DE102018116865A1

DE102018116865A1 - turbocharger

Info

Publication number: DE102018116865A1
Application number: DE102018116865.9A
Authority: DE
Inventors: Stephan WENIGER
Original assignee: IHI Charging Systems International GmbH
Current assignee: IHI Charging Systems International GmbH
Priority date: 2018-07-12
Filing date: 2018-07-12
Publication date: 2020-01-16
Also published as: WO2020011388A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader (2), bei dem ein Abgasstrom (5) an einem Turbinenrad (10) vorbei über ein geöffnetes Wastegate-Ventil (22 bzw. 122) geführt werden kann, das einen Ventilteller (43) mit einer Längsachse aufweist, der in einem geschlossenen Zustand des Wastegate-Ventils (22 bzw. 122) eine Umgehungsöffnung (46) verschließt, indem der Ventilteller (43) mittels eines Betätigungsarms (40) über ein ein sphärisches Gelenkteil (48) aufweisendes Gelenk (42) mit drei Freiheitsgraden gegen einen Ventilsitz (44) gedrückt wird, der eine Mündung (47) der Umgehungsöffnung (46) umgibt, wobei der Betätigungsarm (40) zum Öffnen des Wastegate-Ventils (22 bzw. 122) um eine Schwenkachse (32) schwenkbar ist, die quer und versetzt zur Längsachse (41) des Ventiltellers (43) angeordnet ist, der fest mit dem koaxial zur Längsachse (41) ausgerichteten sphärischen Gelenkteil (48) verbunden ist, das unter der Kraft einer Feder (60) in der Art einer Tellerfeder an eine Oberfläche (50) einer Einbuchtung (52) im Betätigungsarm (40) angedrückt wird, der sich eine Durchgangsöffnung (62) anschließt, die mit einem Radialabstand (64) von einem Zapfen (65) durchsetzt ist, der sich dem sphärischen Gelenkteil (48) anschließt und außerhalb der Öffnung mit einer Scheibe (66) verbunden ist, an der ein Ende der Feder (60) vorgespannt anliegt, deren anderes Ende an einem vom Betätigungsarm (40) vorspringenden sphärischen Bereich (55) abgestützt und auf demselben gleitend verschiebbar angeordnet ist, wobei der sphärische Bereich (55) die Durchgangsöffnung (62) umgibt.Erfindungsgemäß weisen das sphärische Gelenkteil (48) und der sphärische Bereich (55) im Wesentlichen den gleichen Mittelpunkt (54) auf.The invention relates to an exhaust gas turbocharger (2) in which an exhaust gas stream (5) can be guided past a turbine wheel (10) via an open wastegate valve (22 or 122) which has a valve disc (43) with a longitudinal axis, which closes a bypass opening (46) in a closed state of the wastegate valve (22 or 122) in that the valve plate (43) by means of an actuating arm (40) via a joint (42) with a spherical joint part (48) with three degrees of freedom is pressed against a valve seat (44) which surrounds a mouth (47) of the bypass opening (46), the actuating arm (40) being pivotable about a pivot axis (32) for opening the wastegate valve (22 or 122) is arranged transversely and offset to the longitudinal axis (41) of the valve plate (43), which is fixedly connected to the spherical joint part (48) aligned coaxially to the longitudinal axis (41), which engages in the manner of a plate spring under the force of a spring (60) an O Surface (50) of an indentation (52) in the actuating arm (40) is pressed, which is followed by a through opening (62) which is penetrated with a radial distance (64) by a pin (65) which is the spherical joint part (48) Connects and is connected outside the opening with a disc (66) on which one end of the spring (60) is biased, the other end of which is supported on a spherical region (55) projecting from the actuating arm (40) and slidably arranged thereon , wherein the spherical region (55) surrounds the through opening (62). According to the invention, the spherical joint part (48) and the spherical region (55) have essentially the same center point (54).

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.The invention relates to an exhaust gas turbocharger of the type specified in the preamble of claim 1.

DE 11 2013 002 861 T5 zeigt bereits einen Abgasturbolader, bei dem ein Abgasstrom an einem Turbinenrad vorbei über ein geöffnetes Wastegate-Ventil geführt werden kann. Das Wastegate-Ventil weist einen Ventilteller mit einer Längsachse auf. Der Ventilteller verschließt in einem geschlossenen Zustand des Wastegate-Ventils eine Umgehungsöffnung, indem der Ventilteller mittels eines Betätigungsarms über ein ein sphärisches Gelenkteil aufweisendes Gelenk mit drei Freiheitsgraden gegen einen Ventilsitz gedrückt wird. Der Ventilsitz umgibt eine Mündung der Umgehungsöffnung. Der Betätigungsarm ist zum Öffnen des Wastegate-Ventils um eine Schwenkachse schwenkbar, die quer und versetzt zur Längsachse des Ventiltellers angeordnet ist. Der Ventilteller ist fest mit dem koaxial zur Längsachse ausgerichteten sphärischen Gelenkteil verbunden. Dieses Gelenkteil wird unter der Kraft einer Feder in der Art einer Tellerfeder an eine Oberfläche einer Einbuchtung im Betätigungsarm angedrückt. Der Einbuchtung schließt sich eine Durchgangsöffnung an, die mit einem Radialabstand von einem Zapfen durchsetzt ist. Der Zapfen schließt sich dem sphärischen Gelenkteil an. Außerhalb der Öffnung ist der Zapfen mit einer Scheibe verbunden, an der ein Ende der Feder vorgespannt anliegt. Das andere Ende der Feder ist an einem vom Betätigungsarm vorspringenden sphärischen Bereich abgestützt und auf demselben gleitend verschiebbar angeordnet. Der sphärische Bereich umgibt die Durchgangsöffnung. DE 11 2013 002 861 T5 already shows an exhaust gas turbocharger in which an exhaust gas stream can be guided past a turbine wheel via an open wastegate valve. The wastegate valve has a valve disk with a longitudinal axis. In a closed state of the wastegate valve, the valve plate closes a bypass opening in that the valve plate is pressed against a valve seat by means of an actuating arm via a joint having a spherical joint part with three degrees of freedom. The valve seat surrounds a mouth of the bypass opening. To open the wastegate valve, the actuating arm can be pivoted about a pivot axis which is arranged transversely and offset to the longitudinal axis of the valve plate. The valve plate is firmly connected to the spherical joint part aligned coaxially to the longitudinal axis. This joint part is pressed under the force of a spring in the manner of a plate spring against a surface of an indentation in the actuating arm. The indentation is followed by a through opening which is penetrated by a pin at a radial distance. The pin joins the spherical joint part. Outside the opening, the pin is connected to a washer against which one end of the spring is biased. The other end of the spring is supported on a spherical region projecting from the actuating arm and is slidably arranged thereon. The spherical area surrounds the through opening.

