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DE102012211539A1 - Abgasturbolader - Google Patents

Abgasturbolader Download PDF

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Publication number
DE102012211539A1
DE102012211539A1 DE201210211539 DE102012211539A DE102012211539A1 DE 102012211539 A1 DE102012211539 A1 DE 102012211539A1 DE 201210211539 DE201210211539 DE 201210211539 DE 102012211539 A DE102012211539 A DE 102012211539A DE 102012211539 A1 DE102012211539 A1 DE 102012211539A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
ball valve
adjusting element
exhaust gas
valve adjusting
ball
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
DE201210211539
Other languages
English (en)
Inventor
Jochen Laubender
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BMTS Technology GmbH and Co KG
Original Assignee
Bosch Mahle Turbo Systems GmbH and Co KG
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 Bosch Mahle Turbo Systems GmbH and Co KG filed Critical Bosch Mahle Turbo Systems GmbH and Co KG
Priority to DE201210211539 priority Critical patent/DE102012211539A1/de
Publication of DE102012211539A1 publication Critical patent/DE102012211539A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12Control of the pumps
    • F02B37/18Control of the pumps by bypassing exhaust from the inlet to the outlet of turbine or to the atmosphere
    • F02B37/183Arrangements of bypass valves or actuators therefor
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader (1) für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, – mit einem Turbinengehäuse (2), in welchem eine Wastegate-Öffnung (3) zum Durchströmen mit Abgas aus der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, – mit einer einen Ventilsitz (4) und ein Kugelventil-Verstellelement (5) aufweisenden Kugelventil-Vorrichtung (6) zum Einstellen eines Öffnungsgrads der Wastegate-Öffnung (3), wobei das Kugelventil-Verstellelement (5) zum Einstellen des Öffnungsgrads relativ zum Ventilsitz (4) verstellbar ist, – mit einem mit dem Kugelventil-Verstellelement (5) in Wirkverbindung stehenden Betätigungselement (18) zum Einstellen einer Kugelventil-Verstellelement-Position des Kugelventil-Verstellelements (5) relativ zum Ventilsitz (4).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft auch eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Abgasturbolader.
  • Abgasturbolader mit einem herkömmlichen Wastegate-Klappenmechanismus können Ventilvorrichtungen aufweisen, welche eine drehbar an einem Turbinengehäuse des Abgasturboladers gelagerte Spindel und eine drehfest an der Spindel angeordnete Wastegate-Klappe zum Öffnen bzw. Schließen einer Wastegate-Öffnung umfassen. Bauteilbedingt müssen derartige herkömmliche Wastegate-Klappen in der Lage sein, einen Winkelfehler in dem Wastegate-Klappenmechanismus auszugleichen, welcher toleranzbedingt oder/und verschleißbedingt entstehen kann. Ursachen für solche unerwünschte Verschleißerscheinungen können beispielsweise Abgaspulsationen in den die Brennkraftmaschine verlassenden Abgasen sein, welche mechanische Schwingungen in dem Turbinengehäuse anregen können, die wiederum zu o.g. Verschleißeffekten in der Wastegate-Klappe führen können. Ohne einen technisch aufwändigen Kompensationsmechanismus können solche mechanische Schwingungen des Turbinengehäuses auch zu unerwünschten akustischen Geräuschen, beispielsweise in Form eines "Prasselns", in dem Abgasturbolader führen.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ausführungsform für einen Abgasturbolader anzugeben, gemäß welcher oben genannte Nachteile beseitigt oder zumindest reduziert sind.
  • Die genannte Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Wastegate-Öffnung einer Wastegate-Vorrichtung eines Abgasturboladers mittels eines Kugelventils, welches ein relativ zu einem Ventilsitz mittels eines Betätigungselements verstellbares Kugelventil-Verstellelement umfasst, zu verschließen. Auf diese Weise können durch mechanische Schwingungen in dem Turbinengehäuse hervorgerufene, unerwünschte Verschleißerscheinungen in der Wastegate-Vorrichtung deutlich reduziert werden.
