DE102008031738A1

DE102008031738A1 - Schubumluftventil

Info

Publication number: DE102008031738A1
Application number: DE102008031738A
Authority: DE
Inventors: Janusz Zurke; Alvito Fernandes
Original assignee: Pierburg GmbH
Current assignee: Pierburg GmbH
Priority date: 2008-07-04
Filing date: 2008-07-04
Publication date: 2010-01-07

Abstract

Schubumluftventil für Brennkraftmaschinen mit einem Turbolader, wobei das Schubumluftventil in einem Bypasskanal zwischen einer Druckseite und einer Ansaugseite einer Ladedruckpumpe des Turboladers angeordnet ist, mit einem Gehäuse, das eine elektromagnetische Antriebseinheit und eine darin bewegliche Ventileinheit, die im Wesentlichen aus einer Ventilstange und einem sich daran anschließenden Ventilverschlusskörper mit einem kreisrunden Abdichtelement besteht, aufweist, wobei Mittel vorgesehen sind, die die bewegliche Ventileinheit in unbestromtem Zustand in Schließrichtung halten, wobei mindestens eine Druckausgleichsöffnung an der beweglichen Ventileinheit vorgesehen ist und wobei zwischen der beweglichen Ventileinheit und dem Gehäuse eine Dichtfläche und ein Dichtungsorgan vorgesehen sind, die bewegliche Ventileinheit (12) oder das Gehäuse (10) derart ausgebildet ist, dass das Dichtungsorgan (25, 31) und die Dichtfläche (28, 32) lediglich in Schließrichtung in Wirkverbindung stehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schubumluftventil für Brennkraftmaschinen mit einem Turbolader, wobei das Schubumluftventil in einem Bypasskanal zwischen einer Druckseite und einer Ansaugseite einer Ladedruckpumpe des Turboladers angeordnet ist, mit einem Gehäuse, das eine elektromagnetische Antriebseinheit und eine darin bewegliche Ventileinheit, die im wesentlichen aus einer Ventilstange und einer sich daran anschließenden Ventilverschlusskörper mit einem kreisrunden Abdichtelement besteht, aufweist, wobei Mittel vorgesehen sind, die die bewegliche Ventileinheit im unbestromten Zustand in Schließstellung halten, wobei mindestens eine Druckausgleichsöffnung an der beweglichen Ventileinheit vorgesehen ist und wobei zwischen der beweglichen Ventileinheit und dem Gehäuse eine Dichtfläche und ein Dichtungsorgan vorgesehen sind.
Ein derartiges Schubumluftventil ist insbesondere aus der WO 2007/048828 A1 bekannt. Die Verbindung zwischen der Druckseite und der Ansaugseite einer Ladedruckpumpe eines Turboladers durch eine Bypassleitung wird für den Übergang von einer hohen Last in den Schubbetrieb der Brennkraftmaschine benötigt, um eine hohe Förderung der Ladedruckpumpe gegen eine geschlossene Drosselklappe und den daraus entstehenden Pumpeffekt so wie ein zu starkes plötzliches Absenken der Turbodrehzahl mit den Folgen thermodynamischer Probleme zu verhindern. Das in der WO 2007/048828 A1 beschriebene Schubumluftventil weist darüber hinaus Druckausgleichsbohrungen auf, die gewährleisten, dass sich trotz des Differenzdrucks zwischen Druck- und Ansaugseite der Ladedruckpumpe ein Druckgleichgewicht in Schließstellung am Ventilverschlusskörper einstellt. Dabei wird die bewegliche Ventileinheit gegenüber dem Gehäuse durch ein Radialdichtring abgedichtet, der im Gehäuse angeordnet ist und mit einer im Wesentlichen zylindrischen Dichtfläche der beweglichen Ventileinheit zusammen wirkt. Diese Form der Abdichtung bewirkt aber bei den Öffnungs- und Schließbewegungen Reibungsverluste und einen damit verbundenen höheren Kraftaufwand und Verschleiß. Des Weiteren ist es beispielsweise aus der DE 100 20 041 C2 bekannt, die Abdichtung durch eine Membrane, die einerseits mit dem Gehäuse und andererseits mit der beweglichen Ventileinheit verbunden ist, zu gewährleisten. Diese Ausführungsform weist jedoch den Nachteil auf, dass, je nach Ausführung der Membrane, entweder nur der Kanal zur Ansaugseite oder der Kanal zur Druckseite als Ventilsitz genutzt werden kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Schubumluftventil zu verschaffen, das die oben genannten Nachteile vermeidet.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die bewegliche Ventileinheit oder das Gehäuse derart ausgebildet sind, das das Dichtungsorgan und die Dichtfläche lediglich in Schließstellung in Wirkverbindung stehen.
