WO2023274446A1 - Regelvorrichtung eines abgasführungsabschnitts eines abgasturboladers - Google Patents

Regelvorrichtung eines abgasführungsabschnitts eines abgasturboladers Download PDF

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WO2023274446A1
WO2023274446A1 PCT/DE2022/100427 DE2022100427W WO2023274446A1 WO 2023274446 A1 WO2023274446 A1 WO 2023274446A1 DE 2022100427 W DE2022100427 W DE 2022100427W WO 2023274446 A1 WO2023274446 A1 WO 2023274446A1
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WO
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section
control device
exhaust gas
closing element
lever
Prior art date
Application number
PCT/DE2022/100427
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Manfred GUTHÖRLE
Viktor Dick
Stephan WENIGER
Zdenek REIF
Nils Brinkert
Jürgen Weeber
Thomas Knieps
Original Assignee
Ihi Charging Systems International Gmbh
Mercedes-Benz Group AG
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 Ihi Charging Systems International Gmbh, Mercedes-Benz Group AG filed Critical Ihi Charging Systems International Gmbh
Priority to CN202280032478.5A priority Critical patent/CN117242245A/zh
Publication of WO2023274446A1 publication Critical patent/WO2023274446A1/de

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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
    • F16K1/2014—Shaping of the valve member

Definitions

  • the invention relates to a control device for an exhaust gas routing section of an exhaust gas turbocharger of the type specified in the preamble of patent claim 1.
  • Exhaust gas routing sections for exhaust gas turbochargers which have a control device for controlling a fluid flowing through the exhaust gas routing section, generally exhaust gas, are known.
  • the control device is provided for opening and closing a bypass channel in the flow-through exhaust gas routing section to bypass a turbine wheel of the exhaust gas routing section that is rotatably arranged in a wheel chamber of the exhaust gas routing section.
  • the control device can be used to open or close a flow opening formed between two spiral channels of the exhaust gas routing section, so that the exhaust gas can flow from one spiral channel into the other and vice versa.
  • the control device has a number of components which are connected to one another, it also being possible for individual components to move relative to one another. So knows a closing element of the control device, which is provided for closing the bypass channel and/or the through-flow opening, has possible mobility relative to the lever arm in relation to a lever arm of the control device designed to move the closing element and which receives the closing element at one end. This possible mobility is necessary so that, for example, when the lever arm is pivoted with the closing element, jamming in the exhaust gas routing section can be avoided.
  • the mobility of the two components relative to one another causes wear and tear on the control device during operation of the exhaust gas turbocharger, which must at least be reduced.
  • a control device for an exhaust gas turbocharger can be found in published application DE 102017202 132 A1, which has a closing element which is accommodated on a lever arm of the control device.
  • the lever arm is designed to protrude into a cavity in the closing element.
  • one end of the lever arm, which protrudes into the cavity is designed in sections to bring about contact with the closing element.
  • the end of the lever arm has guide elements with guide surfaces that can come into contact with the closing element.
  • the utility model DE 202018 101 707 U1 also discloses a control device for an exhaust gas turbocharger, which has a closing element and a lever arm protruding into the closing element, the end of the lever arm having conical guide elements, which are formed opposite a contact surface of the closing element that is curved to bring about a slidable line contact , or vice versa.
  • the object of the present invention is to provide an improved control device for an exhaust gas routing section of an exhaust gas turbocharger.
  • a control device for an exhaust gas routing section of an exhaust gas turbocharger has a locking device comprising a locking element and an element lever, the locking device being pivotable about an axis of rotation.
  • the closing element is designed to open and close a first flow cross section of the exhaust gas guide section, the first flow cross section being formed in a partition wall located between a first spiral channel of the exhaust gas guide section and a second spiral channel of the exhaust gas guide section.
  • the exhaust gas routing section has a second flow cross section, which is assigned to a bypass channel formed in the exhaust gas routing section, which is designed to bypass an inflow of a turbine wheel formed in the exhaust gas routing section.
  • the closing element has a first element section for closing the first flow cross section and a second element section which can be used to close the second flow cross section.
  • the element lever has a lever end section designed to engage in a cavity of the closing element.
  • the closing element has a holding element which is firmly connected to it and which is at least partially encompassed by the lever end section.
  • the lever end section has a first contact surface and a second contact surface which is spaced axially from the first contact surface in relation to a longitudinal axis of the closing element, the first contact surface having an axially extending first partial surface and a radially extending second partial surface which can be Sub-areas formed third sub-area are connected to each other, wherein the sub-areas are formed a contact with the closing element executable, and wherein the sub-areas and a bottom of the closing element are formed flat.
  • the advantage is that the contact surface is as large as possible due to the three sub-surfaces, which are arranged differently relative to one another in relation to the longitudinal axis.
  • This contact surface which is as large as possible, results in a smaller surface pressure of the contacting components compared to a small contact surface, which leads to a reduction in wear or a reduction in wear.
  • Another advantage of the large contact surface is an increase in heat transfer from the closing element, which is heated due to the high exhaust gas temperatures, via the lever end section into the element lever and from there into the exhaust gas guide section, which has a higher heat absorption capacity than the closing element without significant changes in expansion.
  • a significantly improved control device is provided, the closing device of which is characterized by reduced wear and thus high operational reliability and a long service life, which is increased compared to the prior art. Furthermore, noise emissions are reduced.