  • Das Kugelventil-Verstellelement ist vorzugsweise in einem Kontaktbereich, in welchem es mit dem Ventilsitz zum Verschließen der Wastegate-Öffnung zusammenwirkt, konvex ausgestaltet. Dabei kann das Kugelventil-Verstellelement insbesondere in der Art einer Kugel oder Kugelsegment ausgebildet sein; grundsätzlich sind aber auch andere geometrische Formen vorstellbar, beispielsweise mit einer bezüglich eines Längsschnitts elliptischen, ovalen oder gekrümmten Oberfläche.
  • Hierzu umfasst der erfindungsgemäße Abgasturbolader ein Turbinengehäuse, in welchem eine Wastegate-Öffnung zum Durchströmen mit einem Abgas der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, sowie eine einen Ventilsitz und ein Kugelventil-Verstellelement aufweisende Kugelventil-Vorrichtung zum Einstellen eines Öffnungsgrads der Wastegate-Öffnung. Zum Einstellen des Öffnungsgrads ist das Kugelventil-Verstellelement verstellbar am Ventilsitz gelagert. Der Abgasturbolader umfasst des Weiteren ein mit dem Kugelventil-Verstellelement in Wirkverbindung stehendes Betätigungselement zum Einstellen einer Kugelventil-Verstellelement-Position des Kugelventil-Verstellelements relativ zum Ventilsitz.
  • Mittels der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung in der Art eines Kugelventils kann eine auch Selbstzentrierung des Kugelventil-Verstellelements in dem Ventilsitz und somit eine besonders hohe Dichtigkeit beim Verschließen der Wastegate-Öffnung erzielt werden. Wie bereits erläutert, wird mittels der erfindungsgemäßen Kugelventil-Vorrichtung zudem ein übermäßiger Verschleiß durch unerwünschte mechanische Vibrationen, welche von dem den Abgasturbolader durchströmenden Abgas erzeugt werden, vermieden oder zumindest stark reduziert. Auch die bereits erwähnte unerwünschte akustische Geräuschentwicklung in Form eines "Prasselns" kann mittels der erfindungsgemäßen Kugelventil-Vorrichtung reduziert oder sogar vollständig unterdrückt werden.
  • Aufgrund des symmetrischen Öffnungsquerschnitts der Wastegate-Öffnung wird außerdem ein unerwünschter Abgas-Rückstau von durch die Wastegate-Öffnung strömendem Abgas im Vergleich zu einem herkömmlichen Klappenmechanismus deutlich reduziert, da mittels der Kugelventil-Vorrichtung eine ringförmige Auslassöffnung in Strömungsrichtung erzeugt wird. Auf diese Weise werden zudem auch Ladungswechselverluste der Brennkraftmaschine reduziert und folglich der Kraftstoffverbrauch der dem Abgasturbolader vorgeschalteten Brennkraftmaschine verringert.
  • Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Kugelventil-Vorrichtung besteht darin, dass die Wastegate-Öffnung im Vergleich zu herkömmlichen Wastegate-Klappenmechanismen strömungsoptimiert bzw. strömungsgerichtet ausgeführt werden kann, so dass eine definierte Anströmung eines dem erfindungsgemäßen Abgasturbolader nachgeschalteten Abgas-Katalysators zur schnellen Erwärmung des Abgas-Katalysators ("light off") erreicht werden kann.
  • Schließlich ist der erfindungsgemäße Abgasturbolader wartungsfreundlich aufgebaut, da aufgrund dessen einfachen Montagekonzepts eine oder mehrere Komponenten auf einfache Weise ausgetauscht werden können.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform kann an dem Ventilsitz ein Vorspannelement, insbesondere ein Federelement, angeordnet sein, mittels welchem das Kugelventil-Verstellelement gegen das Betätigungselement vorspannbar oder vorgespannt ist. Auf diese Weise ist eine besonders präzise Verstellung des Kugelventil-Verstellelements mittels des Betätigungselements möglich.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann der Ventilsitz einen Ventilkragen umfassen, in welchem das Kugelventil-Verstellelement in einer durch den Ventilkragen definierten axialen Richtung in einer ersten Position, in welcher das Kugelventil-Verstellelement die Wastegate-Öffnung verschließt, und einer zweiten Position, in welcher das Kugelventil-Verstellelement die Wastegate-Öffnung teilweise freigibt, bewegbar sein. Dies ermöglicht einen besonders kompakten Aufbau des erfindungsgemäßen Abgasturboladers.