Ein derartig ausgeführtes Schubumluftventil weist während der Öffnungs- und Schließbewegung des beweglichen Ventilteils keine Reibungsverluste auf. Ein Verschleiß des Dichtungsorgans aufgrund der Reibung kann damit ausgeschlossen werden. Auch ist der Kraftaufwand während der Öffnungs- und Schließbewegung wesentlich geringer als beim nachteiligen Stand der Technik. Eine mögliche Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass das Dichtungsorgan fest im Gehäuse angeordnet ist, und die bewegliche Ventileinheit einen Dichtsitz und eine sich daran anschließende Aussparung aufweist. Bei einer alternativen Ausführung der Erfindung kann das Dichtungsorgan fest an der beweglichen Ventileinheit angeordnet sein, wobei das Gehäuse einen Dichtsitz aufweist. Dabei ist es besonders vorteilhaft wenn der Ventilverschlusskörper und das Dichtungsorgan einstückig ausgebildet sind. Auch kann das Dichtungsorgan als zum Dichtsitz gewölbter Dichtring ausgebildet sein, damit sich bei zunehmendem Ankerhub die Anlagefläche vergrößern kann.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend beschrieben.
Die Zeichnung zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einem Turbolader,
2 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schubumluftventils,
3 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schubumluftventils, und
4 eine Schnittansicht einer abgewandelten Ausführungsform des Ventilverschlusskörpers aus 3.
1 zeigt die schematische Darstellung einer nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine mit einem Turbolader 1. Über eine Ansaugleitung 2 wird Umgebungsluft angesaugt und durch den Verdichter 3, der durch eine abgasseitige Turbine angetrieben wird, verdichtet und nachfolgend dem Brennraum der Brennkraftmaschine zugeführt. Über die Abgasleitung 6 und die Turbine 4 wird das Abgas dann aus dem Brennraum 5 abgeführt. Die Regelung der den Brennraum 5 zuzuführenden Ansaugluft findet durch eine Drosselklappe 7 statt. Um bei einer schnell schließenden Drosselklappe, beispielsweise ausgelöst durch plötzliches Abbremsen, einen Pump-Effekt des weiter drehenden Turboladers gegen die geschlossene Drosselklappe 7 zu verhindern, ist auf bekannte Weise eine Bypassleitung 8 mit einem Schubumluftventil 9 vorgesehen. Über diese Bypassleitung 8 kann verdichtete Ansaugluft wieder in den Bereich der Ansaugleitung 2 vor dem Verdichter 3 zurückgeführt werden.
2 zeigt nun ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schubumluftventils 9 im Schnitt. Im vorliegenden Beispiel kann das Schubumluftventil 9 direkt an ein Gehäuse der Ladedruckpumpe 3 angeflanscht werden. Das Schubumluftventil trennt dabei eine Druckseite von der Ansaugseite der Ladedruckpumpe 3. Wird nun die Brennkraftmaschine beispielsweise aufgrund einer gefährlichen Verkehrssituation, plötzlich abgebremst und die Drosselklappe 7 geschlossen, wird die Druckseite mit der Ansaugseite verbunden, um aufgeladene Luft zur Ansaugseite der Ladedruckpumpe 3 zurückzuführen, und damit den sogenannten „Aufpump-Effekt”, der bei einer geschlossenen Drosselklappe 7 auftreten kann, zu vermeiden.
Das erfindungsgemäße Schubumluftventil 9 besteht im Wesentlichen aus einem Gehäuse 10, das eine elektromagnetische Antriebseinheit 11 und eine im Gehäuse 10 bewegliche Ventileinheit 12 aufweist. Die bewegliche Ventileinheit 12 besteht dabei im Wesentlichen aus einer gleichzeitig als Anker wirkenden Ventilstange 13 und einem sich daran anschließendem Ventilverschlusskörper 14, der ein kreisrundes Abdichtelement 15 aufweist. Um Schließ- und Öffnungskräfte zu minimieren, sind Druckausgleichsöffnungen 16 vorgesehen, die dafür sorgen, dass die bewegliche Ventileinheit 12 von allen Seiten die gleiche Druckbeaufschlagung erfährt.