  • a control device for an exhaust gas turbocharger is thus created overall, which, due to the shape of the control device, limits excessive movement of the closing element or a relative movement between the element lever and the closing element under the exhaust gas pressures and exhaust gas pulsations that occur, so that excessive friction between the closing element and the Element lever is avoided in the area of their, in particular axial contact surfaces.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a section along a sectional plane through an exhaust gas routing section of an exhaust gas turbocharger with a control device according to the prior art
  • Fig. 4 in a top view like the locking device. Fig. 2, and
  • FIG 5 shows a partial section of the closing device of the control device according to the invention in a third exemplary embodiment in the first relative position.
  • a wheel chamber not shown in detail, is formed, in which a turbine wheel, not shown in detail, is rotatably accommodated.
  • the exhaust gas guide section 1 is connected in the present embodiment with an exhaust manifold 6 of the internal combustion engine 7, so that the exhaust gas Internal combustion engine 7 can enter the spiral channels 4, 5 via the inlet channel 3 in order to act on the turbine wheel.
  • a control device 8 for separating and connecting the first spiral channel 4 and the second spiral channel 5 is arranged in the exhaust gas routing section 1.
  • the control device 8 has a closing device 9 comprising a closing element 10 and an element lever 11, the element lever 11 being designed for pivoting the closing element 10 by a pivoting angle.
  • the closing element 10 is arranged in a flow opening 12, which is designed so that the two spiral channels 4, 5 can flow through one another.
  • the closed position of the closing element 10 In a first position, the closed position of the closing element 10, as shown in FIG.
  • the exhaust gas of the internal combustion engine 7 flows through the two spiral channels 4 , 5 , with a first part of the exhaust gas flowing through the first spiral channel 4 and a second part of the exhaust gas flowing through the second spiral channel 5 .
  • the flow opening 12 is fully open and exhaust gas can flow from the first spiral channel 4 into the second spiral channel 5 and vice versa. That is, exhaust gas from the one spiral channel 4; 5 into the other spiral channel 5; 4 can overflow via the flow opening 12, which has a first flow cross section 13.
  • the closing element 10 is to be positioned between the first position and the second position in further intermediate positions, so that the first flow cross section 13 can be adapted to a corresponding need to achieve the best possible efficiency of the exhaust gas turbocharger 2 according to the exhaust gas quantity flowing through.
  • the closing element 10 is designed to have a pot-shaped outer contour 14 .
  • the closing element 10 has a first element section 15 for closing the first flow cross section 13 and a second element section 16 which can be used to close a second flow cross section 17 formed in the exhaust gas routing section 1 .
  • the second flow cross section 17 is provided for flow around the turbine wheel. In other words, this means that the exhaust gas flowing through the second flow cross section 17 is routed past the turbine wheel and the turbine wheel is not acted upon by the exhaust gas flowing through the second flow cross section 17 .
  • the second flow cross section 17 is formed in a bypass channel 18, which is also commonly referred to as a so-called wastegate channel.
  • the locking device 9 is designed to be pivotable about an axis of rotation 19 .
  • the closing element 10 of the control device 8 according to the invention shown in Figures 2 to 4 also has an approximately pot-shaped outer contour 14, with a pin-shaped holding element 21 extending along a longitudinal axis 22 of the closing element 10 being formed in a cavity 20 of the closing element 10.
  • the retaining element 21 is designed to receive the element lever 11 , a lever end section 23 of the element lever 11 being designed to extend into the cavity 20 and receiving the retaining element 21 in a through opening 24 formed in the lever end section 23 .
  • a movement gap 25 is formed between the retaining element 21 and the lever end section 23 in order to prevent the closing element 10 from jamming during operation of the exhaust gas turbocharger 2 .
  • the lever end section 23 has a first contact surface 26 and a second contact surface 27 which are formed opposite an inner wall 28 of the closing element 10 which delimits the cavity 20 .
  • the first contact surface 26 is spaced apart from the second contact surface 27 along the longitudinal axis 22 in order to reduce overall body contact between the lever end section 23 and the closing element 10, and thus to reduce wear between the element lever 11 and the closing element 10 reduced total body contact.
  • the first contact surface 26, which faces a bottom 29 of the inner wall 28, has an axially extending first partial surface 30 and a radially extending second partial surface 31, which are connected to one another by means of a third partial surface 32 formed between the two partial surfaces 30, 31. wherein the partial surfaces 30, 31, 32 are designed to be in contact with the inner wall 28 and thus with the closing element 10.
  • the first partial surface 30 and the third partial surface 32 are ring-shaped, with the third partial surface 32 being inclined relative to the longitudinal axis 22 of the closing element 10 .
  • a first partial section 33 of the lever end section 23, which has the first partial surface 30, is designed in the shape of a cylinder or a truncated cone, at least in relation to its outer contour.
  • a second partial section 34 of the lever end section 23, which has the second partial surface 31 and the third partial surface 32, is designed in the shape of a truncated cone, at least in relation to its outer contour, but a cone angle of the first partial section 33 should preferably be made smaller than a cone angle of the second partial section 34.
  • a first distance A1 of the third partial surface 32 from the longitudinal axis 22, which is formed on the second partial surface 31 is smaller than a second distance S2 of the third partial surface 32 from the longitudinal axis 22, which is formed on the first partial surface 30.
  • the second contact surface 27 is assigned to an element ring 35 of the lever end section 23 which serves to cover the cavity 20 .
  • the element ring 35 can have the second contact surface 27 inclined relative to the longitudinal axis 22 .
  • the contact surface 27 can be designed parallel to the longitudinal axis 22 .