  • In einer weiterbildenden Ausführungsform kann der Ventilkragen einen Hauptabschnitt aufweisen, welcher in der axialen Richtung in einen ersten Endabschnitt übergeht, der eine Sitzkontur des Ventilsitzes definiert, an welcher das Kugelventil-Verstellelement zum Verschließen der Wastegate-Öffnung anliegt. Der Hauptabschnitt weist dabei einen Hauptabschnitt-Strömungsdurchmesser auf, welcher größer ist als ein Durchmesser der Kugelventil-Vorrichtung. Demgegenüber weist der erste Endabschnitt einen Endabschnitt-Strömungsdurchmesser auf, der kleiner ist als ein Durchmesser des Kugelventil-Verstellelements. Diese Ausführungsform ermöglicht ein besonders effektives Abdichten der Wastegate-Öffnung.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann einem zweiten Endabschnitt des Ventilkragens, in welchen dessen Hauptabschnitt gegenüber dem ersten Endabschnitt übergeht, eine Hohlmutter mit einem Außengewinde angeordnet sein, welches in ein im Bereich des zweiten Endabschnitts an der Innenumfangsfläche des Ventilkragens vorgesehenen komplementäres Innengewinde eingreift. In dem Ventilkragen kann das Vorspannelement angeordnet sein, welches sich auf einer Stirnseite der Hohlmutter abstützt, so dass mittels des Vorspannelements das Kugelventil-Verstellelement gegen das Befestigungselement vorspannbar oder vorgespannt ist. Mittels des Vorspannelements kann das Kugelventil-Verstellelement also insbesondere gegen das Betätigungselement in Richtung der ersten Position vorgespannt sein, in welcher das Kugelventil-Verstellelement die Wastegate-Öffnung verschließt. Mittels des Betätigungselements kann dann eine zum Bewegen des Kugelventil-Verstellelements von der ersten Position in die zweite Position erforderliche äußere Kraft aufgebracht werden.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann sich der erste Endabschnitt des Ventilkragens in der axialen Richtung von dem Vorspannelement weg radial nach innen verjüngen, so dass das Kugelventil-Verstellelement in der ersten Position teilweise an einer Innenumfangsfläche des ersten Endabschnitts anliegt. In der zweiten Position ist das Kugelventil-Verstellelement hingegen im Bereich des Hauptabschnitts des Ventilkragens angeordnet, wobei sie dann nicht an der Innenumfangsfläche des Ventilkragens im Bereich des Hauptabschnitts anliegt, so dass der Ventilkragen und das Kugelventil-Verstellelement eine ringförmige Öffnung zum Durchströmen mit Abgas freigibt. Grundsätzlich kann die zweite Position eine beliebige Anzahl von Unter-Positionen aufweisen, womit alle Positionen gemeint sind, in welchen das Kugelventil-Verstellelement im Bereich des Hauptabschnitts angeordnet ist, so dass die besagte ringförmige Durchgangsöffnung ausgebildet wird.
