WO2019015800A1

WO2019015800A1 - Regelvorrichtung für einen abgasturbolader

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Publication number: WO2019015800A1
Application number: PCT/EP2018/000361
Authority: WO
Inventors: Zdenek REIF; Manfred GUTHÖRLE; Rohit Pawar; Ralf Schawer
Original assignee: IHI Charging Systems International GmbH
Current assignee: IHI Charging Systems International GmbH
Priority date: 2017-07-21
Filing date: 2018-07-18
Publication date: 2019-01-24
Anticipated expiration: 2020-01-21
Also published as: CN110741144A; DE202018104140U1; JP2020527663A; JP7087003B2; DE112018003726A5; US20200141309A1; US11156151B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung für einen Abgasturbolader, wobei die Regelvorrichtung (1) in einem durchströmbaren Abgasführungsabschnitt des Abgasturboladers aufgenommen ist, und wobei mit Hilfe der Regelvorrichtung (1) eine Fluidströmung auf ein im Abgasführungsabschnitt drehbar aufgenommenes Turbinenrad konditionierbar ist, wobei eine im Abgasführungsabschnitt ausgebildete Durchströmöffnung mit Hilfe eines Ventilelements (2) der Regelvorrichtung (1) zu öffnen und zu schließen ist, und wobei das Ventilelement (2) an einem um eine Drehachse (17) verschwenkbaren Schwenkarm (4) der Regelvorrichtung (1) angeordnet ist, und wobei das Ventilelement (2) einen Ventilkörper (5) aufweist, der ein Einlegeelement (7) umfasst, das überwiegend in einem Hohlraum (29) des Ventilkörpers (5) aufgenommen ist, und das mit dem Schwenkarm (4) insbesondere mit Hilfe eines Hebelarms (3) wirkverbunden ist, und wobei das Ventilelement (2) eine Dichtfläche (22) zur Vermeidung einer Leckage in einer Schließposition der Regelvorrichtung (1) aufweist. Erfindungsgemäß ist zur insbesondere Reduzierung von im Betrieb an dem Ventilelement (2) angreifenden Sekundärmomenten eine Verbindung zwischen dem Schwenkarm (4) und dem Ventilelement (2) in oder zumindest nahe einem Schwerpunkt eines effektiven Ventilelementkörpers (31 ) des Ventilelementes (2) ausgebildet.

Description

Regelvorrichtung für einen Abgasturbolader

Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung für einen Abgasturbolader 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. Sie weist ein Abdeckelement zum Öffnen und Schließen eines Strömungsquerschnitts des Umgehungskanals auf. 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.

So geht aus der DE 10 2015 011 256 A eine Regelvorrichtung für einen

Abgasführungsabschnitt hervor, deren Ventilelement zum Öffnen und Schließen eines Strömungsquerschnitts einen hohlen Ventilkörper aufweist, der eine in seinem

Hohlraum ausgebildete Erhebung aufweist, die mit einem Schwenkarm der

Regelvorrichtung zur Positionierung des Ventilelements wirkverbunden ausgebildet ist.

In Abhängigkeit einer Positionierung kann die Regelvorrichtung zu einem Verklemmen des Ventilelements im Strömungsquerschnitt führen, da ein Ventilkörper des

Ventilelementes am Schwenkarm zu diesem relativ bewegbar aufgenommen ist. Durch die auf den Ventilkörper insbesondere während einer Positionierung auftreffende

BESTÄTIGUNGSKOPIE Abgasströmung kann es zu so genannten Sekundärmomenten am Ventilelement kommen, die eine ungewollte sekundäre Bewegung des Ventilkörpers um dessen Schwerpunkt herbeiführen. Diese sekundäre Bewegung, welche verursacht ist durch die Sekundärmomente, kann zu einem erhöhten Verschleiß und damit auch zu einem Verklemmen des Ventilelementes führen.

Problematisch ist in verschiedenen Betriebspunkten des Abgasturboladers ein

Einströmen von Abgas in den Hohlraum des Ventilkörpers, wodurch ungünstige

Verwirbelungen im Bereich des Ventilkörpers auftreten können, und Kräfte auf den Ventilkörper wirken, die eine unvorhergesehene Bewegung des Ventilelements herbeiführen können.

Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung nun eine klemmreduzierte, bevorzugt klemmfreie Regelvorrichtung für einen Abgasturbolader bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Regelvorrichtung für einen

Abgasturbolader mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Eine erfindungsgemäße Regelvorrichtung für einen Abgasturbolader, welche in einem durchströmbaren Abgasführungsabschnitt des Abgasturboladers aufgenommen ist, und wobei mit Hilfe der Regelvorrichtung eine Fluidströmung auf ein im

Abgasführungsabschnitt drehbar aufgenommenes Turbinenrad konditionierbar ist, weist ein Ventilelement auf, mit dessen Hilfe eine im Abgasführungsabschnitt ausgebildete Durchströmöffnung zu öffnen und zu schließen ist. Das Ventilelement ist an einem um eine Drehachse verschwenkbaren Schwenkarm der Regelvorrichtung angeordnet. Es weist einen Ventilkörper auf, der ein Einlegeelement umfasst, das überwiegend im Ventilkörper aufgenommen ist, und das insbesondere mit Hilfe eines Hebelarms mit dem Schwenkarm wirkverbunden ist. Des Weiteren weist das Ventilelement eine Dichtfläche zur Vermeidung einer Leckage in einer Schließposition der

Regelvorrichtung auf. Erfindungsgemäß ist zur insbesondere Reduzierung von im Betrieb an dem Ventilelement angreifenden Sekundärmomenten eine Verbindung zwischen dem Schwenkarm und dem Ventilelement in oder zumindest möglichst nahe einem Schwerpunkt eines effektiven Ventilelementkörpers des Ventilelementes ausgebildet.