  • the second contact surface 27 is spaced apart from the longitudinal axis 22 unequally to the first contact surface 26 .
  • the distance between the second contact surface 27 and the longitudinal axis 22 is greater than the distance between the first contact surface 26 and the longitudinal axis 22.
  • the inner wall 28 is quasi-complementary to the lever end section 23, in particular to the contact surfaces 26, 27, forming a further movement gap 36. In the present exemplary embodiment, it has a step 37 which can be used to limit a maximum tilting of the closing element 10 relative to the lever end section 23 .
  • FIG. 2 shows the closing device 9 of the control device 8 according to the invention in a first exemplary embodiment, being in a first relative position in which the closing element 10 and the lever end section 23 are positioned without tilting relative to one another.
  • 3 shows the closing device 9 of the control device 8 according to the invention in a second exemplary embodiment, being illustrated in a second relative position, showing a tilting of the closing element 10 relative to the lever end section 23 or vice versa.
  • the maximum tilting of the closing element 10 relative to the lever end section 23 should preferably not exceed 1.35°. So that this maximum tilting can be maintained, the first contact surface 26 has at least one first contact point 38 and one second contact point 39 which are spaced apart from one another axially and radially in relation to the longitudinal axis 22 . To further ensure maximum tilting, the second contact surface 27 has at least one third contact point 40 . Furthermore, the element ring 35 has at its transverse to ring surface 41 formed on the second contact surface 27 has a fourth contact point 42.
  • a locking element 43 is provided, which is positioned opposite the ring surface 41, wherein it is arranged on an element end 46 of the holding element 21 that faces away from a bottom 29 of the locking element 10.
  • FIG. 4 shows the locking device 9 according to FIG. 2 in a plan view.
  • a lever arm 44 of the element lever 11, which is designed to receive the lever end section 23, is curved at its end 45 designed to face the lever end section 23, so that stalls in flow are avoided or at least reduced.
  • the locking device 9 of the control device 8 according to the invention is shown in FIG. 5 in a third exemplary embodiment.
  • the third partial surface 32 is rounded.
  • the first contact surface 26 is achieved with the help of the three sub-surfaces 30, 31, 32, which are arranged differently in relation to the longitudinal axis 22.
  • a secure closing of the first flow cross section 13 and/or the second flow cross section 17 can also be achieved under different operating conditions.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung eines Abgasführungsabschnitts eines Abgasturboladers, mit einer um eine Drehachse (19) verschwenkbaren Schließeinrichtung (9) umfassend ein Schließelement (10) und einen Elementhebel (11), und wobei das Schließelement (10) zum Öffnen und Schließen eines ersten Strömungsquerschnitts (13) einer Flutenverbindung und eines zweiten Strömungsquerschnitts (17) eines Umgehungskanals des Abgasführungsabschnitts (1) ausgebildet ist, und wobei das Schließelement (10) einen ersten Elementabschnitt (15) zur Schließung des ersten Strömungsquerschnitts (13) und einen zweiten Elementabschnitt (16) aufweist, welcher zur Schließung des zweiten Strömungsquerschnitts (17) nutzbar ist, und wobei der Elementhebel (11) einen in einen Hohlraum (20) des Schließelementes (10) eingreifend ausgebildeten Hebelendabschnitt (23) aufweist, und wobei das Schließelement (10) ein mit ihm fest verbundenes Halteelement (21) vom Hebelendabschnitt (23) umfasst aufweist, und wobei die Teilflächen (30, 31, 32) und ein Boden (29) des Schließelementes (10) eben ausgebildet sind. Erfindungsgemäß weist der Hebelendabschnitt (23) eine erste Kontaktfläche (26) und eine bezogen auf eine Längsachse (22) des Schließelementes (10) axial von der ersten Kontaktfläche (26) beabstandete zweite Kontaktfläche (27) auf, wobei die erste Kontaktfläche (26) eine sich axial erstreckende erste Teilfläche (30) und eine sich radial erstreckende zweite Teilfläche (31) aufweist, die mit Hilfe einer zwischen beiden Teilflächen (30, 31) ausgebildeten dritten Teilfläche (32) miteinander verbunden sind, wobei die Teilflächen (30, 31, 32) einen Kontakt mit dem Schließelement (10) ausführbar ausgebildet sind.

Description

Regelvorrichtung eines Abgasführungsabschnitts eines Abgasturboladers
Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung eines Abgasführungsabschnitts eines Abgasturboladers der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
Abgasführungsabschnitte für Abgasturbolader, welche eine Regelvorrichtung zur Regelung eines den Abgasführungsabschnitt durchströmenden Fluids, im Allgemeinen Abgas, aufweisen, sind bekannt. Die Regelvorrichtung ist zum Öffnen und Schließen eines Umgehungskanals im durchströmbaren Abgasführungsabschnitt zur Umgehung eines im Abgasführungsabschnitt in einer Radkammer des Abgasführungsabschnitts drehbar angeordneten Turbinenrades des Abgasführungsabschnitts vorgesehen. Des Weiteren kann mit der Regelvorrichtung eine zwischen zwei Spiralkanälen des Abgasführungsabschnitts ausgebildete Durchströmöffnung geöffnet oder geschlossen werden, damit eine Überströmung des Abgases von einem Spiralkanal in den anderen und vice versa möglich ist.