Der elektromagnetische Antrieb 11 besteht im Wesentlichen aus einer Spule 17, einem Kern 18, einem Rückschlussblech 19 und einem Joch 20. Der Anker wird, wie schon erwähnt, durch die Ventilstange 13 gebildet. Dabei sind die Ventilstange 13 und damit der Ventilverschlusskörper 14 durch eine Druckfeder 21, die sich am Kern 18 abstützt in Schließstellung vorgespannt. Dadurch ist gewährleistet, dass im unbestromten Zustand das Abdichtelement 15 gegen ein Ventilsitz des Gehäuses der Ladedruckpumpe 3 gedrückt wird und damit die Ansaugseite von der Druckseite trennt. Die Ventilstange 13 ist mittels einer Führungsbuchse 22 im Gehäuse 10 derart gelagert, dass bei Bestromung der Spule 17 die bewegliche Ventileinheit 12 in Richtung des Kernes 18 bewegt wird und auf diese Weise die Bypassseite 8 freigegeben wird. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Druckfeder 21 auf einem fest mit dem Gehäuse 10 verbundenen Zapfen 23 angeordnet. Auf dem unteren Teil des Zapfens 23 gleitet auch die Ventilstange 13 mittels einer eingepressten Lagerbuchse 24, an der sich wiederum die Druckfeder 21 abstützen kann.
Über die Druckausgleichsöffnung 16 und entlang der Ventilstange 13 im Bereich der Führungsbuchse 22 findet ein Druckausgleich derart statt, dass die bewegliche Ventileinheit 12 sich immer im Druckgleichgewicht befindet. Das heißt, das im geschlossenen Zustand des Schubumluftventils 9 das bewegliche Ventilteil mit dem Druck der Ansaugleitung 2 beaufschlagt ist. Gegenüber dem Druck in der Bypassleitung 8 an der Druckseite ist die bewegliche Ventileinheit 12 durch ein als Radialdichtring 25 ausgebildetes Dichtungsorgan fluiddicht abgeschlossen. Der Radialdichtring 25 ist dabei fest im Gehäuse 10 mit zwei Schenkeln 26 und 27 angeordnet. Der erste Schenkel 26 ist dabei so ausgebildet, das er lediglich der Abstützung des Radialdichtringes 25 im Gehäuse dient. Der Schenkel 27 greift mit seinem freien Ende auf eine Dichtfläche 28 an und gewährleistet auf diese Weise, dass in Schließstellung der Ventilinnenraum gegenüber der Ansaugseite fluiddicht abgeschlossen ist. An die Dichtfläche 28 der beweglichen Ventileinheit 12 schließt sich eine Aussparung 29 an. Auf diese Weise, wird bei einer Öffnungsbewegung der Ventileinheit die Wirkverbindung zwischen der Dichtfläche 28 und dem Dichtungsorgan 25 gelöst und die bewegliche Ventileinheit 12 ist ohne jegliche Reibung in Richtung des Kerns 18 zu bewegen.
3 zeigt eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schubumluftventils 9. Dabei ist der Ventilverschlusskörper 14 lediglich als hohler Abdichtkörper ausgeführt, der formschlüssig mit dem beweglichen Ventilteil 12 verbunden ist. Da der Ventilverschlusskörper komplett hohl und zur Druckseite vollständig offen ausgeführt ist, sind im vorliegenden Fall Druckausgleichsöffnungen 30 in der Umfangsfläche des Ventilverschlusskörpers angeordnet. Über diese Druckausgleichsöffnungen 30 kann der vollständige Druckausgleich des Innenraums des Ventils 9 wie oben bereits beschrieben stattfinden. Ein Dichtungsorgan 31 ist im vorliegenden Fall formschlüssig mit dem Ventilverschlusskörper 14 verbunden und wirkt mit einer Dichtfläche 32 zusammen, die auf einfache Weise von einer Gehäusefläche gebildet werden kann. Das Dichtungsorgan 31 kann aber auch einstückig mit dem Ventilverschlusskörper 14 ausgeführt sein. Die Wirkungsweise dieses Ventils entspricht der oben genannten.
4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des Ventilverschlusskörpers 14 aus 3. Hierbei ist das Dichtungsorgan 31 so ausgebildet, dass bei zunehmendem Ankerhub (vertikaler Pfeil) sich die Anlagefläche vom Dichtungsorgan 31 und Dichtsitz 32 vergrößert (horizontaler Pfeil). Das Dichtungsorgan 31 ist im vorliegenden Fall im Spritzgußverfahren hergestellt worden.
Es ist jedoch auch denkbar, daß der zum Dichtsitz 28 der Ventileinheit 12 gerichtete Teil des Gehäuses 10 als Dichtungsorgan ausgeführt ist, derart, daß ein im Gehäuse 10 einzusetzendes Dichtungsorgan entfallen kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 2007/048828 A1 [0002, 0002]
- DE 10020041 C2 [0002]