Der effektive Ventilelementkörper entspricht dem Teil des Ventilelementes, welches mit dem Schwenkarm wirkverbunden ist. So wird zwar das Einlegeelement vom

Ventilkörper umfasst, ist jedoch funktional dem Schwenkarm, welcher zumindest mittelbar mit dem Ventilelement verbunden ist, zuzuordnen.

Der Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass, da die Verbindung zwischen dem Schwenkarm und dem Ventilelement in oder zumindest möglichst nahe dem

Schwerpunkt des effektiven Ventilelementkörpers ausgebildet ist, ein zwischen einem Angriffspunkt einer Strömungskraft der Abgasströmung und dem Schwerpunkt ausgebildeter Hebel klein und somit das entsprechend erzeugte Sekundärmoment ebenfalls klein gehalten werden kann. Im besten Fall ist kein Hebel ausgebildet, so dass kein Sekundärmoment erzeugt wird. Dadurch ist ein Verklemmen des

Ventilelements aufgrund der Sekundärmomente wesentlich reduziert, möglicherweise sogar eliminiert.

An dieser Stelle sei der Begriff des Sekundärmomentes erläutert. Es soll hier unterschieden werden zwischen dem aufgrund der Bewegung durch einem

Verschwenken oder einer Rotation um eine Drehachse des Schwenkarms

ausgebildeten Moment am Ventilkörper, welches aufgrund einer Aufnahme des

Ventilelementes an einem Hebelarm, der mit dem Schwenkarm verbunden ist, gezielt herbeigeführt ist, und der vorstehend erläuterten am Ventilkörper angreifenden

Momente aufgrund einer Kraft der Abgasströmung.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist zur Herbeiführung einer möglichst nahe dem Schwerpunkt des effektiven Ventilelementkörpers ausgebildete Verbindung mit dem Schwenkarm zumindest ein erster Führungskontakt und/oder ein zweiter

Führungskontakt zwischen dem Hebelarm und dem effektiven Ventilelementkörper ausgebildet. Dadurch kann ein Verklemmen des Ventilelementes in der Durchströmöffnung beim Öffnen und/oder beim Schließen der Durchströmöffnung vermieden werden. Das heißt mit anderen Worten, dass, da der effektive

Ventilelementkörper relativ zum Schwenkarm bewegbar ist, dieser von Kräften der Abgasströmung beaufschlagt werden kann, wodurch die oben erläuterten

Sekundärmomente auftreten und das Ventilelement in eine entsprechende Richtung drücken, was zu einem erhöhten Verschleiß und damit auch zu einem Verklemmen führen kann.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der erste Führungskontakt einen entlang einer Längsachse des Ventilelements in Richtung einer vom Hebelarm abgewandt ausgebildeten Elementfläche des Ventilkörpers oder in Richtung des Hebelarms ausgebildeten ersten Abstand zur Dichtfläche auf, wobei der erste Abstand einen Wert aufweist, der zumindest größer 0 ist. Somit ist ein Verklemmen während eines Öffnungsvorganges der Regeleinrichtung, somit ausgehend von einer

Schließposition in eine Öffnungsposition der Regeleinrichtung, vermieden. Des

Weiteren ist ein Verschleiß reduziert, da sich der erste Führungskontakt nahe einer Angriffsfläche der Abgasströmung am Ventilelement, der Dichtfläche, befindet.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der zweite Führungskontakt einen entlang einer Längsachse des Ventilelements in Richtung einer vom Hebelarm abgewandt ausgebildeten Einlegeelementfläche des Einlegeelementes ausgebildeten zweiten Abstand zur Dichtfläche auf, wobei der zweite Abstand einen Wert aufweist, der zumindest größer ist als ein erster Abstand des ersten Führungskontaktes und kleiner ist als ein dritter Abstand der Dichtfläche von Richtung einer vom Hebelarm abgewandt ausgebildeten Elementfläche des Ventilkörpers. Somit ist ein Verklemmen während eines Schließvorganges der Regeleinrichtung, somit ausgehend von einer Öffnungsposition in eine Schließposition der Regeleinrichtung, vermieden.

In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung ist die Dichtfläche an einer Mantelfläche des Ventilelementes ausgebildet, und wobei der erste Führungskontakt und/oder der zweite Führungskontakt in einem Hohlraum des

Ventilelementes ausgebildet sind. Somit kann eine bauraumreduzierte Regelvorrichtung realisiert werden, da der notwendige Führungskontakt nicht an einer Außenfläche des Ventilelementes angeordnet werden muss. Auch kann das Ventilelement insbesondere vorteilhaft für einen mehrflutigen Abgasführungsabschnitt bereitgestellt werden, da seine Querschnittsfläche einem elliptischen oder ovalen Querschnitt ähnlich ausgeführt werden kann. Selbstredend ist auch ein runder Querschnitt möglich.

Zur Vermeidung eines Einströmens eines Fluids, mit anderen Worten von Abgas in den Ventilkörper ist ein Abdeckelement den Hohlraum des Ventilkörpers zumindest im Wesentlichen schließend ausgebildet.