  • Vorzugsweise ist das Betätigungselement als Antriebsnocken ausgebildet, welcher zum Einstellen der Kugelventil-Verstellelement-Position auf einem von dem Vorspannelement abgewandten Oberflächen-Abschnitt des Kugelventil-Verstellelements anliegt. Mit "Anliegen" kann insbesondere gemeint sein, dass das als Antriebsnocken ausgebildete Betätigungselement lose auf dem Oberflächen-Abschnitt des Kugelventil-Verstellelements anliegt, d.h. das Betätigungselement muss nicht notwendigerweise an dem Kugelventil-Verstellelement befestigt sein. Folglich kann das Betätigungselement grundsätzlich derart in dem Abgasturbolader angeordnet sein, dass es ständig, also unabhängig von der Position des Kugelventil-Verstellelements, in Kontakt mit dem Oberflächen-Abschnitt des Kugelventil-Verstellelement steht. Somit kann das Kugelventil-Verstellelement mechanisch stabil an dem Ventilsitz gehalten werden.
  • In einer alternativen, besonders einfach herzustellenden Ausführungsform kann das Betätigungselement als Hebelelement ausgebildet sein, welches an dem von dem Vorspannelement abgewandten Oberflächen-Abschnitt des Kugelventil-Verstellelements befestigt ist oder an diesem anliegt, so dass das Betätigungselement in der Art eines Schiebers wirkt. Dies bedeutet, dass mittels des Betätigungselements eine Druckkraft auf das Kugelventil-Verstellelement ausgeübt werden muss, um diese von der ersten in die zweite Position zu bewegen. Da von dem Betätigungselement ausschließlich Druckkräfte auf das Kugelventil-Verstellelement ausgeübt werden, ist es nicht erforderlich, dass das Betätigungselement an dem Kugelventil-Verstellelement befestigt sein muss.
  • In einer dazu alternativen Ausführungsform kann das Betätigungselement hingegen auch als Hebelelement ausgebildet sein, welches an einem dem Vorspannelement zugewandten Oberflächen-Abschnitt des Kugelventil-Verstellelements befestigt ist, so dass das Betätigungselement als Zugelement wirkt.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann das Kugelventil-Verstellelement einen Kragen aufweisen, welcher in einer orthogonal zu der axialen Richtung verlaufenden Querrichtung oder schräg dazu von dem Kugelventil-Verstellelement absteht und welcher in der ersten Position teilweise an dem ersten Endabschnitt des Ventilkragens anliegt. Auf diese Weise kann eine optimale Dichtwirkung des Kugelventil-Verstellelements erzielt werden, wenn diese in der ersten Position die Wastegate-Öffnung verschließen soll.
  • Um die Kugelventil-Vorrichtung bezüglich der durch die Wastegate-Öffnung strömenden Abgas-Strömung zu optimieren, kann in einer besonders bevorzugten Ausführungsform daran gedacht sein, dass der erste Endabschnitt ein Strömungsführungs-Element zur Strömungsführung des durch die Wastegate-Öffnung strömenden Abgases umfasst. Auf diese Weise kann ein dem erfindungsgemäßen Abgasturbolader nachgeschalteter Abgas-Katalysator von dem aus der Wastegate-Öffnung strömenden Abgas definiert angeströmt werden, wodurch dessen Leistungsfähigkeit deutlich erhöht werden kann.
  • Die Erfindung betrifft ferner eine Brennkraftmaschine mit einer Brennkammer, mit einer stromauf der Brennkammer angeordneten Zuführungsleitung zum Zuführen von Frischluft in die Brennkammer sowie einer stromab der Brennkammer angeordneten Abgasleitung zum Abführen von in der Brennkammer erzeugtem Abgas, wobei in der Abgasleitung ein Abgasturbolader mit einem oder mehreren der vorhergehend genannten Merkmale angeordnet ist.
  • Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Es zeigen, jeweils schematisch:
  • 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Abgasturboladers mit dem Kugelventil-Verstellelement in einer ersten Position,
  • 2 den Abgasturbolader der 2 mit dem Kugelventil-Verstellelement in einer zweiten Position,
  • 3 eine erste Variante des Ausführungsbeispiels der 1,
  • 4 eine weitere Variante des Ausführungsbeispiels der 1,
  • 5 eine mit dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 4 kombinierbare Variante, gemäß welcher das Kugelventil-Verstellelement einen Kragen aufweist,
  • 6 eine mit dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 5 kombinierbare Variante, gemäß welcher der Ventilkragen ein Strömungsführungs-Element aufweist.