Mit Hilfe einer derartigen Regelvorrichtung ist es möglich in bestimmten Betriebspunkten des Abgasturboladers, insbesondere in Betriebspunkten, welche große Strömungsmengen aufweisen, das Turbinenrad vollständig oder teilweise zu umgehen, so dass ein effizienter Betrieb des Abgasturboladers ermöglicht ist. Der effiziente Betrieb des Abgasturboladers ist abhängig von einer bestimmten Öffnungscharakteristik der Regelvorrichtung, welche den Erfordernissen eines mit dem Abgasturbolader verbundenen Antriebsaggregates, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine, angepasst auszubilden ist.
Die Regelvorrichtung weist mehrere Bauteile auf, welche miteinander verbunden sind, wobei auch relative Bewegungen einzelner Bauteile zueinander möglich sind. So weist ein Schließelement der Regelvorrichtung, welches zum Schließen des Umgehungskanals und/oder der Durchströmöffnung vorgesehen ist, zu einem zur Bewegung des Schließelementes ausgebildeten Hebelarm der Regelvorrichtung, der das Schließelement an einem Ende aufnimmt, eine relativ zum Hebelarm mögliche Bewegbarkeit auf. Diese mögliche Bewegbarkeit ist notwendig, damit bspw. bei einem Verschwenken des Hebelarms mit dem Schließelement ein Verklemmen im Abgasführungsabschnitt vermieden werden kann. Die relative Bewegbarkeit der beiden Bauteile zueinander bedingt im Betrieb des Abgasturboladers einen Verschleiß der Regelvorrichtung, den es zumindest zu reduzieren gilt.
So kann der Offenlegungsschrift DE 102017202 132 A1 eine Regelvorrichtung eines Abgasturboladers entnommen werden, welche ein Schließelement aufweist, das an einem Hebelarm der Regelvorrichtung aufgenommen ist. Der Hebelarm ist in einen Hohlraum des Schließelementes hineinragend ausgeführt. Zur Reduzierung des Verschleißes ist ein Ende des Hebelarms, welches in den Hohlraum hineinragt, abschnittsweise zur Herbeiführung eines Kontaktes mit dem Schließelement ausgeführt. Hierzu weist das Ende des Hebelarms Führungselemente mit Führungsflächen auf, die in Kontakt mit dem Schließelement kommen können.
Die Gebrauchsmusterschrift DE 202018 101 707 U1 offenbart ebenfalls eine Regelvorrichtung eines Abgasturboladers, welche ein Schließelement und einen in das Schließelement hineinragenden Hebelarm aufweist, wobei das Ende das Hebelarms konisch ausgebildete Führungselemente aufweist, welche einer zur Herbeiführung eines gleitfähigen Linienkontaktes gekrümmten Kontaktfläche des Schließelementes gegenüberliegend ausgebildet sind, oder vice versa.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine verbesserte Regelvorrichtung eines Abgasführungsabschnitts eines Abgasturboladers bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Regelvorrichtung eines Abgasführungsabschnitts eines Abgasturboladers mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Eine erfindungsgemäße Regelvorrichtung eines Abgasführungsabschnitts eines Abgasturboladers weist eine Schließeinrichtung umfassend ein Schließelement und einen Elementhebel auf, wobei die Schließeinrichtung um eine Drehachse verschwenkbar ist. Das Schließelement ist zum Öffnen und Schließen eines ersten Strömungsquerschnitts des Abgasführungsabschnitts ausgebildet, wobei der erste Strömungsquerschnitt in einer zwischen einem ersten Spiralkanal des Abgasführungsabschnitts und einem zweiten Spiralkanal des Abgasführungsabschnitts liegenden Trennwand ausgebildet ist. Der Abgasführungsabschnitt weist einen zweiten Strömungsquerschnitt auf, welcher einem im Abgasführungsabschnitt ausgebildeten Umgehungskanal zugeordnet ist, welcher zur Umgehung einer Anströmung eines im Abgasführungsabschnitt ausgebildeten Turbinenrades ausgeführt ist. Das Schließelement weist einen ersten Elementabschnitt zur Schließung des ersten Strömungsquerschnitts und einen zweiten Elementabschnitt auf, welcher zur Schließung des zweiten Strömungsquerschnitts nutzbar ist. Der Elementhebel weist einen in einen Hohlraum des Schließelementes eingreifend ausgebildeten Hebelendabschnitt auf. Das Schließelement besitzt ein mit ihm fest verbundenes Halteelement, das zumindest teilweise vom Hebelendabschnitt umfasst ist. Erfindungsgemäß weist der Hebelendabschnitt eine erste Kontaktfläche und eine bezogen auf eine Längsachse des Schließelementes axial von der ersten Kontaktfläche beabstandete zweite Kontaktfläche auf, wobei die erste Kontaktfläche eine sich axial erstreckende erste Teilfläche und eine sich radial erstreckende zweite Teilfläche aufweist, die mit Hilfe einer zwischen beiden Teilflächen ausgebildeten dritten Teilfläche miteinander verbunden sind, wobei die Teilflächen einen Kontakt mit dem Schließelement ausführbar ausgebildet sind, und wobei die Teilflächen und ein Boden des Schließelementes eben ausgebildet sind.