In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung ist das Einlegeelement sich am Abdeckelement abstützend ausgebildet, wodurch eine bezogen auf eine Längsachse des Ventilelementes radiale Führung desselben gesichert ist.

In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung ist das Einlegeelement sich an einem im Hohlraum ausgebildeten Ventilboden sicher abstützend ausgebildet.

Zur kostengünstigen Herstellung der Regelvorrichtung ist das Einlegeelement unabhängig vom Ventilkörper ausgebildet. Dadurch kann das Einlegeelement auf einfache Weise, bspw. sofern es rotationssymmetrisch ausgebildet ist oder die

Abschnitte des Einlegeelementes, die rotationssymmetrisch ausgebildet sind, durch eine so genannte Drehbearbeitung hergestellt werden. Es sind auch, unabhängig von den Materialien, bei den unterschiedlichen Gieß- oder Tiefzieh-, oder

Druckgussverfahren keine Hinterschnitte ausgebildet, die ein Werkzeug komplex und somit teuer gestalten lassen. In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung weist das Einlegeelement ein Rastelement auf. Dadurch ist ein Verdrehen des effektiven

Ventilelementkörpers relativ zu einem Ventilsitz, welcher in die Durchströmöffnung umfassend ausgebildet ist, verhindert. Eine Verdrehsicherung ist notwendig, damit ein Verklemmen im Abgasführungsabschnitt verhindert wird, da eine Ventilsitzfläche, welche in Richtung der Längsachse des Ventilelementes ausgebildet ist, im

Abgasführungsabschnitt in der Schließposition der Regelvorrichtung einen gewissen Abstand von einer entlang der Längsachse ausgebildeten Kontur des Ventilelementes aufweist.

Des Weiteren ist der Vorteil, dass das Rastelement im Hohlraum des Ventilkörpers angeordnet ist, denn das Einlegeelement ist ebenfalls, zumindest teilweise im

Hohlraum positioniert, wodurch ein Bauraumbedarf, im Vergleich zu einem an einer Außenfläche des Ventilkörpers angeordneten Rastelement, reduziert ist. Ebenso kann eine Masse und somit ein Gewicht des Ventilelementes zumindest mittelbar aufgrund des vorzuhaltenden Raumes im effektiven Ventilelementkörper reduziert werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung ist das Abdeckelement sich am Ventilkörper abstützend ausgebildet. Dadurch kann bei der Herbeiführung des insbesondere ersten Führungskontaktes bei der Öffnungsbewegung der Regelvorrichtung eine gesicherte Abstützung des Einlegeelementes am

Abdeckelement herbeigeführt werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung weist der Ventilkörper sich in Richtung des Hohlraums erstreckende Arretierelemente auf, die am Abdeckelement ausgebildeten Arretierelementen gegenüberliegend ausgeführt sind. Diese Arretierelemente sind bevorzugt passgenau zu bearbeiten, damit eine

kostengünstige Montage des Abdeckelementes mit dem Ventilkörper realisiert werden kann. So ist es bspw. für die Funktionserhaltung des Ventilelementes nachrangig, ob zwischen den Arretierelementen ausgebildete Wandungen passgenau hergestellt sind. Das heißt mit anderen Worten, dass im Herstellungsprozess lediglich die Arretierelemente passgenau zu bearbeiten sind, wodurch sich der Herstellungsprozess verkürzt und somit geringere Herstellungskosten entstehen.

Sofern die Arretierelemente oder zumindest ein Arretierelement komplementär zu Aufnahmeöffnungen des Abdeckelementes und/oder des Ventilkörpers ausgebildet sind, kann eine relative Anordnung des Arretierelementes und des Ventilkörpers zueinander gesichert werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung weist der Hebelarm eine Öffnung auf, mit deren Hilfe das Einlegeelement mit dem Hebelarm verbunden ist. Das heißt mit anderen Worten, dass der Hebelarm und das

Einlegeelement unabhängig voneinander hergestellt werden können, obwohl sie im Betrieb der Regelvorrichtung der Positionierung des Ventilelementes dienen und demgemäß auch einstückig ausgebildet werden könnten. Die unabhängige Herstellung besitzt den Vorteil, dass bspw. der Hebelarm eine komplexe Geometrie aufweisen kann, die jedoch ohne das Einlegeelement einfach gefertigt werden kann, da keine Hinterschnitte ausgebildet werden müssen. Der weitere Vorteil bspw. im Vergleich zu einer gabelförmig ausgebildeten Aufnahmeöffnung im Hebelarm ist die

Ausbildungsmöglichkeit einer Presspassung, die eine Fixierung des Einlegeelementes am Hebelarm sicher stellt. Des Weiteren kann durch einen Entfall einer üblicherweise als Sicherungselement ausgebildeten Scheibe einer konventionellen Anbindung des Ventilelements am Hebelarm eine Höhe des Ventilelements reduziert werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung ist zwischen dem Einlegeelement und dem Abdeckelement ein Vorspannelement ausgebildet. Somit kann eine verbesserte Dämpfung beim Anschlagen des Einlegeelementes am

Abdeckelement während eines Öffnungsvorgangs der Regelvorrichtung zur

Reduzierung des Verschleißes und der Geräuschbildung erzielt werden. Des Weiteren können die Sekundärmomente reduziert werden. In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung ist zwischen dem Ventilboden und dem Einlegeelement ein Vorspannelement angeordnet. Somit kann eine verbesserte Dämpfung beim Anschlagen des Einlegeelementes am