  • In der 1 ist ein erfindungsgemäßer Abgasturbolader in einer Teilansicht dargestellt und mit 1 bezeichnet. Der Abgasturbolader 1 umfasst ein Turbinengehäuse 2, welches in der 1 ebenfalls nur abschnittsweise dargestellt ist und in welchem eine Wastegate-Öffnung 3 zum Durchströmen mit einem Abgas der Brennkraftmaschine vorgesehen ist. Der Abgasturbolader 1 umfasst ferner eine einen Ventilsitz 4 und ein Kugelventil-Verstellelement 5 aufweisende Kugelventil-Vorrichtung 6 zum Einstellen eines Öffnungsgrads der Wastegate-Öffnung 3, wobei das Kugelventil-Verstellelement 5 zum Einstellen des Öffnungsgrads verstellbar am Ventilsitz 4 gelagert ist.
  • Das Kugelventil-Verstellelement 5 ist vorzugsweise in einem Kontaktbereich, in welchem es mit dem Ventilsitz 4 zum Verschließen der Wastegate-Öffnung 3 zusammenwirkt, mit einer konvexen Oberflächengeometrie ausgestaltet. Hierzu kann es beispielsweise – wie in den Figuren gezeigt – in der Art Kugel ausgebildet sein; es kann alternativ aber auch als Kugelsegment ausgebildet sein. Grundsätzlich sind auch andere geeignete geometrische Formen vorstellbar, beispielsweise mit einer bezüglich eines Längsschnitts des Kugelventil-Verstellelements 5 elliptischen, ovalen oder gekrümmten Oberflächengeometrie.
  • Des Weiteren umfasst der Abgasturbolader 1 ein mit dem Kugelventil-Verstellelement 5 in Wirkverbindung stehendes Betätigungselement 18 zum Einstellen einer Kugelventil-Verstellelement-Position des Kugelventil-Verstellelements 5 relativ zum Ventilsitz 4.
  • An dem Ventilsitz 4 kann ein Vorspannelement 15, insbesondere ein Federelement, angeordnet sein, mittels welchem das Kugelventil-Verstellelement 5 gegen das Betätigungselement 18 vorspannbar oder vorgespannt ist. Der Ventilsitz 4 kann einen Ventilkragen 7 umfassen, in welchem das Kugelventil-Verstellelement 5 in einer durch den Ventilkragen 7 definierten axialen Richtung A zwischen einer in der 1 gezeigten ersten Position, in welcher das Kugelventil-Verstellelement 5 die Wastegate-Öffnung 3 verschließt, und einer in der 2 gezeigten zweiten Position, in welcher das Kugelventil-Verstellelement 5 die Wastegate-Öffnung teilweise freigibt, bewegbar ist.
  • Aus der Darstellung der 1 lässt sich entnehmen, dass sich der erste Endabschnitt 9 des Ventilkragens 7 in der Axialrichtung A von dem Vorspannelement 15 weg radial nach innen verjüngen kann, so dass das Kugelventil-Verstellelement 5 in der ersten Position zum Verschließen der Wastegate-Öffnung 3 teilweise an einer Innenumfangsfläche des ersten Endabschnitts 9 anliegt.
  • Der Ventilkragen 7 kann auch einen Hauptabschnitt 8 aufweisen, welcher in der axialen Richtung von dem Turbinengehäuse 2 weg in den ersten Endabschnitt 9 übergeht. Der erste Endabschnitt 9 definiert eine Sitzkontur des Ventilsitzes 4, an welcher das Kugelventil-Verstellelement 5 zum Verschließen der Wastegate-Öffnung 3 anliegt. Der Hauptabschnitt 8 weist dabei einen Hauptabschnitt-Strömungsdurchmesser dH auf, der größer ist als ein Durchmesser D des Kugelventil-Verstellelements 5. Demgegenüber weist der erste Endabschnitt 9 einen Endabschnitt-Strömungsdurchmesser d1 auf, der kleiner ist als der Durchmesser D des Kugelventil-Verstellelements 5.
