DE3839968A1 - Turbine housing of an exhaust turbocharger - Google Patents

Turbine housing of an exhaust turbocharger

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Abstract

A turbine housing of an exhaust turbocharger has an integral bypass duct, which is connected to the duct carrying the exhaust gas by an opening, which is controlled by a bypass valve (wastegate). The valve disc of the bypass valve interacts with a valve seat, which is inserted with a radial clearance into a recess circularly surrounding the opening. The valve seat ring is axially fixed in that the edge of the circular recess is bent over radially inwards at certain points distributed over the circumference.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Turbinengehäuse eines Abgasturboladers entsprechend dem Oberbegriff des An­ spruchs 1. Ein derartiges Turbinengehäuse ist aus dem DE-GM 19 89 619 bekannt geworden.The invention relates to a turbine housing Exhaust gas turbocharger according to the preamble of the An saying 1. Such a turbine housing is from the DE-GM 19 89 619 become known.

Die den Rand der Öff­ nung umgebende Aussparung nimmt dabei einen radialen Flansch des Ventilsitzringes auf, wodurch dieser in einer Richtung axial fixiert ist. Über die Halterung des Ventil­ sitzes ist in dieser Druckschrift nichts ausgesagt.The the edge of the public The surrounding recess takes a radial Flange of the valve seat ring, whereby this in a Direction is fixed axially. Via the bracket of the valve nothing is stated in this publication.

Ventilsitzringe werden in Zylinderköpfe von Brennkraft­ maschinen im allgemeinen eingepreßt oder eingeschrumpt. Es sind auch eingeschraubte Ventilsitzringe bekannt (DE-PS 21 64 357) sowie die Befestigung durch Sprengringe (DE-OS 21 65 885). Diese bekannten Befestigungsarten für Ventil­ sitzringe sind für den Ventilsitz des Bypassventils eines Turboladers nicht geeignet, da wegen der hohen Tempera­ turen, denen der Ventilsitzring des Bypassventils im Be­ trieb ausgesetzt ist, der Ventilsitzring aus einem hoch­ hitzebeständigen und bei hohen Temperaturen verschleiß­ festen Material hergestellt werden muß, dessen Ausdeh­ nungskoeffizient erheblich größer ist als derjenige des Werkstoffs des Turbinengehäuses. Ein eingespreßter, ein­ geschrumpfter oder eingeschraubter Ventilsitzring verur­ sacht daher bei Betriebstemperatur, die bis zu 1000°C be­ tragen kann, im Turbinengehäuse Spannungen, die zu Rissen und somit zur Gasundichtheit führen können.Valve seat rings are in cylinder heads of internal combustion machines are generally pressed or shrunk. It screwed-in valve seat rings are also known (DE-PS 21 64 357) and the attachment by snap rings (DE-OS 21 65 885). These known types of mounting for valve Seat rings are one for the valve seat of the bypass valve Turbocharger not suitable because of the high tempera turen, the valve seat ring of the bypass valve in the Be is suspended, the valve seat ring from a high heat-resistant and wear at high temperatures solid material must be produced, the expansion coefficient is considerably larger than that of the Material of the turbine housing. One pressed in, one shrunk or screwed in valve seat ring therefore gently at operating temperature up to 1000 ° C can carry stresses in the turbine housing that lead to cracks and can lead to gas leakage.

Außerdem sollte der Ventilsitzring, wenn er einmal ausge­ schlagen ist, erneuert werden können, was bei den bekann­ ten Befestigungen, wenn überhaupt, so nur sehr bedingt möglich ist.
In addition, the valve seat ring should, once it is knocked out, be replaced, which is only possible to a very limited extent, if at all, with the known fastenings.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Turbinenge­ häuse der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei dem das Auftreten von gefährlichen Spannungen durch die Wärme­ dehnung des Ventilsitzringes vermieden und ein unproble­ matischer Ersatz eines ausgeschlagenen Ventilsitzringes ermöglicht ist.The invention has for its object a turbine to create houses of the generic type, in which the The occurrence of dangerous tensions due to heat expansion of the valve seat ring avoided and an unproblematic Matic replacement of a worn valve seat ring is possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kenn­ zeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved by the in the Kenn Character of claim 1 specified features solved.

Bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag kann sich der Ventil­ sitzring ausdehnen, ohne übermäßige Spannungen im Tur­ binengehäuse zu erzeugen, bis er bei Betriebstemperatur dichtend an der Umfangswand der kreisförmigen Aussparung anliegt. Dies wird durch ein entsprechendes radiales Ein­ bauspiel erreicht, das die unterschiedlichen Wärmedeh­ nungskoeffizienten des Werkstoffes des Ventilsitzringes und des Turbinengehäuses berücksichtigt. Muß der Ventilsitzring ausgetauscht werden, so brauchen lediglich die an einigen Stellen des Steges zwischen der Ringnut und dem Rand der Aussparung vorgesehenen Verstemmungen entfernt, beispiels­ weise abgedreht werden, worauf der Ventilsitzring heraus­ genommen und ein neuer Ventilsitzring eingesetzt werden kann, der dann durch Verstemmen des Steges an anderen Stellen wieder axial fixiert wird.In the proposal according to the invention, the valve Extend seat ring without excessive tension in the door to produce bin casing until it is at operating temperature sealing on the peripheral wall of the circular recess is present. This is indicated by a corresponding radial on construction game achieved that the different Wärmedeh tion coefficient of the material of the valve seat ring and Turbine housing considered. Must the valve seat ring only need to be replaced on some Place the web between the ring groove and the edge of the Recess provided caulking removed, for example be turned off, whereupon the valve seat ring out and a new valve seat ring can be inserted can, by caulking the web to others Set is axially fixed again.

Vorzugsweise ist die äußere Umfangskante des Ventilsitz­ ringes abgeschrägt, so daß die Stegabschnitte nur wenig verformt werden müssen. Außerdem wird durch die Abschrä­ gung eine bessere axiale Fixierung des Ventilsitzringes erreicht.Preferably, the outer peripheral edge of the valve seat ring beveled, so that the web sections only a little must be deformed. In addition, the bevel a better axial fixation of the valve seat ring reached.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt An embodiment of the invention is as follows described with reference to the drawings. It shows  

Fig. 1 ein Turbinengehäuse eines Abgasturboladers, teil­ weise geschnitten, Fig. 1 a turbine housing of an exhaust turbocharger, partly in section,

Fig. 2 einen Schnitt entlang Linie 2-2 in Fig. 1 in größerem Maßstab, dargestellt ohne Ventil, Fig. 2 shows a section along line 2-2 in Fig. 1 in a larger scale, shown without a valve,

Fig. 3A den Ventilsitzring im Schnitt nach dem Ein­ setzen in die Aussparung, jedoch vor der Fixierung, Fig. 3A, the valve seat ring in section along the A put into the recess, but before the fixation,

Fig. 3B den Ventilsitzring während der axialen Fixierung. Fig. 3B the valve seat ring during the axial fixation.

In den Zeichnungen ist mit 1 das Turbinengehäuse eines Ab­ gasturboladers bezeichnet, in dem ein Turbinenlaufrad 2 angeordnet ist und das eine Abgas-Eintrittsöffnung 3, einen Spiralkanal 4 und eine Abgas-Austrittsöffnung 5 auf­ weist. In das Turbinengehäuse 1 ist ferner ein Bypasskanal 6 integriert, der von einer inneren Wand 7 und einer äußeren Wand 8 begrenzt ist und mit dem Spiralkanal 4 durch eine Öffnung 9 in der inneren Wand 7 in Verbindung steht. Die Öffnung 9 wird von einem als Tellerventil aus­ gebildeten Bypassventil (Wastegate) 10 beherrscht. Das Tellerventil 10 wirkt mit einem Ventilsitzring 11 zu­ sammen, der in eine die Öffnung 9 umgebende kreisförmige Aussparung 12 in der Außenfläche der inneren Wand 7 einge­ setzt ist. Der Ventilsitzring 11 besteht aus einem hoch­ hitzebeständigen Werkstoff, dessen Wärmedehnungskoeffi­ zient erheblich größer ist als derjenige des Werkstoffs des Turbinengehäuses 1. Wie aus Fig. 3A und 3B ersicht­ lich ist, ist der Ventilsitzring 11 mit einem radialen Spiel a in die kreisförmige Aussparung 12 eingesetzt, wo­ bei dieses radiale Spiel so bemessen ist, daß der Ventil­ sitzring 11 bei Betriebstemperatur dichtend an der Um­ fangsfläche 13 der Aussparung 12 anliegt, ohne jedoch eine übermäßige Spannung im Material des Turbinengehäuses 1 zu erzeugen. In the drawings, 1 denotes the turbine housing of a gas turbocharger, in which a turbine impeller 2 is arranged and which has an exhaust gas inlet opening 3 , a spiral channel 4 and an exhaust gas outlet opening 5 . In the turbine housing 1 , a bypass duct 6 is also integrated, which is delimited by an inner wall 7 and an outer wall 8 and communicates with the spiral duct 4 through an opening 9 in the inner wall 7 . The opening 9 is controlled by a bypass valve (wastegate) 10 formed as a poppet valve. The poppet valve 10 interacts with a valve seat ring 11 which is inserted into a circular recess 12 surrounding the opening 9 in the outer surface of the inner wall 7 . The valve seat ring 11 is made of a highly heat-resistant material whose coefficient of thermal expansion is considerably larger than that of the material of the turbine housing 1 . As shown in Fig. 3A and 3B ersicht is Lich, the valve seat ring 11 is inserted with a radial clearance a in the circular recess 12, where dimensioned with radial clearance so that the valve seat ring 11 at the operating temperature sealingly on the order circumferential surface 13 of the Recess 12 is present, but without generating excessive tension in the material of the turbine housing 1 .