Ventilboden während eines Schließvorgangs der Regelvorrichtung zur Reduzierung des Verschleißes und der Geräuschbildung erzielt werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung ist ein Aufnahmeelement des Einlegeelements zylindrisch ausgebildet. Somit kann eine im Hebelarm ausgebildete Öffnung zur Aufnahme des Einlegeelementes, welches der Verbindung des Ventilelementes mit dem Hebelarm dient, einfach und kostengünstig mit Hilfe einer Bohrung hergestellt werden. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der zylindrischen Form des Aufnahmeelementes ist, dass eine Winkelausrichtung des effektiven Ventilelementkörpers relativ zu einer Drehachse des Schwenkarms durch einfaches Verdrehen justierbar ist. Das bedeutet zum Beispiel, dass die

erfindungsgemäße Regelvorrichtung problemlos an unterschiedliche

Abgasführungsabschnitte und den darin ausgebildeten Durchströmöffnungen angepasst werden kann, so dass die Regelvorrichtung in großer Stückzahl

kostengünstig hergestellt werden kann, da sie in unterschiedlich gestalteten

Abgasführungsabschnitten einsetzbar ist.

In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung weist der Ventilkörper einen im Wesentlichen elliptischen oder ovalen Querschnitt auf. Damit kann insbesondere eine Überströmöffnung eines mehrflutigen

Abgasführungsabschnitts vorteilhaft geschlossen werden. Im Vergleich zu einem üblicherweise runden Querschnitt ist ein elliptischer oder ovaler Querschnitt

kostengünstiger aufgrund des geringeren Materialverbrauchs.

In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung weist zur vereinfachten Montage das Einlegeelement einen zu einem Querschnitt des Hohlraums im Wesentlichen formgleichen Querschnitt auf. In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung ist in zumindest einem zwischen dem Einlegeelement und dem Ventilkörper ausgebildeten Raum ein Dämpfungs- und/oder Kühlungselement ausgebildet. Somit kann auf einfache Weise der Raum nutzbringend gefüllt werden. Dadurch kann der Verschleiß, die Geräuschbildung und das Temperaturverhalten des Ventilelements beeinflusst werden. Bspw. dient ein Kühlelement einer Kühlung des im heißen Abgasstrom angeordneten Ventilelementes, so dass auch ein Verklemmen aufgrund eines thermisch bedingten Verzuges des Ventilelementes unterbunden werden kann. Oder es kann ein Dämpfungselement, unabhängig von den vorstehend genannten

Vorspanneiementen untergebracht werden, wodurch die Sekundärmomente des aufgrund der Abgasströmung am Ventilelement angreifenden Kräfte weiter reduziert werden können.

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 Schnittansicht eine erfindungsgemäße

Regelvorrichtung,

Fig. 2 in einem Schnitt die Regelvorrichtung gem. Fig. 1 ,

Fig. 3 in einem weiteren Schnitt die Regelvorrichtung gem. Fig. 1 , Fig. 4 in einer perspektivischen Draufsicht einen Ventilkörper der Regelvorrichtung gem. Fig. 1 ,

Fig. 5 in einer perspektivischen Unteransicht den Ventilkörper gem. Fig. 4,

Fig. 6 in einer perspektivischen Ansicht einen Hebelarm mit einem Schwenkarm der Regelvorrichtung,

Fig. 7 in einer perspektivischen Ansicht ein Einlegeelement eines Ventilelements der Regelvorrichtung gem. Fig. 1 ,

Fig. 8 in einer perspektivischen Draufsicht ein Abdeckelement des Ventilelements der Regelvorrichtung gem. Fig. 1 ,

Fig. 9 in einer perspektivischen Unteransicht das Abdeckelement gem. Fig. 8,

Fig. 10 in einer perspektivischen Draufsicht das Ventilelement der Regelvorrichtung gem. Fig. 1 ,

Fig. 11 in einer perspektivischen Draufsicht die Regelvorrichtung gem. Fig. 1.

Eine gemäß Fig. 1 ausgebildete Regeivo rrichtung 1 für einen nicht näher dargestellten durchströmbaren Abgasführungsabschnitt eines nicht näher dargestellten

Abgasturboladers umfasst ein Ventilelement 2, welches zum Öffnen oder Schließen einer im Abgasführungsabschnitt ausgebildeten Durchströmöffnung vorgesehen ist. Des Weiteren umfasst die Regelvorrichtung 1 einen um seine Drehachse 17

verdrehbaren Schwenkarm 4 mit einem Hebelarm 3, welcher an seinem vom

Schwenkarm 4 abgewandt ausgebildeten Ende mit dem Ventilelement 2 verbunden ist. Der nicht näher dargestellte Abgasführungsabschnitt umfasst einen Eintrittskanal zum Eintritt einer Fluidströmung in den Abgasführungsabschnitt, im Allgemeinen Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, und einen Spiralkanal stromab des Eintrittskanals zur Konditionierung der Strömung und einen nicht näher dargestellten Austrittskanal stromab des Spiralkanals, über welchen das Abgas aus dem Abgasführungsabschnitt gezielt entweichen kann. Zwischen dem Spiralkanal und dem Austrittskanal ist eine nicht näher dargestellte Radkammer ausgebildet, in welcher ein nicht näher dargestelltes Turbinenrad drehbar aufgenommen ist.