  • Die 2 zeigt das Kugelventil-Verstellelement 5 in der zweiten Position, in welcher sie die Wastegate-Öffnung 3 teilweise freigibt. In der zweiten Position befindet sich das Kugelventil-Verstellelement 5 bezüglich der axialen Richtung A im Wesentlichen im Bereich des Hauptabschnitts 8 angeordnet, welcher, wie bereits erläutert, einen Hauptabschnitt-Strömungs-Querschnitt dH aufweist, der größer ist als der Durchmesser D des Kugelventil-Verstellelements 5. Folglich bildet sich im Bereich der Innenumfangsfläche des Hauptabschnitts 8 eine ringförmige Öffnung aus, durch welche Abgas (vgl. Pfeile 10) strömen kann.
  • Aus den Darstellungen der 1 und 2 lässt sich auch entnehmen, dass der Ventilkragen 7 einen zweiten Endabschnitt 11 aufweisen kann, in welchen der Hauptabschnitt 8 gegenüber dem ersten Endabschnitt 9 übergeht. Im Bereich des zweiten Endabschnitts 11 kann in dem Ventilkragen 7 eine Hohlmutter 12 mit einem Außengewinde 13 angeordnet sein, welche in einem Bereich des zweiten Endabschnitts 11 in ein an der Innenumfangsfläche des Ventilkragens 7 vorgesehenes komplementäres Innengewinde 14 eingreifen kann. Des Weiteren kann in dem Ventilkragen 7 das Vorspannelement 15 angeordnet sein, welches sich auf einer Stirnseite 16 der Hohlmutter 12 abstützt, so dass mittels des Vorspannelements 15 das Kugelventil-Verstellelement 5 gegen das Betätigungselement 18 vorgespannt ist. Das Betätigungselement 18 kann, wie in den 1 und 2 gezeigt, als Antriebsnocken ausgebildet sein, welcher zum Einstellen der Kugelventil-Verstellelement-Position auf einer von dem Vorspannelement 15 abgewandten Oberflächen-Abschnitt 17 des Kugelventil-Verstellelements 5 anliegt.
  • In einer in der 3 gezeigten Variante des Ausführungsbeispiels kann das Betätigungselement 18 auch als Hebelelement ausgebildet sein, welches außerhalb des Turbinengehäuses 2 angeordnet ist und an dem vom Vorspannelement 15 abgewandten Oberflächen-Abschnitt 17 des Kugelventil-Verstellelements 5 befestigt ist oder an diesem anliegt. Die 3a zeigt das Kugelventil-Verstellelement 5 in der ersten Position, in welcher sie die Wastegate-Öffnung 3 verschließt, und die 3b zeigt das Kugelventil-Verstellelement 5 in der zweiten Position, in welcher das Kugelventil-Verstellelement 5 die Wastegate-Öffnung 3 teilweise freigibt.
  • In der Variante der 3 wirkt das Betätigungselement 18 als Schieber, mittels welchem eine Druckkraft auf das Kugelventil-Verstellelement 5 entgegen der durch das Vorspannelement 15 erzeugten und ebenfalls auf das Kugelventil-Verstellelement 5 wirkenden Vorspannkraft ausgeübt wird.
  • In der in der 3a gezeigten ersten Position befindet sich das als Federelement ausgebildete Vorspannelement 15 in einer entspannten Position, in welcher es das Kugelventil-Verstellelement 5 im Bereich des ersten Endabschnitts 9 gegen die Innenumfangsfläche des Ventilkragens 7 drückt. Um nun das Kugelventil-Verstellelement 5 von der ersten in die in der 3b gezeigte zweite Position zu bewegen, muss von dem als Schieber wirkenden Hebelelement eine Druckkraft entgegen der von dem Vorspannelement 15 erzeugten Vorspannkraft auf das Kugelventil-Verstellelement 5 ausgeübt werden, so dass diese entgegen der axialen Richtung A von der ersten in die zweite Position bewegt wird.