DE 10 2016 100 900 A1 zeigt ebenfalls einen Abgasturbolader mit einem Wastegate-Ventil, das an einem Betätigungsarm angeordnet ist und eine Feder aufweist, die zwischen dem Betätigungsarm und einer Scheibe angeordnet ist, die fest mit einem Zapfen verbunden ist, der einteilig mit dem Ventilteller ausgeführt ist. Eine solche Feder hält ein Axialspiel zwischen dem Betätigungsarm und der Scheibe aufrecht. Ein solches Axialspiel ist notwendig, damit der Zapfen innerhalb der von derselben durchsetzten Durchgangsöffnung kippen kann. Die Feder ist zur Reduzierung von Verstellkräften radial gleitbar ausgebildet. DE 10 2016 100 900 A1 also shows an exhaust gas turbocharger with a wastegate valve which is arranged on an actuating arm and has a spring which is arranged between the actuating arm and a disk which is fixedly connected to a pin which is made in one piece with the valve plate. Such a spring maintains an axial play between the actuating arm and the disc. Such an axial play is necessary so that the pin can tilt within the through opening penetrated by the same. The spring is designed to be radially slidable to reduce adjustment forces.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Abgasturbolader zu schaffen, dessen Wastegate-Ventil über eine hohe Lebensdauer nur wenig Verschleiß sowie ein verbessertes Geräuschverhalten aufweist.The object of the present invention is to provide an exhaust gas turbocharger, the wastegate valve of which has little wear and improved noise behavior over a long service life.

Diese Aufgabe wird durch einen Abgasturbolader mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nichttrivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by an exhaust gas turbocharger with the features of patent claim 1. Advantageous refinements with expedient and non-trivial developments of the invention are specified in the remaining claims.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das sphärische Gelenkteil und der sphärische Bereich im Wesentlichen den gleichen Mittelpunkt aufweisen.According to the invention, it is provided that the spherical joint part and the spherical region have essentially the same center point.

Mithin schwenken sowohl das sphärische Gelenkteil als auch der sphärische Bereich im Wesentlichen um den gleichen Mittelpunkt, wenn der Ventilteller gekippt wird beim Öffnen und Schließen des Wastegate-Ventils. Die Verkippung des Ventiltellers ist notwendig, damit in einem geschlossenen Zustand eines Umgehungskanals mit Hilfe des Ventiltellers Toleranzen und Schiefstellungen eines Tellersitzes ausgeglichen werden kann zur Reduzierung und bevorzugt Verhinderung einer Leckage. Sofern eine mit dem Abgasturbolader verbundene Verbrennungskraftmaschine in einem Teillastbereich betrieben wird, kann der Ventilteller in einer Abgasströmung stehen, wobei am Ventilteller angreifende, pulsierende Gaskräfte den Ventilteller zur Bewegung, insbesondere zu einer Schwingung anregen, wodurch unerwünschte Geräusche, ein so genanntes „Prasseln“ in Erscheinung treten. Dies wird wirkungsvoll mit der vorgespannten Feder verhindert.As a result, both the spherical joint part and the spherical region pivot essentially around the same center point when the valve plate is tilted when the wastegate valve is opened and closed. The tilting of the valve plate is necessary so that in the closed state of a bypass channel, tolerances and misalignments of a plate seat can be compensated for with the help of the valve plate in order to reduce and preferably prevent leakage. If an internal combustion engine connected to the exhaust gas turbocharger is operated in a partial load range, the valve plate can be in an exhaust gas flow, pulsating gas forces acting on the valve plate stimulating the valve plate to move, in particular to vibrate, as a result of which undesirable noises, a so-called "patter" Appearance. This is effectively prevented with the preloaded spring.

Eine ungleichmäßige Belastung der Feder von der Seite wird verhindert und der Federverschleiß wird geringgehalten. Die Feder setzt sich nicht vorzeitig und behält über eine lange Zeit ihre Federcharakteristik. Die Funktion und Öffnungs- bzw. Schließcharakteristik des Wastegate-Ventils bleibt über die Lebensdauer des Abgasturboladers erhalten.Uneven loading of the spring from the side is prevented and spring wear is kept to a minimum. The spring does not settle prematurely and retains its spring characteristics for a long time. The function and opening and closing characteristics of the wastegate valve are retained over the life of the exhaust gas turbocharger.