Der Abgasführungsabschnitt ist mit einem Abgaskrümmer der

Verbrennungskraftmaschine durchströmbar verbunden, so dass das Abgas der Verbrennungskraftmaschine über den Eintrittskanal in den Spiralkanal eintreten kann um das Turbinenrad zu beaufschlagen. Der Abgasführungsabschnitt kann als mehrflutig ausgebildetes Gehäuse ausgestaltet sein, so dass bspw. ein weiterer Spiralkanal ausgestaltet ist. So könnte die Durchströmöffnung auch eine in einer so genannten Flutentrennwand, die die Spiralkanäle voneinander fluidisch separierend ausgebildet ist, ausgeführt sein.

Zur Anpassung eines Betriebsverhaltens des Abgasturboladers an die Fluidströmung der Verbrennungskraftmaschine ist im Abgasführungsabschnitt die Regelvorrichtung 1 angeordnet, die einem Schließen oder Öffnen eines Umgehungskanals mit der Durchströmöffnung dient. Ebenso könnte die Regelvorrichtung 1 auch für ein

Überströmen von Abgas aus einem Spiralkanal und den anderen und vice versa ausgeführt sein. Des Weiteren könnte die Regelvorrichtung 1 auch zum Überströmen von Abgas und zum Abblasen von Abgas, mit anderen Worten zur Umgehung des Turbinenrades, ausgebildet sein. Ein derartiger Abgasführungsabschnitt ist bspw. aus der DE 10 2016 103 145 A1 bekannt.

In einer ersten Position, der Schließposition der Regelvorrichtung 1 , die einer

Schließposition des Ventilelementes 2 entspricht, ist die Durchströmöffnung vollständig geschlossen. Das bedeutet, dass im Falle die Durchströmöffnung eine zur fluidischen Verbindung der Spiralkanäle ausgebildete Überströmöffnung ist, die beiden Spiralkanäle vollständig voneinander getrennt durchströmbar sind, wobei die

Durchströmöffnung mit Hilfe des Ventilelementes 2 vollständig geschlossen ist. Das Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmt die beiden Spiralkanäle, wobei ein erster Teil des Abgases den ersten Spiralkanal und ein zweiter Teil des Abgases den zweiten Spiralkanal durchströmt.

Sofern die Durchströmöffnung eine Öffnung eines Umgehungskanals ist, ist auch hier, in der ersten Position der Regelvorrichtung 1 das Ventilelement 2 die

Durchströmöffnung vollständig schließend angeordnet.

Ist die Durchströmöffnung in Form einer Kombination der Überströmöffnung und der Öffnung des Umgehungskanals ausgebildet, so sind in der ersten Position, der Schließposition des Ventilelementes 2 sowohl die Spiralkanäle getrennt voneinander durchström bar, derart, dass kein Überströmen erfolgt, als auch der Umgehungskanal geschlossen, derart, dass kein Vorbeileiten von Abgas am Turbinenrad erfolgt.

In einer zweiten Position der Regelvorrichtung 1 , die einer zweiten Position des Ventilelements 2 entspricht, ist die Durchströmöffnung vollständig geöffnet. Das bedeutet, dass Abgas aus dem ersten Spiralkanal in den zweiten Spiralkanal überströmen kann und vice versa, und/oder über die Öffnung des Umgehungskanals Abgas am Turbinenrad vorbeigeführt werden kann.

Das Ventilelement 2 ist zwischen der ersten Position und der zweiten Position in weitere Zwischenpositionen zu positionieren, so dass die Durchströmöffnung einem entsprechenden Bedarfsfall zur Erzielung eines gemäß der durchströmenden

Abgasmenge bestmöglichen Wirkungsgrades des Abgasturboladers anpassbar ist.

Das Ventilelement 2 der Regelvorrichtung 1 ist mehrteilig aufgebaut und weist einen Ventilkörper 5, ein Abdeckelement 6 zum Verschließen des Ventilkörpers 5 sowie ein den Ventilkörper 5 mit dem Hebelarm 3 verbindendes Einlegeelement 7 auf. Das Einlegeelement 7 ist in Fig. 7 näher dargestellt und umfasst einen Körperabschnitt 8, welcher einem Ventilboden 9 des Ventilkörpers 5 gegenüberliegend ausgebildet ist. Das Einlegeelement 7 ist funktional dem Hebelarm 3 zuzuordnen, da mit Hilfe des Einlegeelementes 7 die Verbindung eines so genannten effektiven

Ventilelementkörpers 31 , umfassend zumindest den Ventilkörper 5 und das

Abdeckelement 6, hergestellt ist.

Des Weiteren umfasst das Einlegeelement 7 zwischen einem Aufnahmeabschnitt 10, der der Aufnahme und Befestigung des Ventilelements 2 mit dem Hebelarm 3 dient, einen Halteabschnitt 11 , der zur Abstützung des Abdeckelementes 6 vorgesehen ist.

Der Ventilkörper 5 ist topfartig zur Aufnahme des Einlegeelements 7, insbesondere zur vollständigen Aufnahme dessen Körperabschnitts 8 ausgebildet. Somit weist der Ventilkörper 5 einen Hohlraum 29 auf, der zur Aufnahme zumindest des

Körperabschnitts 8 ausgebildet ist. Bevorzugt ist am Körperabschnitt 8 ein Rastelement 12 angebracht.

Zur gesicherten Abdichtung der Durchströmöffnung in geschlossenem Zustand, somit in der ersten Position der Regelvorrichtung 1 , weist der Ventilkörper 5 an seinem dem Hebelarm 3 zugewandt ausgebildeten Ende einen über den topfförmigen Abschnitt 13 des Ventilkörpers 5 ragenden Kragen 14 auf.

