kanal-Ausgang, bereitgestellt werden .
In einem abschließenden Schritt e) wird dann der zuvor her- gestellte Ventilsitzring in die korrespondierende Aufnahme¬ ausformung des Laufradgehäuses montiert und befestigt . Dies kann auf verschiedene Art erfolgen zum Beispiel durch Einpressen, Einschrumpfen, Verstemmen oder auch Einschrauben oder Aufweiten.

Claims

Laufradgehäuse (10) für einen Abgasturbolader (1) eines Verbrennungsmotor, wobei das Laufradgehäuse (10) aus einem Leichtmetallwerkstoff besteht und einen mit einer Ventil¬ klappe (21) verschließbaren Bypass-Kanal (13) aufweist, wobei der Bypass-Kanal (13) einen Ventilklappensitz (15) aufweist der mit einem eine Ventilsitzfläche (31) aufweisenden Ventilsitzring (30) ausgestattet ist,
wobei der Ventilsitzring (30) nach Art eines Hohlzylinders mit einer Ring-Außenwand (32), einer Ring-Innenwand (33) und einer axialen Ringhöhe (HR) ausgebildet ist und in einer Aufnahmeausformung (16) am Bypass-Kanal-Ausgang (14) so angeordnet ist, dass sein der Ventilklappe (21) zugewandtes axiales Ende die Ventilsitzfläche (31) bildet und die Ring-Innenwand (33) den lichten Durchgang des Bypass-Kanals (13) begrenzt, in den er sich ausgehend von der Ventil¬ sitzfläche (31) in axialer Richtung erstreckt, dadurch gekennzeichnet,
dass der Ventilsitzring (30) zumindest auf seiner
Ring-Innenwand (33) eine thermische Sperrbeschichtung (34) aufweist .
Laufradgehäuse (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitzring (30) auch auf seiner Ventilsitzfläche (31) eine thermische Sperrbeschichtung (34) aufweist.
Laufradgehäuse (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Sperrbeschichtung (34) einen temperaturbeständigen Werkstoff mit geringer Wärmeleitfähigkeit in einer Schichtdicke zwischen 0,1 und 1 mm aufweist .
Laufradgehäuse (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Sperrbeschichtung (34) einen Keramik-Werkstoff aufweist, insbesondere einen Oxidkera¬ mik-Werkstoff . Laufradgehäuse (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Sperrbeschichtung (34) im Bereich der Ventilsitzfläche (31) eine höhere Werkstoffdichte aufweist als im Bereich der Ring-Innenwand (33) .
Laufradgehäuse (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitzring (30) auf seiner Ring-Außenwand (32) einen Passungsbereich (36) aufweist, der sich zumindest über einen Teil seiner Ringhöhe (HR) erstreckt und in dem die Ring-Außenwand (32) des Ventilsitzringes (30) eine Passung mit der korrespondierenden Innenkontur der Aufnahmeausformung (16), insbesondere eine Presspassung, aufweist .
Laufradgehäuse (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitzring (30) aus einem Werkstoff besteht, dessen Festigkeitswert zu dem entspre¬ chenden Festigkeitswert des Leichtmetallwerkstoffs des Laufradgehäuses (10) in einem Verhältnis steht von kleiner oder gleich 6/1.
Laufradgehäuse (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufradgehäuse (10) ein Turbi¬ nengehäuse (10a) und der zugehörige Bypass-Kanal (13) ein Wastegate-Kanal (13a) eines Abgasturboladers (1) ist oder dass das Laufradgehäuse (10) ein Verdichtergehäuse (10b) und der zugehörige Bypass-Kanal (13) ein Schubumluft-Kanal (13b) des Abgasturboladers (1) ist.
Abgasturbolader (1) für einen Verbrennungsmotor, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasturbolader (1) zumindest ein Laufradgehäuse (10) gemäß Anspruch 8 aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Ventilsitzringes (30) für ein Laufradgehäuse (10) eines Abgasturboladers (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte : ) Bereitstellen eines Ventilsitzringes (30) der nach Art eines Hohlzylinders mit einer Ring-Außenwand (32), einer Ring-Innenwand (33) und einer Ventilsitzfläche (31) auf einem axialen Ende des Hohlzylinders ausgebildet ist,
) Entfernen von störenden Oxidschichten von den zu beschichtenden Oberflächenbereichen des Ventilsitzringes (30) ,
) Auftragen einer thermischen Sperrbeschichtung (34) auf die zu beschichtenden Oberflächenbereiche mittels eines thermischen Spritzverfahrens, insbesondere eines Plas¬ ma-Spritzverfahrens , unter Einblasen von Keramikpulver, wobei im thermischen Spritzverfahren durch Variation der Aufspritzdichte und/oder der Pulver-Korngröße des
Keramikpulvers und/oder der AufSpritzgeschwindigkeit die Werkstoffdichte und die Schichtdicke der thermischen Sperrbeschichtung einstellbar ist.
PCT/EP2016/062509 2015-07-01 2016-06-02 Laufradgehäuse für einen abgasturbolader mit einem einen ventilsitzring aufweisenden bypass-ventil sowie abgasturbolader und verfahren zur herstellung eines ventilsitzringes WO2017001140A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015212305.7A DE102015212305A1 (de) 2015-07-01 2015-07-01 Laufradgehäuse für einen Abgasturbolader mit einem einen Ventilsitzring aufweisenden Bypass-Ventil sowie Abgasturbolader und Verfahren zur Herstellung eines Ventilsitzringes
DE102015212305.7 2015-07-01