Der Vorteil ist die Herbeiführung einer möglichst großen Kontaktfläche aufgrund der drei Teilflächen, die relativ zueinander bezogen auf die Längsachse unterschiedlich angeordnet sind. Aus dieser möglichst großen Kontaktfläche resultiert eine im Vergleich zu einer kleinen Kontaktfläche kleinere Flächenpressung der sich kontaktierenden Bauteile, die zu einer Verschleißminderung, bzw. einer Verschleißreduzierung führt. Ein weiterer Vorteil der großen Kontaktfläche ist eine Erhöhung eines Wärmeübertrages des aufgrund der hohen Abgastemperaturen erwärmten Schließelementes über den Hebelendabschnitt in den Elementhebel, und von dort in den Abgasführungsabschnitt, welcher eine höhere Wärmeaufnahmekapazität ohne wesentliche Ausdehnungsänderungen besitzt als das Schließelement.
Somit ist eine gegenüber dem Stand der Technik wesentlich verbesserte Regelvorrichtung bereitgestellt, deren Schließeinrichtung sich durch einen reduzierten Verschleiß und somit durch eine hohe Betriebssicherheit und eine hohen, gegenüber dem Stand der Technik gesteigerten Lebensdauer auszeichnet. Des Weiteren ist eine Geräuschemission reduziert.
Es ist somit insgesamt eine Regelvorrichtung für einen Abgasturbolader geschaffen, die aufgrund der Form der Regelvorrichtung unter den auftretenden Abgasdrücken und Abgaspulsationen eine übermäßige Bewegung des Schließelementes bzw. eine Relativbewegung zwischen dem Elementhebel und dem Schließelement, begrenzen, damit eine übermäßige Reibung zwischen dem Schließelement und dem Elementhebel im Bereich ihrer, insbesondere axialer Kontaktflächen vermieden ist.
Sollte dennoch an den axialen Kontaktflächen ein Verschleiß eingetreten sein, führt dies zu einem Kontakt zwischen geneigt ausgebildeten Flächen, insbesondere konisch ausgebildeten Flächen, wodurch die Kontaktflächen vergrößert sind und ein weiterer Verschleiß gestoppt oder zumindest verlangsamt wird, ebenso aufgrund einer dadurch auch herbeigeführten weiteren Begrenzung der Relativbewegung. Die radial ausgebildeten Kontaktflächen der beiden Bauteile begrenzen eine Taumelbewegung des Schließelementes, die durch die Abgaspulsation herbeigeführt wird.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Gleichen oder funktionsgleichen Elementen sind identische Bezugszeichen zugeordnet. Es zeigen:
Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht einen Schnitt entlang einer Schnittebene durch einen Abgasführungsabschnitt eines Abgasturboladers mit einer Regelvorrichtung gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 2 in einem Teilschnitt eine Schließeinrichtung einer erfindungsgemäßen Regelvorrichtung in einer ersten Relativposition,
Fig. 3 in einem Teilschnitt die Schließeinrichtung der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung in einem zweiten Ausführungsbeispiel in einer zweiten Relativposition,
Fig. 4 in einer Draufsicht die Schließeinrichtung gern. Fig. 2, und
Fig. 5 in einem Teilschnitt die Schließeinrichtung der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung in einem dritten Ausführungsbeispiel in der ersten Relativposition.
Ein gemäß Fig. 1 ausgebildeter erfindungsgemäßer durchströmbarer Abgasführungsabschnitt 1 eines Abgasturboladers 2, umfasst einen Eintrittskanal 3 zum Eintritt einer Fluidströmung in den Abgasführungsabschnitt 1, im Allgemeinen Abgas einer Verbrennungskraftmaschine 7, einen ersten Spiralkanal 4 und einen zweiten Spiralkanal 5 stromab des Eintrittskanals 3 zur Konditionierung der Strömung und einen nicht näher dargestellten Austrittskanal stromab der Spiralkanäle 4, 5, über welchen das Abgas aus dem Abgasführungsabschnitt 1 gezielt entweichen kann. Zwischen den Spiralkanälen 4, 5 und dem Austrittskanal ist eine nicht näher dargestellte Radkammer ausgebildet, in welcher ein nicht näher dargestelltes Turbinenrad drehbar aufgenommen ist.
Der Abgasführungsabschnitt 1 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einem Abgaskrümmer 6 der Verbrennungskraftmaschine 7 verbunden, so dass das Abgas der Verbrennungskraftmaschine 7 über den Eintrittskanal 3 in die Spiralkanäle 4, 5 eintreten kann um das Turbinenrad zu beaufschlagen.
Zur Anpassung eines Betriebsverhaltens des Abgasturboladers 2 an die Fluidströmung der Verbrennungskraftmaschine 7, und somit an die Verbrennungskraftmaschine 7, ist im Abgasführungsabschnitt 1 eine Regelvorrichtung 8 zur Trennung und zur Verbindung des ersten Spiralkanals 4 und des zweiten Spiralkanals 5 angeordnet. Die Regelvorrichtung 8 weist eine Schließeinrichtung 9 umfassend ein Schließelement 10 und einen Elementhebel 11 auf, wobei der Elementhebel 11 zur Verschwenkung des Schließelementes 10 um einen Verschwenkwinkel ausgeführt ist.
Zur Trennung und zur Verbindung der beiden Spiralkanäle 4, 5 ist das Schließelement 10 in einer Durchströmöffnung 12, welche die beiden Spiralkanäle 4, 5 miteinander durchströmbar ausgebildet ist, angeordnet.
In einer ersten Position, der Schließposition des Schließelementes 10, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, sind die beiden Spiralkanäle 4, 5 vollständig voneinander getrennt durchströmbar, wobei die Durchströmöffnung 12 mit Hilfe des Schließelementes 10 vollständig geschlossen ist. Das Abgas der Verbrennungskraftmaschine 7 durchströmt die beiden Spiralkanäle 4, 5, wobei ein erster Teil des Abgases den ersten Spiralkanal 4 und ein zweiter Teil des Abgases den zweiten Spiralkanal 5 durchströmt.