Gegenüber den bekannten Regelvorrichtungen weist die erfindungsgemäße

Regelvorrichtung 1 das Ventilelement 2 umfassend den Ventilkörper 5 und

insbesondere das Einlegeelement 7 auf, welches sich am Ventilboden 9 abstützend ausgeführt ist und sich in Richtung des Hebelarms 3, sich an diesem an seinem vom Ventilboden 9 abgewandt ausgebildeten Ende abstützend ausgestaltet ist. Das

Einlegeelement 7 ist mit dem Hebelarm 3 fest verbunden, wobei sein

Aufnahmeabschnitt 10 in einer Öffnung 15 des Hebelarms 3 unbewegbar

aufgenommen ist. Das Rastelement 12 dient einer gesicherten Positionierung des Ventilkörpers 5 relativ zum Hebelarm 3, welcher mit dem Einlegeelement 7 verbunden ist. Mit anderen Worten ist es als Verdrehsicherung vorgesehen.

Mit Hilfe des Einlegeelements 7 ist eine Verbindung des Ventilelements 2 mit dem Hebelarm 3 geschaffen, die einer Verbindung des Ventilelements 2 mit dem Hebelarm 3 im bzw. nahe bei einem Schwerpunkt des Ventilelements 2 entspricht. Das heißt mit anderen Worten, dass mit Hilfe des Einlegeelementes 7 eine Verlängerung des Hebelarms 3 ausgebildet ist, welcher im oder zumindest nahe einem Schwerpunkt des effektiven Ventilelementkörpers 31 mit diesem verbunden ist. Dadurch kann ein Verschleiß der Regelvorrichtung 1 wesentlich reduziert werden.

Ein weiterer Vorteil ist eine Führung des Ventilkörpers 5 durch den sich am Ventilboden 9 abstützenden Körperabschnitt 8. Das bedeutet, dass das Ventilelement 2 beim Schließen der Durchgangsöffnung in diese durch den Körperabschnitt 8 gezogen wird. Beim Öffnen der Durchgangsöffnung wird das Ventilelement 2 am Hebelarm 3 geführt und aus der Durchgangsöffnung gezogen. Dadurch ist eine Anfälligkeit gegenüber einem Verklemmen wesentlich reduziert.

Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung 1 ist der Hebelarm 3 mit dem Aufnahmeabschnitt 10 bevorzugt verschweißt, ebenso wie der Ventilköper 5 mit dem Abdeckelement 6.

Zur Herbeiführung einer bevorzugten Passung und zur Reduzierung eines zu großen Spiels sind bestimmte Stellen 16 des Ventilkörpers 5, des Schwenkarms 4, des

Einlegeelements 7, des Abdeckelementes 6 zusätzlich bearbeitet, bspw. durch eine spanende Bearbeitung. Das heißt mit anderen Worten, dass bei der Herstellung der Regelvorrichtung 1 im Gussverfahren die übrigen Bereiche nicht zusätzlich bearbeitet werden müssen. Die Stellen 16 des Abdeckelementes 6 und des Ventilkörpers 5 sind an Arretierelementen 32 ausgebildet, die einer Anordnung des Abdeckelementes 6 relativ zum Ventilkörper 5 dienen. Zwischen dem Abdeckelement 6 und dem Einlegeelement 7 sowie zwischen dem Einlegeelement 7 und dem Ventilboden 9 ist in Abhängigkeit einer Position des

Ventilelements 2 ein Spalt 18 ausgebildet. In den Figuren 2 und 3 ist der Spalt 18 zwischen dem Einlegeelement 7 und dem Abdeckelement 6 ausgebildet. Die

Anordnung der Elemente 6, 7 entspricht ihrer Anordnung in der ersten Position, somit in der Schließposition des Ventilelements 2 im Betrieb des Abgasturboladers.

Zwischen dem Einlegeelement 7 und dem Abdeckelement 6 ist zur wirkungsvollen Abstützung der beiden Elemente 6, 7 zueinander ein erster Absatz 19 am

Einlegeelement 7 ausgebildet, welcher eine erste Führungsfläche 20 aufweist, die einer zweiten Führungsfläche 21 , welche am Abdeckelement 6, der ersten Führungsfläche 20 gegenüberliegend ausgestaltet ist. Sobald die erste Führungsfläche 20 und die zweite Führungsfläche 21 einander berühren, mit anderen Worten einander

kontaktieren, ist ein erster Führungskontakt 24 des Ventilelementes 2 ausgebildet. Der erste Führungskontakt 24 ist dann relativ zu einer Dichtfläche 22, welche vom

Hebelarm 3 abgewandt am Kragen 14 ausgebildet ist, in einem, entlang einer

Längsachse 23 des Ventilelementes 2 und in Richtung einer vom Hebelarm 3 abgewandt ausgebildeten Elementfläche 25 des Ventilkörpers 5, vorliegenden axialen ersten Abstand Δχ angeordnet.

Die Dichtfläche 22 ist an einer vom Hebelarm 3 abgewandt ausgebildeten Seite des Kragens 14, welche sich ausgehend von der Längsachse 23 radial nach außen erstreckt, ausgeführt. Das heißt mit anderen Worten, dass sie an einer Mantelfläche 28 des Ventilelementes 2 ausgebildet ist.