Um die Kraft vom sphärischen Gelenkteil auf eine möglichst große Fläche der Einbuchtung zu verteilen, kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass das Gelenk als Kugelgelenk ausgebildet ist, bei dem die Oberfläche der Einbuchtung ebenfalls sphärisch ausgestaltet ist und den gleichen Mittelpunkt aufweist, wie das sphärische Gelenkteil.In order to distribute the force from the spherical joint part to the largest possible area of the indentation, it can advantageously be provided that the joint is designed as a ball joint, in which the surface of the indentation is also spherical and has the same center as the spherical one joint part.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Feder einerseits einen radial inneren Randbereich aufweist, der an dem sphärischen Bereich anliegt und andererseits einen radial außerhalb des inneren Randbereichs angeordneten radial äußeren Randbereich aufweist, der an der Scheibe anliegt.In a particularly advantageous embodiment it is provided that on the one hand the spring has a radially inner edge region which bears on the spherical region and on the other hand has a radially outer edge region which is arranged radially outside the inner edge region and which bears on the disk.

Um sicherzustellen, dass die Tellerfeder vorrangig am sphärischen, vorspringenden Bereich entlang gleitet und nicht an der Scheibe, kann vorgesehen sein, dass die Tellerfeder mittels einer Radialstütze an der Scheibe abgestützt ist, sodass die Tellerfeder beim Kippen des Ventiltellers um den Mittelpunkt an der Scheibe im Wesentlichen festgelegt ist und demgegenüber vorrangig an dem sphärischen, vorspringenden Bereich entlang gleitet. Dabei kann die Tellerfeder mit deren Außenkante radial an einem Absatz der Scheibe abgestützt sein, der insbesondere an einer zentralen Vertiefung der Scheibe gebildet ist. Anstelle einer solchen zentralen Vertiefung können alternativ auch zinnenartige Vorsprünge an der Scheibe vorgesehen sein, an denen die Tellerfeder abgestützt ist.In order to ensure that the diaphragm spring primarily slides along the spherical, projecting area and not on the disk, it can be provided that the diaphragm spring is supported on the disk by means of a radial support, so that when the valve disk tilts around the center point on the disk in the Is essentially fixed and, in contrast, primarily slides along the spherical, projecting area. It can the plate spring with its outer edge be supported radially on a shoulder of the disk, which is formed in particular on a central recess of the disk. Instead of such a central depression, alternatively, crenellated projections can also be provided on the disk, on which the plate spring is supported.

Anstelle der Tellerfederform sind beliebige Abwandlungen der Federform insbesondere mit sich radial erstreckenden zungenartigen Federteilen möglich. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist die Feder ein u-förmig gebogenes und um deren Zentralachse umlaufendes Profil auf, wobei eine Schenkelfläche des u-förmigen Profils an der Scheibe anliegt und wobei die andere Schenkelfläche des u-förmigen Profils an dem sphärischen Bereich anliegt. Dabei kann in vorteilhafter Weise die an der Scheibe anliegende Schenkelfläche konvex gewölbt sein und an einer konkaven Fläche der Scheibe anliegen. Diese beiden Schenkelflächen können sphärisch mit dem Mittelpunkt sein.Instead of the plate spring shape, any modifications of the spring shape are possible, in particular with radially extending tongue-like spring parts. In a particularly advantageous embodiment, the spring has a U-shaped profile which extends around its central axis, one leg surface of the U-shaped profile abutting the disk and the other leg surface of the U-shaped profile abutting the spherical region. In this case, the leg surface bearing against the pane can advantageously be convexly curved and rest against a concave surface of the pane. These two leg surfaces can be spherical with the center.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der gemeinsame Mittelpunkt von sphärischem Gelenkteil und sphärischem Bereich zumindest im Wesentlichen in einer gleichen Ebene liegt wie eine Anlagefläche des Ventiltellers, mit der der Ventilteller zum Schließen der Umgehungsöffnung gegen einen Ventilsitz gedrückt werden kann.In a particularly advantageous embodiment, it is provided that the common center of the spherical joint part and the spherical region lies at least substantially in the same plane as a contact surface of the valve plate, with which the valve plate can be pressed against a valve seat to close the bypass opening.

Für eine kostengünstige Fertigung des Betätigungsarms hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Einbuchtung und der sphärisch vorspringende Bereich derart zueinander angeordnet sind, dass die Materialdicke des Betätigungsarms in Richtung von einer Zentralachse der Feder auf die Schwenkachse gleichbleibend ist oder zunimmt. Damit ist der Betätigungsarm als Tiefziehteil, als Schmiedeteil oder lunkerfrei als Gussteil fertigbar.For cost-effective production of the actuating arm, it has proven to be particularly advantageous if the indentation and the spherically projecting area are arranged in such a way that the material thickness of the actuating arm is constant or increases in the direction from a central axis of the spring to the pivot axis. The actuating arm can thus be manufactured as a deep-drawn part, as a forged part or as a cast part without voids.

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. Bei weiteren Ausführungsbeispielen sind abgewandelten Bauteilen Bezugsziffern zugewiesen, die um Einhundert erhöht sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist es möglich, dass die Elemente nicht in allen Figuren mit ihrem Bezugszeichen versehen sind, ohne jedoch ihre Zuordnung zu verlieren. Dabei zeigen:

1 einen Abgasturbolader, der ein Wastegate-Ventil aufweist,
2 das Wastegate-Ventil aus 1 in einer Ansicht entlang Linie II-II aus 1 und
3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Wastegate-Ventils in einer Ansicht analog zu 2.