Claims

Schubumluftventil für Brennkraftmaschinen mit einem Turbolader, wobei das Schubumluftventil in einem Bypasskanal zwischen einer Druckseite und einer Ansaugseite einer Ladedruckpumpe des Turboladers angeordnet ist, mit einem Gehäuse, das eine elektromagnetische Antriebseinheit und eine darin bewegliche Ventileinheit, die im wesentlichen aus einer Ventilstange und einem sich daran anschließendem Ventilverschlusskörper mit einem kreisrunden Abdichtelement besteht, aufweist, wobei Mittel vorgesehen sind, die die bewegliche Ventileinheit in unbestromten Zustand in Schließstellung halten, wobei mindestens eine Druckausgleichsöffnung an der beweglichen Ventileinheit vorgesehen ist und wobei zwischen der beweglichen Ventileinheit und dem Gehäuse eine Dichtfläche und ein Dichtungsorgan vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die bewegliche Ventileinheit (12) oder das Gehäuse (10) derart ausgebildet sind, dass das Dichtungsorgan (25, 31) und die Dichtfläche (28, 32) lediglich in Schließstellung in Wirkverbindung stehen.
Schubumluftventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungsorgan (25) fest im Gehäuse (10) angeordnet ist und die bewegliche Ventileinheit (12) einen Dichtsitz (28) und eine sich daran anschließende Aussparung (29) aufweist.
Schubumluftventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungsorgan (31) fest an der beweglichen Ventileinheit (12) angeordnet ist und das Gehäuse (10) einen Dichtsitz (32) aufweist.
Schubumluftventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilverschlusskörper (14) und das Dichtungsorgan (31) einstückig ausgebildet sind.
Schubumluftventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungsorgan (31) als zum Dichtsitz (32) gewölbter Dichtring ausgebildet ist.