In der zweiten Position und insbesondere ausgehend von der ersten Position in die zweite Position, somit während eines Öffnungsvorganges der Durchströmöffnung ist der Spalt 18 zwischen dem Ventilboden 9 und einer dem Ventilboden 9

gegenüberliegend ausgebildeten Einlegeelementfläche 26 ausgebildet. Bei einer Berührung des Ventilbodens 9 und der Einlegeelementfläche 26 ist ein zweiter

Führungskontakt 27 des Ventilelementes 2 ausgebildet. Somit ist der erste Führungskontakt 24 insbesondere beim Öffnungsvorgang und in der zweiten Position und der zweite Führungskontakt 27 insbesondere beim Schließvorgang, somit ausgehend von einer Öffnungsposition in die Schließposition, und in der ersten Position der Regelvorrichtung 1 ausgebildet. Der zweite Führungskontakt 27 ist dann relativ zu einer Dichtfläche 22, welche vom Hebelarm 3 abgewandt am Kragen 14 ausgebildet ist, in einem, entlang einer Längsachse 23 des Ventilelementes 2 und in Richtung einer vom Hebelarm 3 abgewandt ausgebildeten Elementfläche 25 des Ventilkörpers 5, vorliegenden axialen zweiten Abstand Δν angeordnet.

Selbstredend kann der Spalt 18 in bestimmten Positionen der Regelvorrichtung 1 sowohl zwischen dem Abdeckelement 6 und dem Einlegeelement 7 als auch zwischen dem Einlegeelement 7 und dem Ventilboden 9 ausgebildet sein. Seine Höhe, entlang der Längsachse 23 betrachtet, ist dann jeweils unterschiedlich von der Höhe, die in der ersten Position und in der zweiten Position ausgebildet ist.

Die beiden Führungskontakte 24, 27 sind zur Vermeidung eines Verklemmens beim Öffnen oder Schließen der Durchströmöffnung in bevorzugten bestimmten Abständen Δχ, Δν relativ zur Dichtfläche 22 anzuordnen. Bevorzugt ist der erste Führungskontakt 24 in einem möglichst kleinen ersten Abstand Δχ, somit nahe der Dichtfläche 22 und in Richtung der Elementfläche 25, besonders bevorzugt in Richtung des Hebelarms 3 anzuordnen. Der zweite Führungskontakt 27 sollte in Richtung der Elementfläche 25 einen möglichst großen zweiten Abstand Ay zur Dichtfläche 22 aufweisen. Somit ist die zweite Führungsfläche 21 , welche im Hohlraum 29 unbewegbar angeordnet ist, im bevorzugten ersten Abstand zu positionieren. Der Ventilboden 9, welcher im

vorliegenden Ausführungsbeispiel eine unbewegbar ausgebildete Fläche des zweiten Führungskontaktes 27 darstellt, ist in einem möglichst geringen Abstand zur

Elementfläche 25 auszuführen, damit der zweite Abstand relativ groß ausgeführt werden kann. Dies ist auch förderlich für ein geringes Gewicht des Ventilelementes 2, da zumindest eine Elementdicke d des Ventilkörpers 5 im Bereich des Ventilbodens 9 gering ausgeführt ist. In einem nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel sind Vorspannelemente bspw. in Form von Tellerfedern oder Spiralfedern zwischen dem Ventilboden 9 und der Einlegeelementfläche 26 sowie zwischen der ersten Führungsfläche 20 und der zweiten Führungsfläche 21 sowie zwischen dem Abdeckelement 6 und dem Hebelarm 3 vorgesehen. Ebenso könnte das Federelement auch an nur einer der genannten Positionen oder an zwei dieser Positionen angeordnet sein. Sofern bspw. Spiralfedern ausgebildet sind, sind bevorzugt mehrlagige Spiralfedern vorzusehen, da ein axialer Spalt in den Positionen sehr gering ist. Der Vorteil einer Spiralfeder ist in ihren gegenüber einer üblichen Tellerfeder verbesserten Gleiteigenschaften aufgrund ihres runden Federquerschnitts zu sehen.

In einem weiteren, nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel der

erfindungsgemäßen Regelvorrichtung 1 ist ein Raum 30 des Ventilkörpers 5 mit einer Funktionssubstanz befüllt. Der Raum 30 entspricht dem zwischen dem Einlegeelement 7 und dem Ventilkörper 5 sowie dem Abdeckelement 6 verbliebener Raum des

Hohlraums 29. Die Funktionssubstanz kann bspw. eine Substanz zur Kühlung des Ventilelementes 2 sein. Ebenso kann sie bspw. in Form einer gelartigen Substanz zur Dämpfung von Relativbewegungen zwischen dem Hebelarm 3 und dem Ventilkörper 5 ausgebildet sein. Das heißt mit anderen Worten, dass jedwede Befüllung des

Hohlraums 29 möglich ist, die funktionsverbessernd, d.h. eine insbesondere klemmfreie Bewegung des Ventilelementes 2 erlaubt, und verschleiß- und/oder

geräuschreduzierend wirkt.