Further advantages, features and details of the invention result from the following description of preferred exemplary embodiments and from the drawing. The features and combinations of features mentioned above in the description and the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or on their own, without the scope of Leaving invention. Identical reference symbols are assigned to identical or functionally identical elements. In further exemplary embodiments, modified components are assigned reference numbers which are increased by one hundred. For reasons of clarity, it is possible that the elements are not provided with their reference symbols in all the figures, but without losing their assignment. Show:

1 an exhaust gas turbocharger which has a wastegate valve,
2 the wastegate valve 1 in a view along line II-II out 1 and
3 a second embodiment of a wastegate valve in a view similar to 2 ,

1 zeigt einen Abgasturbolader 2 in einer Ansicht in Richtung einer Drehachse 4 einer Turbine 6. 1 shows an exhaust gas turbocharger 2 in a view in the direction of an axis of rotation 4 a turbine 6 ,

Der Abgasturbolader 2 verdichtet mittels eines Verdichters Luft unter Nutzung von Abgasenergie und führt die verdichtete Luft einer Gemischaufbereitungseinrichtung eines nicht näher dargestellten Verbrennungsmotors zu. Der Abgasturbolader 2 weist ein Gehäuse 8 auf. Innerhalb des Gehäuses 8 sind ein Turbinenrad 10 der Turbine 6 und ein nicht näher ersichtliches Verdichterrad angeordnet, das drehfest mit dem Turbinenrad 10 verbunden ist.The exhaust gas turbocharger 2 compresses air by using exhaust gas energy by means of a compressor and feeds the compressed air to a mixture preparation device of an internal combustion engine, not shown in detail. The exhaust gas turbocharger 2 has a housing 8th on. Inside the case 8th are a turbine wheel 10 the turbine 6 and a compressor wheel, which is not shown in more detail, is arranged in a rotationally fixed manner with the turbine wheel 10 connected is.

Das Turbinenrad 10 rotiert dabei um die Drehachse 4 unter Verwendung von Druckenergie eines Abgasstroms 5, der an einem Abgaseinlass 16 anhand eines Pfeils dargestellt ist. Dabei weist das Turbinenrad 10 mehrere gleichmäßig am Umfang verteilte Turbinenschaufeln 12 auf, die einteilig mit dem Turbinenrad 10 sind.The turbine wheel 10 rotates around the axis of rotation 4 using pressure energy from an exhaust gas stream 5 that is at an exhaust gas inlet 16 is represented by an arrow. The turbine wheel points 10 several turbine blades evenly distributed around the circumference 12 on that one piece with the turbine wheel 10 are.

Ein Turbinen-Spiralkanal 14 ist in einer Spiralform an einer Einlassseite des Turbinenrades 10 im Inneren des Gehäuses 8 ausgebildet. Der Turbinen-Spiralkanal 14 steht mit dem Abgaseinlass 16 in Verbindung, durch den das Abgas zum Antrieb des Turbinenrades 10 entlang dessen Turbinenschaufeln 12 zu einer Turbinenausgangsöffnung 18 geführt wird, die koaxial zur Drehachse 4 des Turbinenrades 10 angeordnet ist.A turbine spiral channel 14 is in a spiral shape on an inlet side of the turbine wheel 10 inside the case 8th educated. The turbine spiral channel 14 stands with the exhaust gas inlet 16 in connection, through which the exhaust gas for driving the turbine wheel 10 along the turbine blades 12 to a turbine outlet opening 18 is guided, which is coaxial to the axis of rotation 4 of the turbine wheel 10 is arranged.

Der Abgaseinlass 16 ist an einer Außenwand des Gehäuses 8 ausgebildet und in nicht dargestellter Weise mit einem Abgaskrümmer des Verbrennungsmotors verbunden. Die Turbinenausgangsöffnung 18 mündet in eine Kammer 20 innerhalb des Gehäuses 8, von der aus in nicht gezeigter Weise das Abgas über ein Verbindungsrohr zu einer Abgasreinigungsanlage geführt wird, die beispielsweise eine Harnstoffeinspritzeinrichtung und einen Katalysator umfassen kann.The exhaust gas inlet 16 is on an outer wall of the housing 8th formed and connected in a manner not shown with an exhaust manifold of the internal combustion engine. The turbine outlet opening 18 flows into a chamber 20 inside the case 8th , from which, in a manner not shown, the exhaust gas is guided via a connecting pipe to an exhaust gas purification system, which can comprise, for example, a urea injection device and a catalyst.

Der Abgasturbolader 2 ist mit einem Wastegate-Ventil 22 ausgeführt. Das Wastegate-Ventil 22 ermöglicht es, dass ein Teil des durch den Abgaseinlass 16 eingeführten Abgases das Turbinenrad 10 umgeht und in die Kammer 20 geführt wird, in die auch die Turbinenausgangsöffnung 18 einmündet. Mit dem Wastegate-Ventil 22 ist somit ein Umgehungskanal mit einem variablen Strömungsquerschnitt zum Einstellen des Volumenstroms stufenlos öffenbar oder schließbar.The exhaust gas turbocharger 2 is with a wastegate valve 22 executed. The wastegate valve 22 allows part of that through the exhaust inlet 16 imported exhaust gas the turbine wheel 10 bypasses and into the chamber 20 is led into the turbine outlet opening 18 opens. With the wastegate valve 22 a bypass duct with a variable flow cross-section for setting the volume flow is thus steplessly openable or closable.