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017001140A1 true WO2017001140A1 (de) 2017-01-05

Family

ID=56116408

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2016/062509 WO2017001140A1 (de) 2015-07-01 2016-06-02 Laufradgehäuse für einen abgasturbolader mit einem einen ventilsitzring aufweisenden bypass-ventil sowie abgasturbolader und verfahren zur herstellung eines ventilsitzringes

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102015212305A1 (de)
WO (1) WO2017001140A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190234304A1 (en) * 2016-12-16 2019-08-01 Mitsubishi Heavy Industries Engine & Turbocharger, Ltd. Turbine housing, exhaust turbine, and turbocharger

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018131939A (ja) * 2017-02-14 2018-08-23 トヨタ自動車株式会社 ターボチャージャ

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3735736A1 (de) * 1987-10-22 1989-05-03 Porsche Ag Vorrichtung zum steuern einer turboladeranlage
DE10020041C2 (de) 2000-04-22 2003-05-28 Pierburg Gmbh Bypassventilkörper für Turbo-Otto-Brennkraftmaschine
US20070234720A1 (en) * 2004-08-12 2007-10-11 Borgwarner Inc. Exhaust gas recirculation valve
DE102008011416A1 (de) 2008-02-27 2009-09-10 Continental Automotive Gmbh Turbolader mit einer Betätigungseinrichtung zum Öffnen und Schließen eines Wastegate-Kanals
DE102010007600A1 (de) 2010-02-11 2011-08-11 IHI Charging Systems International GmbH, 69126 Betätigungseinrichtung für ein Ventil, insbesondere ein Waste-Gate eines Abgasturboladers
DE102010062403A1 (de) 2010-12-03 2012-06-06 Continental Automotive Gmbh Abgasturbolader mit einem Bypassventil
EP2463483A2 (de) * 2010-12-13 2012-06-13 Honeywell International, Inc. Turbolader mit geteiltem Turbinengehäuse und rotierendes Ringsteuerventil für die Turbine
EP2602448A2 (de) * 2011-12-07 2013-06-12 Honeywell International Inc. Oberflächenbehandlung eines Ventilsitzes

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3536804A1 (de) * 1985-10-16 1987-04-16 Audi Ag Abblaseventil
DE102010013702A1 (de) * 2010-04-01 2011-10-06 Continental Automotive Gmbh Turbine, Abgasturbolader, Kraftfahrzeug und Verfahren zur Montage einer derartigen Turbine

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3735736A1 (de) * 1987-10-22 1989-05-03 Porsche Ag Vorrichtung zum steuern einer turboladeranlage
DE10020041C2 (de) 2000-04-22 2003-05-28 Pierburg Gmbh Bypassventilkörper für Turbo-Otto-Brennkraftmaschine
US20070234720A1 (en) * 2004-08-12 2007-10-11 Borgwarner Inc. Exhaust gas recirculation valve
DE102008011416A1 (de) 2008-02-27 2009-09-10 Continental Automotive Gmbh Turbolader mit einer Betätigungseinrichtung zum Öffnen und Schließen eines Wastegate-Kanals
DE102010007600A1 (de) 2010-02-11 2011-08-11 IHI Charging Systems International GmbH, 69126 Betätigungseinrichtung für ein Ventil, insbesondere ein Waste-Gate eines Abgasturboladers
DE102010062403A1 (de) 2010-12-03 2012-06-06 Continental Automotive Gmbh Abgasturbolader mit einem Bypassventil
EP2463483A2 (de) * 2010-12-13 2012-06-13 Honeywell International, Inc. Turbolader mit geteiltem Turbinengehäuse und rotierendes Ringsteuerventil für die Turbine
EP2602448A2 (de) * 2011-12-07 2013-06-12 Honeywell International Inc. Oberflächenbehandlung eines Ventilsitzes