In einer zweiten Position des Schließelementes 10, welche nicht näher abgebildet ist, ist die Durchströmöffnung 12 vollständig geöffnet und Abgas kann aus dem ersten Spiralkanal 4 in den zweiten Spiralkanal 5 überströmen und vice versa. D. h., dass Abgas von dem einen Spiralkanal 4; 5 in den anderen Spiralkanal 5; 4 über die Durchströmöffnung 12, welche einen ersten Strömungsquerschnitt 13 aufweist, überströmen kann.
Das Schließelement 10 ist zwischen der ersten Position und der zweiten Position in weitere Zwischenpositionen zu positionieren, so dass der erste Strömungsquerschnitt 13 einem entsprechenden Bedarfsfall zur Erzielung eines gemäß der durchströmenden Abgasmenge bestmöglichen Wirkungsgrades des Abgasturboladers 2 anpassbar ist. Zur Herbeiführung einer zu bevorzugenden Öffnung des ersten Strömungsquerschnitts 13 ist das Schließelement 10 eine topfformartige Außenkontur 14 aufweisend ausgestaltet.
Das Schließelement 10 besitzt einen ersten Elementabschnitt 15 zur Schließung des ersten Strömungsquerschnitts 13 und einen zweiten Elementabschnitt 16, welcher zur Schließung eines im Abgasführungsabschnitt 1 ausgebildeten zweiten Strömungsquerschnitts 17 nutzbar ist.
Der zweite Strömungsquerschnitt 17 ist zur Umströmung des Turbinenrades vorgesehen. Das heißt mit anderen Worten, dass das durch den zweiten Strömungsquerschnitt 17 strömende Abgas am Turbinenrad vorbei geleitet wird und das Turbinenrad nicht von diesem durch den zweiten Strömungsquerschnitt 17 strömenden Abgas beaufschlagt wird. Der zweite Strömungsquerschnitt 17 ist in einem Umgehungskanal 18 ausgebildet, welcher auch üblicherweise als so genannter Wastegatekanal bezeichnet wird. Die Schließeinrichtung 9 ist um eine Drehachse 19 verschwenkbar ausgeführt.
Das in den Figuren 2 bis 4 abgebildete Schließelement 10 der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung 8 besitzt ebenfalls eine annähernd topfformartige Außenkontur 14, wobei in einem Hohlraum 20 des Schließelementes 10 ein stiftförmiges Halteelement 21 sich entlang einer Längsachse 22 des Schließelementes 10 erstreckend ausgebildet ist.
Das Halteelement 21 ist zur Aufnahme des Elementhebels 11 ausgebildet, wobei ein Hebelendabschnitt 23 des Elementhebels 11 sich in den Hohlraum 20 erstreckend ausgeführt ist und das Halteelement 21 in einer im Hebelendabschnitt 23 ausgebildeten Durchgangsöffnung 24 aufnimmt. Das heißt mit anderen Worten, dass das Schließelement 10 das mit ihm fest verbundene Halteelement 21 vom Hebelendabschnitt 23 umfasst aufweist. Zur Vermeidung eines Verklemmens des Schließelementes 10 im Betrieb des Abgasturboladers 2 ist zwischen dem Halteelement 21 und dem Hebelendabschnitt 23 ein Bewegungsspalt 25 ausgebildet.
Der Hebelendabschnitt 23 weist eine erste Kontaktfläche 26 und eine zweite Kontaktfläche 27 auf, welche einer Innenwandung 28 des Schließelementes 10, die den Hohlraum 20 begrenzt, gegenüberliegend ausgebildet sind. Die erste Kontaktfläche 26 ist von der zweiten Kontaktfläche 27 entlang der Längsachse 22 beabstandet ausgeführt zur Reduzierung eines Gesamtkörperkontaktes zwischen dem Hebelendabschnitt 23 und dem Schließelement 10, und somit zur Reduzierung des Verschleißes zwischen dem Elementhebel 11 und dem Schließelement 10. Ebenso kann dadurch eine Geräuschemission aufgrund eines reduzierten Gesamtkörperkontaktes reduziert werden.
Die erste Kontaktfläche 26, welche einem Boden 29 der Innenwandung 28 zugewandt ausgeführt ist, besitzt eine sich axial erstreckende erste Teilfläche 30 und eine sich radial erstreckende zweite Teilfläche 31, die mit Hilfe einerzwischen beiden Teilflächen 30, 31 ausgebildeten dritten Teilfläche 32 miteinander verbunden sind, wobei die Teilflächen 30, 31, 32 einen Kontakt mit der Innenwandung 28 und somit mit dem Schließelement 10 ausführbar ausgebildet sind. Die erste Teilfläche 30 und die dritte Teilfläche 32 sind ringförmig ausgebildet, wobei die dritte Teilfläche 32 gegenüber der Längsachse 22 des Schließelementes 10 geneigt ausgebildet ist.