Zur Betätigung des Wastegate-Ventils 22 ist ein Aktuator vorgesehen, dessen Aktuatorgehäuse 24 mit dem Gehäuse 8 bewegungsfest verbunden ist.For actuating the wastegate valve 22 an actuator is provided, the actuator housing 24 with the housing 8th is connected in a motion-proof manner.

Der Aktuator ist als Linearstellglied ausgeführt, mit dem eine in der 1 durch ein Drehgelenk 26 verdeckte Druckstange in einer Richtung parallel zur Drehachse 4 des Turbinenrades 10 verschiebbar ist, sodass über einen Hebel 28, der mit dem Drehgelenk 26 gelenkig gekoppelt ist, eine Welle 30 um deren Schwenkachse 32 geschwenkt werden kann.The actuator is designed as a linear actuator with which one in the 1 through a swivel 26 concealed push rod in a direction parallel to the axis of rotation 4 of the turbine wheel 10 is movable, so that a lever 28 with the swivel 26 is articulated, a shaft 30 about their pivot axis 32 can be pivoted.

Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann ein Linearstellglied verwendet werden, mit dem die Druckstange nicht parallel zur Drehachse 4 verschoben wird, sodass die Druckstange und das Linearstellglied in einem beliebigen Winkel quer oder windschief zur Drehachse 4 ausgerichtet sind.In an alternative embodiment, a linear actuator can be used with which the push rod is not parallel to the axis of rotation 4 is moved so that the push rod and the linear actuator at any angle transversely or skew to the axis of rotation 4 are aligned.

Da insoweit bei beiden vorstehend beschriebenen Alternativen jeweils eine Linearbewegung in eine Schwenkbewegung umgewandelt wird, ist es bei einem dritten Ausführungsbeispiel auch möglich, anstelle eines Linearstellgliedes einen Schwenk- oder Drehmotor zu verwenden, dessen Ausgangswelle mittelbar oder unmittelbar mit der Welle 30 verbunden ist.Since a linear movement is converted into a swiveling movement in each of the two alternatives described above, it is also possible in a third exemplary embodiment to use a swiveling or rotary motor instead of a linear actuator, the output shaft of which directly or indirectly with the shaft 30 connected is.

Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist jedenfalls der Hebel 28 mit dem ersten Wellenende 34 der Welle 30 verbunden, die in einer Hülse 36 schwenkbar aufgenommen ist, die bewegungsfest mit dem Gehäuse 8 verbunden ist. Aus der Hülse 36 ragen das erste Wellenende 34 und ein zweites Wellenende 38 heraus. Das zweite Wellenende 38 ist mit einem Betätigungsarm 40 verbunden.At the in 1 shown embodiment is in any case the lever 28 with the first shaft end 34 the wave 30 connected that in a sleeve 36 is pivotally received, which is fixed in motion with the housing 8th connected is. From the sleeve 36 protrude the first shaft end 34 and a second shaft end 38 out. The second shaft end 38 is with an operating arm 40 connected.

Zum Öffnen des Wastegate-Ventils 22 ist der Betätigungsarm 40 um die Schwenkachse 32 schwenkbar, die quer und versetzt zu einer Längsachse 41 eines Ventiltellers 43 angeordnet ist. Die Schwenkachse 32 und die Längsachse 41 sind bevorzugt orthogonal zueinander angeordnet.To open the wastegate valve 22 is the operating arm 40 around the pivot axis 32 swiveling that is transverse and offset to a longitudinal axis 41 a valve plate 43 is arranged. The pivot axis 32 and the longitudinal axis 41 are preferably arranged orthogonally to one another.

Wie aus 2 ersichtlich, wird mittels des Betätigungsarms 40 der Ventilteller 43 über ein Gelenk 42 mit drei Freiheitsgraden gegen einen Ventilsitz 44 gedrückt, wenn mittels des Aktuators eine Umgehungsöffnung 46 in einem geschlossenen Zustand des Wastegate-Ventils 22 verschlossen ist. Der Ventilsitz 44 umgibt eine Mündung 47 der Umgehungsöffnung 46.How out 2 can be seen by means of the actuating arm 40 the valve disc 43 about a joint 42 with three degrees of freedom against a valve seat 44 pressed when a bypass opening is made by means of the actuator 46 in a closed state of the wastegate valve 22 is closed. The valve seat 44 surrounds an estuary 47 the bypass opening 46 ,

Der Ventilteller 43 ist fest mit einem koaxial zur Längsachse 41 ausgerichteten sphärischen Gelenkteil 48 des Gelenks 42 verbunden. Das Gelenk 42 ist als Kugelgelenk ausgebildet. Bei dem Kugelgelenk ist die innenseitige Oberfläche 50 einer Einbuchtung 52, in der das sphärische Gelenkteil 48 aufgenommen ist, ebenfalls sphärisch ausgestaltet. Die Einbuchtung 52 weist den gleichen Mittelpunkt 54 auf, wie das sphärische Gelenkteil 48. Dieser gemeinsame Mittelpunkt 54 von sphärischem Gelenkteil 48, Einbuchtung 52 und einem vom Betätigungsarm 40 vorspringenden sphärischen Bereich 55 liegt in einer gleichen Ebene 56, wie die Anlagefläche 58 des Ventiltellers 43, mit der der Ventilteller 43 zum Schließen der Umgehungsöffnung 46 gegen den Ventilsitz 44 gedrückt werden kann.The valve plate 43 is fixed with a coaxial to the longitudinal axis 41 aligned spherical joint part 48 of the joint 42 connected. The joint 42 is designed as a ball joint. The inside surface of the ball joint is 50 an indentation 52 , in which the spherical joint part 48 is also spherical. The dent 52 points to the same center 54 on how the spherical joint part 48 , This common focus 54 of spherical joint part 48 , Indentation 52 and one from the operating arm 40 protruding spherical area 55 lies on the same level 56 how the contact surface 58 of the valve plate 43 with which the valve disc 43 to close the bypass opening 46 against the valve seat 44 can be pressed.