Claims

Patentansprüche

1. Regelvorrichtung für einen Abgasturbolader, wobei die Regelvorrichtung (1 ) in einem durchströmbaren Abgasführungsabschnitt des Abgasturboladers aufgenommen ist, und wobei mit Hilfe der Regelvorrichtung (1 ) eine

Fluidströmung auf ein im Abgasführungsabschnitt drehbar aufgenommenes Turbinenrad konditionierbar ist, wobei eine im Abgasführungsabschnitt ausgebildete Durchströmöffnung mit Hilfe eines Ventilelements (2) der

Regelvorrichtung (1 ) zu öffnen und zu schließen ist, und wobei das

Ventilelement (2) an einem um eine Drehachse (17) verschwenkbaren

Schwenkarm (4) der Regelvorrichtung (1 ) angeordnet ist, und wobei das

Ventilelement (2) einen Ventilkörper (5) aufweist, der ein Einlegeelement (7) umfasst, das überwiegend in einem Hohlraum (29) des Ventilkörpers (5) aufgenommen ist, und das mit dem Schwenkarm (4) insbesondere mit Hilfe eines Hebelarms (3) wirkverbunden ist, und wobei das Ventilelement (2) eine Dichtfläche (22) zur Vermeidung einer Leckage in einer Schließposition der Regelvorrichtung (1) aufweist,

dadurch gekennzeichnet, dass

zur insbesondere Reduzierung von im Betrieb an dem Ventilelement (2) angreifenden Sekundärmomenten eine Verbindung zwischen dem Schwenkarm (4) und dem Ventilelement (2) in oder zumindest nahe einem Schwerpunkt eines effektiven Ventilelementkörpers (31 ) des Ventilelementes (2) ausgebildet ist.

2. Regelvorrichtung nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

zur Vermeidung eines Verklemmens des Ventilelementes (2) beim Öffnen und/oder beim Schließen ein erster Führungskontakt (24) bzw. ein zweiter Führungskontakt (27) zwischen dem Schwenkarm (4), insbesondere zwischen einem Hebelarm (3) und dem effektiven Ventilelementkörper (31 ) ausgebildet ist.

3. Regelvorrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

der erste Führungskontakt (24) einen entlang einer Längsachse (23) des

Ventilelements (2) in Richtung einer vom Hebelarm (3) abgewandt ausgebildeten Elementfläche (25) des effektiven Ventilelementkörpers (31 ) oder in Richtung des Hebelarms (3) ausgebildeten ersten Abstand (Δχ) zur Dichtfläche (22) aufweist, wobei der erste Abstand (Δχ) einen Wert aufweist, der zumindest größer 0 ist.

4. Regelvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3,

dadurch gekennzeichnet, dass

der zweite Führungskontakt (27) einen entlang einer Längsachse (23) des Ventilelements (2) in Richtung einer vom Hebelarm (3) abgewandt ausgebildeten Einlegeelementfläche (26) des Einlegeelementes (7) ausgebildeten zweiten Abstand (Δν) zur Dichtfläche (22) aufweist, wobei der zweite Abstand (Δν) einen Wert aufweist, der zumindest größer ist als ein erster Abstand (Δχ) des ersten Führungskontaktes (24) und kleiner ist als ein dritter Abstand (Δζ) der

Dichtfläche von Richtung einer vom Hebelarm (3) abgewandt ausgebildeten Elementfläche (25) des Ventilkörpers (5).

5. Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Dichtfläche (22) an einer Mantelfläche (28) des Ventilelementes (2) ausgebildet ist, und wobei der erste Führungskontakt (24) und/oder der zweite Führungskontakt (27) im Hohlraum (29) des Ventilelementes (2) ausgebildet sind.

6. Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

zur Vermeidung eines Einströmens eines Fluids in den Ventilkörper (5) ein Abdeckelement (6) den Hohlraum (29) des Ventilkörpers (5) schließend ausgebildet ist.

7. Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Abdeckelement (6) sich am Einlegeelement (7) abstützend ausgebildet ist.

8. Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Einlegeelement (7) sich an einem im Hohlraum (29) ausgebildeten

Ventilboden (9) abstützend ausgebildet ist.

9. Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Einlegeelement (7) unabhängig vom Ventilkörper (5) ausgebildet ist.

10. Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Einlegeelement (7) ein Rastelement (12) aufweist.

11. Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Abdeckelement (6) sich am Ventilkörper (5) abstützend ausgebildet ist.

12. Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Ventilkörper (5) und/oder das Abdeckelement (6) sich radial in Richtung des Hohlraums (29) erstreckende Arretierelemente (32) aufweist, die komplementär zu Aufnahmeöffnungen des Abdeckelementes (6) und/oder des Ventilkörpers (5) ausgebildet sind.

13. Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Ventilkörper (5) sich in Richtung des Hohlraums (29) erstreckende

Arretierelemente (32) aufweist, die am Abdeckelement (6) ausgebildeten

Arretierelementen (32) gegenüberliegend ausgeführt sind.

14. Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Hebelarm (3) eine Öffnung (15) aufweist, mit deren Hilfe das Einlegeelement (7) mit dem Hebelarm (3) verbunden ist.

15. Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

zwischen dem Einlegeelement (7) und dem Abdeckelement (6) ein

Vorspannelement ausgebildet ist.

16. Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

zwischen dem Ventilboden (9) und dem Einlegeelement (7) ein

Vorspannelement angeordnet ist.

17. Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

ein Aufnahmeabschnitt (10) des Einlegeelements (7) zylindrisch ausgebildet ist.

18. Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (5) einen im Wesentlichen elliptischen Querschnitt aufweist.

19. Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Einlegeelement (7) einen zu einem Querschnitt des Hohlraums (29) im Wesentlichen formgleichen Querschnitt aufweist.

20. Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

in zumindest einem zwischen dem Einlegeelement (7) und dem Ventilkörper (5) ausgebildeten Raum (30) ein Dämpfungs- und/oder Kühlungselement ausgebildet ist.