Ein erster Teilabschnitt 33 des Hebelendabschnitts 23, welcher die erste Teilfläche 30 aufweist, ist zumindest bezogen auf seine Außenkontur zylinderförmig oder kegelstumpfförmig ausgebildet. Ein zweiter Teilabschnitt 34 des Hebelendabschnitts 23, welcher die zweite Teilfläche 31 und die dritte Teilfläche 32 aufweist, ist zumindest bezogen auf seine Außenkontur kegelstumpfförmig ausgeführt, wobei jedoch bevorzugt ein Kegelwinkel des ersten Teilabschnitts 33 kleiner zu gestalten ist als ein Kegelwinkel des zweiten Teilabschnitts 34. Somit ist ein erster Abstand A1 der dritten Teilfläche 32 von der Längsachse 22, welcher an der zweiten Teilfläche 31 ausgebildet ist, kleiner ausgebildet ist als ein zweiter Abstand S2 der dritten Teilfläche 32 von der Längsachse 22, welche an der ersten Teilfläche 30 ausgebildet ist. Die zweite Kontaktfläche 27 ist einem Elementring 35 des Hebelendabschnitts 23 zugeordnet, welche einer Bedeckung des Hohlraumes 20 dient. Der Elementring 35 kann die zweite Kontaktfläche 27 gegenüber der Längsachse 22 geneigt aufweisen. Ebenso kann die Kontaktfläche 27 parallel zur Längsachse 22 ausgeführt sein.
Die zweite Kontaktfläche 27 ist von der Längsachse 22 ungleich der ersten Kontaktfläche 26 beanstandet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Abstand der zweiten Kontaktfläche 27 von der Längsachse 22 größer als der Abstand der ersten Kontaktfläche 26 von der Längsachse 22.
Die Innenwandung 28 ist quasi komplementär um Hebelendabschnitt 23, insbesondere zu den Kontaktflächen 26, 27 unter Ausbildung eines weiteren Bewegungsspaltes 36 ausgebildet. Sie weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Stufe 37 auf, welche zur Begrenzung einer maximalen Verkippung des Schließelementes 10 relativ zum Hebelendabschnitt 23 genutzt werden kann.
In Fig. 2 ist die Schließeinrichtung 9 der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung 8 in einem ersten Ausführungsbeispiel abgebildet, wobei sie in einer ersten Relativposition, in der das Schließelement 10 und der Hebelendabschnitt 23 ohne relative Verkippung zueinander positioniert sind. In Fig. 3 ist die Schließeinrichtung 9 der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung 8 in einem zweiten Ausführungsbeispiel abgebildet, wobei sie in einer zweiten Relativposition, eine Verkippung des Schließelementes 10 relativ zum Hebelendabschnitt 23 oder vice versa aufweisend, illustriert ist.
Die maximale Verkippung des Schließelementes 10 relativ zum Hebelendabschnitt 23 soll bevorzugt 1,35° nicht übersteigen. Damit diese maximale Verkippung eingehalten werden kann, weist die erste Kontaktfläche 26 zumindest einen ersten Kontaktpunkt 38 und einen zweiten Kontaktpunkt 39 auf, die axial und radial bezogen auf die Längsachse 22 voneinander beabstandet ausgebildet sind. Zur weiteren Sicherung der maximalen Verkippung weist die zweite Kontaktfläche 27 zumindest einen dritten Kontaktpunkt 40 auf. Des Weiteren besitzt der Elementring 35 an seiner quer zur zweiten Kontaktfläche 27 ausgebildeten Ringoberfläche 41 einen vierten Kontaktpunkt 42.
Zur gesicherten Verbindung des Schließelementes 10 mit dem Hebelendabschnitt 23 ist ein Sicherungselement 43 vorgesehen, welches der Ringoberfläche 41 gegenüberliegend positioniert ist, wobei es an einem von einem Boden 29 des Schließelementes 10 abgewandt ausgebildeten Elementende 46 des Halteelementes 21 angeordnet ist.
In Fig. 4 ist in einer Draufsicht die Schließeinrichtung 9 gemäß Fig. 2 abgebildet. Ein Hebelarm 44 des Elementhebels 11, weicher den Hebelendabschnitt 23 aufnehmend ausbildet ist, ist an seinem dem Hebelendabschnitt 23 zugewandt ausgebildeten Ende 45 gekrümmt ausgeführt, damit Strömungsabrisse vermieden oder zumindest reduziert werden.
Die Schließeinrichtung 9 der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung 8 ist in Fig. 5 in einem dritten Ausführungsbeispiel abgebildet. Die dritte Teilfläche 32 ist abgerundet ausgeführt.
Die erste Kontaktfläche 26 ist erzielt mit Hilfe der drei Teilflächen 30, 31, 32, die bezogen auf die Längsachse 22 unterschiedlich angeordnet sind. Somit ist ein gesichertes Schließen des ersten Strömungsquerschnitts 13 und/oder des zweiten Strömungsquerschnitts 17 auch bei unterschiedlichen Betriebskonditionen zu erzielen.