Das Gelenkteil 48 wird unter der Kraft einer Feder 60 in der Art einer Tellerfeder an die Oberfläche 50 der Einbuchtung 52 im Betätigungsarm 40 angedrückt. Der Einbuchtung 52 schließt sich eine Durchgangsöffnung 62 an, die mit einem Radialabstand 64 von einem Zapfen 65 durchsetzt ist, der sich dem sphärischen Gelenkteil 48 anschließt und außerhalb der Durchgangsöffnung 62 mit einer Scheibe 66 verbunden ist. An der Scheibe 66 liegt ein Federende 68 der Feder 60 vorgespannt an.The joint part 48 is under the force of a spring 60 like a disc spring to the surface 50 the indentation 52 in the operating arm 40 pressed. The indentation 52 a through opening closes 62 at a radial distance 64 from a cone 65 is interspersed with the spherical joint part 48 connects and outside the through opening 62 with a disc 66 connected is. On the disc 66 there is a spring end 68 the feather 60 biased to.

Das andere Federende 70 ist an dem vom Betätigungsarm 40 vorspringenden sphärischen Bereich 55 abgestützt und auf demselben gleitend verschiebbar angeordnet. Der sphärische Bereich 55 umgibt die Durchgangsöffnung 62 an deren von der Einbuchtung 52 fern stehendem Ende. Das sphärische Gelenkteil 48 und der sphärische Bereich 55 weisen im Wesentlichen den gleichen Mittelpunkt 54 auf.The other end of the spring 70 is on the actuator arm 40 protruding spherical area 55 supported and slidably arranged on the same. The spherical area 55 surrounds the passage opening 62 at their from the indentation 52 distant end. The spherical joint part 48 and the spherical area 55 have essentially the same center 54 on.

Die Einbuchtung 52 und der vorspringende, sphärische Bereich 55 sind derart zueinander angeordnet, dass die Materialdicke des Betätigungsarms 40 in Richtung von einer Zentralachse 71 der Durchgangsöffnung 62 auf die Schwenkachse 32 zunimmt. Alternativ könnte die Materialdicke des Betätigungsarms 40 in Richtung von einer Zentralachse 71 der Durchgangsöffnung 62 auf die Schwenkachse 32 auch gleichbleibend sein. Jedenfalls wird somit ermöglicht, den Betätigungsarm 40 kostengünstig als Tiefziehteil oder Stanzteil herzustellen.The dent 52 and the protruding spherical area 55 are arranged to each other in such a way that the material thickness of the actuating arm 40 towards a central axis 71 the through opening 62 on the swivel axis 32 increases. Alternatively, the material thickness of the actuating arm could be 40 towards a central axis 71 the through opening 62 on the swivel axis 32 also be consistent. In any case, this enables the actuating arm 40 inexpensive to manufacture as a deep-drawn part or stamped part.

Die Feder 60 weist ein u-förmig gebogenes und um deren Zentralachse 76 umlaufendes Profil auf. Eine Schenkelfläche 78 des u-förmigen Profils liegt an der Scheibe 66 an. Eine andere Schenkelfläche 80 des u-förmigen Profils liegt an dem sphärischen Bereich 55 an und folgt dessen Kontur.The feather 60 has a u-shaped curve and about its central axis 76 circumferential profile. A thigh surface 78 of the U-shaped profile lies on the disc 66 on. Another thigh area 80 of the U-shaped profile lies on the spherical area 55 and follows its contour.

Die an der Scheibe 66 anliegende Schenkelfläche 78 ist konvex gewölbt und liegt an einer konkaven Fläche 82 der Scheibe 66 an.The one on the disc 66 adjacent thigh surface 78 is convex and lies on a concave surface 82 the disc 66 on.

Die beiden Schenkelflächen 78, 80 sind sphärisch mit dem Mittelpunkt 54. The two thigh surfaces 78 . 80 are spherical with the center 54 ,

3 zeigt in einer Darstellung analog zu 2 ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Wastegate-Ventils 122 mit dem Betätigungsarm 40. 3 shows in a representation similar to 2 an alternative embodiment of a wastegate valve 122 with the operating arm 40 ,

Analog zum Ausführungsbeispiel nach 2 weist auch beim zweiten Ausführungsbeispiel die Feder 160 einerseits einen radial inneren Randbereich 170 auf, der an dem sphärischen Bereich 155 anliegt. Andererseits weist die Feder 160 einen radial außerhalb des inneren Randbereichs 170 angeordneten radial äußeren Randbereich 174 auf, der an der Scheibe 166 anliegt.
Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach 2 weist die Tellerfeder 160 eine eher übliche Form auf, wobei jedoch Teile der Tellerfeder 160 zungenartig ausgeführt sein können, wie es beispielsweise aus DE 11 2013 002 861 T5 oder von den Membranfedern bekannt ist, die in Automobilen als trockene Anfahr- und Schaltkupplungen für manuelle Schaltgetriebe verwendet werden. Beim Ausführungsbeispiel nach 2 kann die Tellerfeder 60 ebenfalls zungenartige Teile aufweisen.Analogous to the embodiment 2 also has the spring in the second embodiment 160 on the one hand a radially inner edge area 170 on that on the spherical area 155 is applied. On the other hand, the spring points 160 one radially outside the inner edge area 170 arranged radially outer edge area 174 on the on the disc 166 is applied.
In contrast to the embodiment according to 2 points the disc spring 160 a more common shape, but with parts of the disc spring 160 can be tongue-like, as it is made of DE 11 2013 002 861 T5 or is known from the diaphragm springs used in automobiles as dry start and shift clutches for manual transmissions. In the embodiment according to 2 can the disc spring 60 also have tongue-like parts.