  • In einer in der 4 gezeigten Variante kann das als Hebelelement ausgebildete Betätigungselement 18 an dem dem Vorspannelement 15 zugewandten Oberflächen-Abschnitt 19 des Kugelventil-Verstellelements 5 befestigt sein. Das Hebelelement wirkt dann in der Art eines Zugelements gegen die durch das Vorspannelement 15 erzeugte Vorspannkraft. Auch in der Darstellung der 4 zeigt die 4a das Kugelventil-Verstellelement 5 in der ersten Position und die 4b das Kugelventil-Verstellelement 5 in der zweiten Position.
  • In einer in den 5a und 5b gezeigten Variante, die mit allen vorangehend erläuterten Varianten des Ausführungsbeispiels kombinierbar ist, kann das Kugelventil-Verstellelement 5 einen Kragen 20 aufweisen, welcher in einer senkrecht (vgl. 5a) oder schräg (vgl. 5b) zu der axialen Richtung A verlaufenden Richtung von dem Kugelventil-Verstellelement 5 absteht, und welcher, wie in den 5a und 5b gezeigt, in der ersten Position teilweise an dem ersten Endabschnitt 9 des Ventilkragens 7 anliegt. Vorzugsweise ist der Endabschnitt 9 komplementär zu dem Kragen 20 ausgebildet.
  • In einer in der 6 gezeigten Variante, die mit allen Varianten des Ausführungsbeispiels gemäß den 1 bis 5 kombinierbar ist, kann der erste Endabschnitt 9 ein Strömungsführungs-Element 21 zur Strömungsführung von aus der Wastegate-Öffnung 3 strömendem Abgas (Pfeile 10) umfassen. Das Strömungsführungs-Element 21 kann dabei in der Art eines Aufsatzes 21 ausgebildet sein, welcher den Ventilkragen 7 in der axialen Richtung A verlängert. Das Strömungsführungs-Element 21 kann insbesondere auch derart ausgebildet sein, dass es eine definierte Anströmung eines dem Abgasturbolader 1 nachgeschalteten Abgas-Katalysators mit Abgas (nicht gezeigt) ermöglicht.

Claims (12)

  1. Abgasturbolader (1) für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, – mit einem Turbinengehäuse (2), in welchem eine Wastegate-Öffnung (3) zum Durchströmen mit Abgas aus der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, – mit einer einen Ventilsitz (4) und ein Kugelventil-Verstellelement (5) aufweisenden Kugelventil-Vorrichtung (6) zum Einstellen eines Öffnungsgrads der Wastegate-Öffnung (3), wobei das Kugelventil-Verstellelement (5) zum Einstellen des Öffnungsgrads relativ zum Ventilsitz (4) verstellbar ist, – mit einem mit dem Kugelventil-Verstellelement (5) in Wirkverbindung stehenden Betätigungselement (18) zum Einstellen einer Kugelventil-Verstellelement-Position des Kugelventil-Verstellelements (5) relativ zum Ventilsitz (4).
  2. Abgasturbolader (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Ventilsitz (7) ein Vorspannelement (15), insbesondere ein Federelement, angeordnet ist, mittels welchem das Kugelventil-Verstellelement (5) gegen das Betätigungselement (18) vorspannbar oder vorgespannt ist.
  3. Abgasturbolader (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (4) einen Ventilkragen (7) umfasst, in welchem das Kugelventil-Verstellelement (5) in einer durch den Ventilkragen (7) definierten axialen Richtung zwischen einer ersten Position, in welcher das Kugelventil-Verstellelement (5) die Wastegate-Öffnung (3) verschließt, und einer zweiten Position, in welcher das Kugelventil-Verstellelement (5) die Wastegate-Öffnung (2) teilweise freigibt, bewegbar ist.