Bezugszeichenliste
1 Abgasführungsabschnitt
2 Abgasturbolader
3 Eintrittskanal
4 Erster Spiralkanal
5 Zweiter Spiralkanal
6 Abgaskrümmer
7 Verbrennungskraftmaschine
8 Regelvorrichtung
9 Schließeinrichtung
10 Schließelement
11 Elementhebel
12 Durchströmöffnung
13 Erster Strömungsquerschnitt
14 Außenkontur
15 Erster Elementabschnitt
16 Zweiter Elementabschnitt
17 Zweiter Strömungsquerschnitt
18 Umgehungskanal
19 Drehachse
20 Hohlraum
21 Halteelement
22 Längsachse
23 Hebelendabschnitt
24 Durchgangsöffnung
25 Bewegungsspalt
26 Erste Kontaktfläche
27 Zweite Kontaktfläche
28 Innenwandung
29 Boden
30 Erste Teilfläche
31 Zweite Teilfläche
32 Dritte Teilfläche 33 Erster Teilabschnitt
34 Zweiter Teilabschnitt
35 Elementring
36 Weiterer Bewegungsspalt
37 Stufe
38 Erster Kontaktpunkt
39 Zweiter Kontaktpunkt
40 Dritter Kontaktpunkt
41 Ringoberfläche
42 Vierter Kontaktpunkt
43 Sicherungselement
44 Hebelarm
45 Ende
46 Elementende
A1 Erster Abstand
A2 Zweiter Abstand

Claims

Patentansprüche
1. Regelvorrichtung eines Abgasführungsabschnitts eines Abgasturboladers, wobei die Regelvorrichtung (8) eine Schließeinrichtung (9) umfassend ein Schließelement (10) und einen Elementhebel (11) aufweist, wobei die Schließeinrichtung (9) um eine Drehachse (19) verschwenkbar ist, und wobei das Schließelement (10) zum Öffnen und Schließen eines ersten Strömungsquerschnitts (13) des Abgasführungsabschnitts (1) ausgebildet ist, wobei der erste Strömungsquerschnitt (13) in einer zwischen einem ersten Spiralkanal (4) des Abgasführungsabschnitts (1) und einem zweiten Spiralkanal (5) des Abgasführungsabschnitts (1) liegenden Trennwand ausgebildet ist, und wobei der Abgasführungsabschnitt (1) einen zweiten Strömungsquerschnitt (17) aufweist, welcher einem im Abgasführungsabschnitt (1) ausgebildeten Umgehungskanal (18) zugeordnet ist, welcher zur Umgehung einer Anströmung eines im Abgasführungsabschnitt (1) ausgebildeten Turbinenrades ausgeführt ist, und wobei das Schließelement (10) einen ersten Elementabschnitt (15) zur Schließung des ersten Strömungsquerschnitts (13) und einen zweiten Elementabschnitt (16) aufweist, welcher zur Schließung des zweiten Strömungsquerschnitts (17) nutzbar ist, und wobei der Elementhebel (11) einen in einen Hohlraum (20) des Schließelementes (10) eingreifend ausgebildeten Hebelendabschnitt (23) aufweist, und wobei das Schließelement (10) ein mit ihm fest verbundenes Halteelement (21) vom Hebelendabschnitt (23) umfasst aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebelendabschnitt (23) eine erste Kontaktfläche (26) und eine bezogen auf eine Längsachse (22) des Schließelementes (10) axial von der ersten Kontaktfläche (26) beabstandete zweite Kontaktfläche (27) aufweist, wobei die erste Kontaktfläche (26) eine sich axial erstreckende erste Teilfläche (30) und eine sich radial erstreckende zweite Teilfläche (31) aufweist, die mit Hilfe einer zwischen beiden Teilflächen (30, 31) ausgebildeten dritten Teilfläche (32) miteinander verbunden sind, wobei die Teilflächen (30, 31 , 32) einen Kontakt mit dem Schließelement (10) ausführbar ausgebildet sind, und wobei die Teilflächen (30, 31, 32) und ein Boden (29) des Schließelementes (10) eben ausgebildet sind.
2. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Teilfläche (30) und die dritte Teilfläche (32) ringförmig ausgebildet sind.
3. Regelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Teilfläche (32) gegenüber der Längsachse (22) geneigt ausgebildet ist.
4. Regelvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Abstand (A1) der dritten Teilfläche (32) von der Längsachse (22), welcher an der zweiten Teilfläche (31) ausgebildet ist, kleiner ausgebildet ist als ein zweiter Abstand (A2) der dritten Teilfläche (32) von der Längsachse (22), welche an der ersten Teilfläche (30) ausgebildet ist.
5. Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kontaktfläche (27) von der Längsachse (22) ungleich der ersten Kontaktfläche (26) beabstandet ist.
6. Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine den Hohlraum (20) begrenzende Innenwandung (28) zumindest eine Stufe (37) aufweist.
7. Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Schließelement (10) und dem Hebelendabschnitt (23) bei einer maximalen Verkippung des Schließelements (10) relativ zum Hebelendabschnitt (23) die erste Kontaktfläche (26) zumindest einen ersten Kontaktpunkt (38) und einen zweiten Kontaktpunkt (39) aufweist, die axial und radial bezogen auf die Längsachse (22) voneinander beabstandet ausgebildet sind.
8. Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Schließelement (10) und dem Hebelendabschnitt (23) bei einer maximalen Verkippung des Schließelements (10) relativ zum Hebelendabschnitt (23) die zweite Kontaktfläche (27) zumindest einen dritten Kontaktpunkt (40) aufweisend ausgebildet ist.
9. Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Elementring (35) des Hebelendabschnitts (23), welcher die zweite Kontaktfläche (27) aufweist, an seiner quer zur zweiten Kontaktfläche (27) ausgebildeten Ringoberfläche (41) zur Herbeiführung eines vierten Kontaktpunktes (42) ausgebildet ist.
10. Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (21) ein Sicherungselement (43) aufweist, welches an seinem von einem Boden (29) des Schließelementes (10) abgewandt ausgebildeten Elementende (46) angeordnet ist.
11. Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hebelarm (44) des Elementhebels (11), weicher den Hebelendabschnitt (23) aufnehmend ausgebildet ist, an seinem dem Hebelendabschnitt (23) zugewandt ausgebildeten Ende (45) gekrümmt ausgeführt ist.
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