Die Tellerfeder 160 ist mittels einer Radialstütze 84 an der Scheibe 166 abgestützt, sodass die Tellerfeder 160 beim Kippen des Ventiltellers 43 um den Mittelpunkt 54 an der Scheibe 166 im Wesentlichen festgelegt ist und demgegenüber vorrangig an dem sphärischen Bereich 155 entlang gleitet. Dazu ist die Tellerfeder 160 mit deren Außenkante 86 radial an einem Absatz 88 der Scheibe 166 abgestützt, der an einer zentralen Vertiefung 90 der Scheibe 166 gebildet ist. Der Absatz 88 begrenzt die Vertiefung 90 und ist somit durchgängig. Alternativ kann der Absatz 88 auch unterbrochen umlaufen.The disc spring 160 is by means of a radial support 84 on the disc 166 supported so that the disc spring 160 when tilting the valve plate 43 around the center 54 on the disc 166 is essentially fixed and, in contrast, primarily on the spherical area 155 slides along. This is the disc spring 160 with their outer edge 86 radial on a shoulder 88 the disc 166 supported on a central depression 90 the disc 166 is formed. Paragraph 88 limits the deepening 90 and is therefore consistent. Alternatively, the paragraph 88 also circulate interrupted.

Die Scheibe 66 bzw. 166 kann auf den Zapfen 65 gesteckt, gepresst oder geschraubt sein. Bevorzugt ist die Scheibe 66 bzw. 166 lasergeschweißt und die Feder 60 bzw. 160 vor dem Montageprozess, insbesondere vor dem Schweißprozess in eine Richtung definiert vorgespannt. Zur Sicherung kann das Ende des Zapfens gestaucht sein. Jedenfalls ist eine Verbindung vorzusehen, die thermisch hoch belastbar ist. Die Scheibe muss nicht rund sein, sondern kann beispielsweise eine eckige Grundform aufweisen. Die dahingehenden Ecken können auch gerundet sein.The disc 66 respectively. 166 can on the spigot 65 inserted, pressed or screwed. The disk is preferred 66 respectively. 166 laser welded and the spring 60 respectively. 160 pre-stressed in one direction before the assembly process, especially before the welding process. To secure the end of the pin can be compressed. In any case, a connection must be provided that can withstand high thermal loads. The pane does not have to be round, but can, for example, have an angular basic shape. The relevant corners can also be rounded.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 112013002861 T5 [0002, 0037]DE 112013002861 T5 [0002, 0037]
DE 102016100900 A1 [0003]DE 102016100900 A1 [0003]

Claims

Abgasturbolader (2), bei dem ein Abgasstrom (5) an einem Turbinenrad (10) vorbei über ein geöffnetes Wastegate-Ventil (22 bzw. 122) geführt werden kann, das einen Ventilteller (43) mit einer Längsachse aufweist, der in einem geschlossenen Zustand des Wastegate-Ventils (22 bzw. 122) eine Umgehungsöffnung (46) verschließt, indem der Ventilteller (43) mittels eines Betätigungsarms (40) über ein ein sphärisches Gelenkteil (48) aufweisendes Gelenk (42) mit drei Freiheitsgraden gegen einen Ventilsitz (44) gedrückt wird, der eine Mündung (47) der Umgehungsöffnung (46) umgibt, wobei der Betätigungsarm (40) zum Öffnen des Wastegate-Ventils (22 bzw. 122) um eine Schwenkachse (32) schwenkbar ist, die quer und versetzt zur Längsachse (41) des Ventiltellers (43) angeordnet ist, der fest mit dem koaxial zur Längsachse (41) ausgerichteten sphärischen Gelenkteil (48) verbunden ist, das unter der Kraft einer Feder (60) in der Art einer Tellerfeder an eine Oberfläche (50) einer Einbuchtung (52) im Betätigungsarm (40) angedrückt wird, der sich eine Durchgangsöffnung (62) anschließt, die mit einem Radialabstand (64) von einem Zapfen (65) durchsetzt ist, der sich dem sphärischen Gelenkteil (48) anschließt und außerhalb der Öffnung mit einer Scheibe (66) verbunden ist, an der ein Ende der Feder (60) vorgespannt anliegt, deren anderes Ende an einem vom Betätigungsarm (40) vorspringenden sphärischen Bereich (55) abgestützt und auf demselben gleitend verschiebbar angeordnet ist, wobei der sphärische Bereich (55) die Durchgangsöffnung (62) umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass das sphärische Gelenkteil (48) und der sphärische Bereich (55) im Wesentlichen den gleichen Mittelpunkt (54) aufweisen.Exhaust gas turbocharger (2), in which an exhaust gas stream (5) can be guided past a turbine wheel (10) via an open wastegate valve (22 or 122), which has a valve disk (43) with a longitudinal axis, which is in a closed position State of the wastegate valve (22 or 122) closes a bypass opening (46) in that the valve plate (43) by means of an actuating arm (40) via a joint (42) with a spherical joint part (48) with three degrees of freedom against a valve seat ( 44) is pressed, which surrounds a mouth (47) of the bypass opening (46), the actuating arm (40) for opening the wastegate valve (22 or 122) being pivotable about a pivot axis (32) which is transverse and offset to The longitudinal axis (41) of the valve plate (43) is arranged, which is fixedly connected to the spherical joint part (48) which is aligned coaxially to the longitudinal axis (41) and which, under the force of a spring (60), resembles a surface (50 ) a booking device (52) is pressed in the actuating arm (40), which is followed by a through opening (62) which is penetrated with a radial distance (64) by a pin (65) which connects to the spherical joint part (48) and outside the opening is connected to a disc (66) on which one end of the spring (60) is biased, the other end of which is supported on a spherical region (55) projecting from the actuating arm (40) and is slidably arranged thereon, the spherical region (55) surrounds the through opening (62), characterized in that the spherical joint part (48) and the spherical region (55) have essentially the same center point (54).