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190234304A1 (en) * 2016-12-16 2019-08-01 Mitsubishi Heavy Industries Engine & Turbocharger, Ltd. Turbine housing, exhaust turbine, and turbocharger
US10907541B2 (en) * 2016-12-16 2021-02-02 Mitsubishi Heavy Industries Engine & Turbocharger, Ltd. Turbine housing, exhaust turbine, and turbocharger

Also Published As

Publication number Publication date
DE102015212305A1 (de) 2017-01-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112009002230B4 (de) Wastegate für ein turbogeladenes verbrennungsmotorsystem und wastegate-abgassteuerungssystem
DE102006054117B4 (de) Im Teil- und Volllastbetrieb gesteuerte Kurbelgehäuse-Belüftung einer Brennkraftmaschine
EP2634393B1 (de) Funktionsmodul mit einem Abgasturbolader und einem Abgaskrümmer
DE102012209562B4 (de) Turbinengehäuse für einen Abgasturbolader
DE102015114935A1 (de) Buchse für ein Ladedruckregelventil eines Turboladers
DE102016208160B4 (de) Turbine für einen Abgasturbolader mit zweiflutigem Turbinengehäuse und einer Ventil-Anordnung mit verbesserter Abströmung
EP3452702B1 (de) Turbinengehäuse für einen turbolader einer brennkraftmaschine sowie turbolader
DE112012002572B4 (de) Mehrstufiges Turboladersystem
DE102014214226A1 (de) Verbundverdichtergehäuse
WO2017001140A1 (de) Laufradgehäuse für einen abgasturbolader mit einem einen ventilsitzring aufweisenden bypass-ventil sowie abgasturbolader und verfahren zur herstellung eines ventilsitzringes
DE102014225966A1 (de) Laufradgehäuse mit einer Bypass-Ventileinrichtung für Abgasturbolader und Abgasturbolader
DE112007002928T5 (de) Abgasrückführventil
DE102015209929A1 (de) Laufradgehäuse für einen Abgasturbolader mit einem einen Ventilsitzring aufweisenden Bypass-Ventil sowie Abgasturbolader und Montageverfahren
DE102010013264A1 (de) Turboladergehäuse mit einer Ventileinrichtung und Verfahren zur Herstellung eines solchen Turboladergehäuses
WO2010031561A1 (de) Anordnung zur frischgasversorgung einer turboaufgeladenen verbrennungsmaschine und verfahren zum steuern der anordnung
DE102007024130A1 (de) Abgasturbolader mit doppelschaligem Gehäuse
DE4325346C2 (de) Turbinengehäuse eines Turboladers
WO2017102041A1 (de) Ventilelement für eine turbine eines abgasturboladers
EP3252284B1 (de) Brennkraftmaschine mit zwei abgasturboladern
DE102008060026A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine zur Verminderung des HC- und CO-Gehaltes im Abgas, sowie Brennkraftmaschine
WO2018019589A1 (de) KLAPPENEINRICHTUNG ZUM ÖFFNEN UND SCHLIEßEN EINES WASTEGATEKANALS IN EINEM TURBINENGEHÄUSE EINES TURBOLADERS, TURBOLADER SOWIE VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG
DE102017218382A1 (de) Laufradgehäuse für einen Abgasturbolader mit einem einen Ventilsitzring aufweisenden Bypass-Ventil sowie Abgasturbolader und Montageverfahren
EP3601739A1 (de) Turbolader für eine brennkraftmaschine sowie turbinengehäuse
DE102015012727A1 (de) Ventilelement für eine Turbine eines Abgasturboladers
DE102017201916A1 (de) Wastegateklappe zum Öffnen und Schließen eines Wastegatekanals eines Turboladers, Klappeneinrichtung und Turbolader

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16727984

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16727984

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1