  4. Abgasturbolader (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass – der Ventilkragen (7) einen Hauptabschnitt (8) aufweist, welcher in der axialen Richtung (A) in einen ersten Endabschnitt (9) übergeht, der eine Sitzkontur des Ventilsitzes (4) definiert, an welcher das Kugelventil-Verstellelement (5) zum Verschließen der Wastegate-Öffnung (2) anliegt. – wobei der Hauptabschnitt (8) einen Hauptabschnitt-Strömungsdurchmesser (dH) aufweist, der größer ist als ein Durchmesser (D) des Kugelventil-Verstellelements (5), – wobei der erste Endabschnitt (9) einen Endabschnitt-Strömungsdurchmesser (d1) aufweist, der kleiner ist als der Durchmesser (D) des Kugelventil-Verstellelements (5).
  5. Abgasturbolader (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass – an einem zweiten Endabschnitt (11) des Ventilkragens (7), in welchen dessen Hauptabschnitt (8) gegenüber dem ersten Endabschnitt (9) übergeht, eine Hohlmutter (12) mit einem Außengewinde (13) angeordnet ist, welches in ein im Bereich des zweiten Endabschnitts (11) an der Innenumfangsfläche des Ventilkragens (7) vorgesehenes komplementäres Innengewinde (14) eingreift, – in dem Ventilkragen (7) das Vorspannelement (15) angeordnet ist, welches sich auf einer Stirnseite (16) der Hohlmutter (12) abstützt, so dass mittels des Vorspannelements (15) das Kugelventil-Verstellelement (5) gegen das Betätigungselement (18) vorspannbar oder vorgespannt ist.
  6. Abgasturbolader (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste Endabschnitt (9) des Ventilkragens (7) in der axialen Richtung (A) von dem Vorspannelement (15) weg radial nach innen verjüngt, so dass das Kugelventil-Verstellelement (5) in der ersten Position teilweise an einer Innenumfangsfläche des ersten Endabschnitts (9) anliegt.
  7. Abgasturbolader (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (18) als Antriebsnocken ausgebildet ist, welcher zum Einstellen der Kugelventil-Verstellelement-Position auf einem von dem Vorspannelement (15) abgewandten Oberflächen-Abschnitt (17) des Kugelventil-Verstellelements (5) anliegt.
  8. Abgasturbolader (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (18) als Hebelelement ausgebildet ist, welches an dem von dem Vorspannelement (15) abgewandten Oberflächen-Abschnitt (17) das Kugelventil-Verstellelement (5) befestigt ist oder an diesem anliegt, so dass das Betätigungselement (18) in der Art eines Schiebers wirkt.
  9. Abgasturbolader (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (18) als Hebelelement ausgebildet ist, welches an einem dem Vorspannelement (15) zugewandten Oberflächen-Abschnitt (19) des Kugelventil-Verstellelements (5) befestigt ist, so dass das Betätigungselement (18) als Zugelement wirkt.
  10. Abgasturbolader (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugelventil-Verstellelement (5) einen Kragen (20) aufweist, welcher in einer orthogonal zu der axialen Richtung A verlaufenden Querrichtung Q oder dazu schräg von dem Kugelventil-Verstellelement (5) absteht und welcher in der ersten Position teilweise an dem ersten Endabschnitt (9) des Ventilkragens (7) anliegt.
  11. Abgasturbolader (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Endabschnitt (9) ein Strömungsführungs-Element (21) zur Strömungsführung von aus der Wastegate-Öffnung (3) strömendem Abgas umfasst.
  12. Brennkraftmaschine, – mit einer Brennkammer, – mit einer stromauf der Brennkammer angeordneten Zuführungsleitung zum Zuführen von Frischluft in die Brennkammer, – mit einer stromab der Brennkammer angeordneten Abgasleitung zum Abführen von in der Brennkammer erzeugtem Abgas, – mit einem in der Abgasleitung angeordneten Abgasturbolader (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
DE201210211539 2012-07-03 2012-07-03 Abgasturbolader Withdrawn DE102012211539A1 (de)

Priority Applications (1)

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