Abgasturbolader nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenk (42) als Kugelgelenk ausgebildet ist, bei dem die Oberfläche (50) der Einbuchtung (52) ebenfalls sphärisch ausgestaltet ist und den gleichen Mittelpunkt (54) aufweist, wie das sphärische Gelenkteil (48).Exhaust gas turbocharger after Claim 1 , characterized in that the joint (42) is designed as a ball joint, in which the surface (50) of the indentation (52) is also spherical and has the same center point (54) as the spherical joint part (48).

Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (60) einerseits einen radial inneren Randbereich (72) aufweist, der an dem sphärischen Bereich (55) anliegt und andererseits einen radial außerhalb des inneren Randbereichs (72) angeordneten radial äußeren Randbereich (74) aufweist, der an der Scheibe (66) anliegt.Exhaust gas turbocharger according to one of the preceding claims, characterized in that the spring (60) on the one hand has a radially inner edge region (72) which bears on the spherical region (55) and on the other hand a radially outer edge region arranged radially outside the inner edge region (72) (74), which rests on the disc (66).

Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tellerfeder (60) mittels einer Radialstütze (84) an der Scheibe (66) abgestützt ist, sodass die Tellerfeder (60) beim Kippen des Ventiltellers (43) um den Mittelpunkt (54) an der Scheibe (66) im Wesentlichen festgelegt ist und demgegenüber vorrangig an dem sphärischen, vorspringenden Bereich (55) entlang gleitet.Exhaust gas turbocharger according to one of the preceding claims, characterized in that the plate spring (60) is supported on the disc (66) by means of a radial support (84), so that the plate spring (60) when the valve plate (43) tilts around the center point (54) is essentially fixed on the disk (66) and, in contrast, primarily slides along the spherical, projecting region (55).

Abgasturbolader nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Tellerfeder (60) mit deren Außenkante (86) radial an einem Absatz (88) der Scheibe (66) abgestützt ist, der insbesondere an einer zentralen Vertiefung (90) der Scheibe (66) gebildet ist.Exhaust gas turbocharger after Claim 4 , characterized in that the plate spring (60) with its outer edge (86) is supported radially on a shoulder (88) of the disk (66), which is formed in particular on a central recess (90) of the disk (66).

Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (60) ein u-förmig gebogenes und um deren Zentralachse (76) umlaufendes Profil aufweist, wobei eine Schenkelfläche (78) des u-förmigen Profils an der Scheibe (66) anliegt und wobei die andere Schenkelfläche (80) des u-förmigen Profils an dem sphärischen Bereich (55) anliegt.Exhaust gas turbocharger according to one of the preceding claims, characterized in that the spring (60) has a U-shaped profile which extends around its central axis (76), one leg surface (78) of the U-shaped profile abutting the disc (66) and wherein the other leg surface (80) of the U-shaped profile abuts the spherical region (55).

Abgasturbolader nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Scheibe (66) anliegende Schenkelfläche (78) konvex gewölbt ist und an einer konkaven Fläche (82) der Scheibe (66) anliegt.Exhaust gas turbocharger after Claim 6 , characterized in that the leg surface (78) abutting the disc (66) is convexly curved and abuts a concave surface (82) of the disc (66).

Abgasturbolader nach Patentanspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schenkelflächen (78, 80) sphärisch sind mit dem Mittelpunkt (54).Exhaust gas turbocharger after Claim 6 or 7 , characterized in that the two leg surfaces (78, 80) are spherical with the center (54).

Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Mittelpunkt (54) von sphärischem Gelenkteil (48) und sphärischem Bereich (55) zumindest im Wesentlichen in einer gleichen Ebene (56) liegt wie eine Anlagefläche des Ventiltellers (43), mit der der Ventilteller (43) zum Schließen der Umgehungsöffnung (46) gegen einen Ventilsitz (44) gedrückt werden kann.Exhaust gas turbocharger according to one of the preceding claims, characterized in that the common center point (54) of the spherical joint part (48) and the spherical region (55) lies at least substantially in the same plane (56) as an abutment surface of the valve plate (43) which the valve disk (43) can be pressed against a valve seat (44) to close the bypass opening (46).

Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbuchtung (52) und der sphärisch vorspringende Bereich (55) derart zueinander angeordnet sind, dass die Materialdicke des Betätigungsarms (40) in Richtung von einer Zentralachse (76) der Feder (60) auf die Schwenkachse (32) gleichbleibend ist oder zunimmt.Exhaust gas turbocharger according to one of the preceding claims, characterized in that the indentation (52) and the spherically projecting region (55) are arranged relative to one another in such a way that the material thickness of the actuating arm (40) in the direction of a central axis (76) of the spring (60) on the pivot axis (32) is constant or increases.