Die kreisförmige Aussparung 12 ist von einer Ringnut 14 umgeben. Zur axialen Fixierung des Ventilsitzringes 11 in der Aussparung 12 ist der Steg 15 zwischen der Ringnut 14 und der Umfangswand 13 der Aussparung 12 an einigen über den Umfang gleichmäßig verteilten Stellen, im Ausführungs­ beispiel an fünf Stellen, radial nach innen über den Rand des Ventilsitzes 11 gedrückt. Diese eingedrückten oder verstemmten Stegabschnitte 16 liegen an der abgeschrägten äußeren Umfangskante 17 des Ventilsitzringes 11 an, wie dies in Fig. 3B gezeigt ist. Durch die Abschrägung der Kante 17 wird die nötige Verformung der Stegabschnitte 16 verringert und bei der Ausdehnung des Ventilsitzringes 11 eine feste axiale Fixierung erreicht.The circular recess 12 is surrounded by an annular groove 14 . For axially fixing the valve seat ring 11 in the recess 12 , the web 15 between the annular groove 14 and the circumferential wall 13 of the recess 12 at some points evenly distributed over the circumference, in the embodiment example at five points, radially inward over the edge of the valve seat 11 pressed. These pressed or caulked web sections 16 abut the chamfered outer peripheral edge 17 of the valve seat ring 11 , as shown in FIG. 3B. By chamfering the edge 17 , the necessary deformation of the web sections 16 is reduced and a firm axial fixation is achieved when the valve seat ring 11 is expanded .

Die Verformung der Stegabschnitte 16 kann mit Hilfe eines rohrförmigen Werkzeuges 18 (Fig. 3B) erfolgen, das an seinem unteren Ende eine der Anzahl der zu verformenden Stegabschnitte 16 entsprechende Anzahl von Fortsätzen 19 aufweist, die jeweils mit einem nasenförmigen Abschnitt 20 versehen sind, der in die Ringnut 14 eingreift und den Stegabschnitt 16 radial nach innen drückt. Außerdem hat jeder Fortsatz 19 eine Auflagefläche 21, die während des Verstemmvorganges den Ventilsitzring 11 fest auf den Boden der Aussparung 12 drückt, so daß der Stegabschnitt 16 kontrolliert verformt wird.The deformation of the web sections 16 can be carried out with the aid of a tubular tool 18 ( FIG. 3B) which has at its lower end a number of extensions 19 corresponding to the number of web sections 16 to be deformed, each of which is provided with a nose-shaped section 20 which engages in the annular groove 14 and presses the web portion 16 radially inwards. In addition, each extension 19 has a support surface 21 which presses the valve seat ring 11 firmly against the bottom of the recess 12 during the caulking process, so that the web portion 16 is deformed in a controlled manner.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, hat die äußere Wand 8 des Bypasskanals 6 eine mit der Öffnung 9 fluchtende Öffnung 22, deren Durchmesser etwas größer ist als der Außendurch­ messer der Ringnut 14, so daß durch diese Öffnung sowohl der Ventilsitzring 11 als auch das Werkzeug 18 eingeführt werden kann. Die Öffnung 22 ist durch einen Deckel 23 ver­ schlossen, durch den sich der Schaft 24 des Tellerventils 10 in das Ventilgehäuse 25 erstreckt.As can be seen from Fig. 1, the outer wall 8 of the bypass channel 6 has an aligned with the opening 9 opening 22 , the diameter of which is slightly larger than the outer diameter of the annular groove 14 , so that both the valve seat ring 11 and that through this opening Tool 18 can be inserted. The opening 22 is closed by a cover 23 through which the stem 24 of the poppet valve 10 extends into the valve housing 25 .

Muß der Ventilsitzring 11 erneuert werden, so ist es lediglich erforderlich, die Stegabschnitte 16 zu entfernen beispielsweise abzudrehen, worauf der Ventilsitzring ent­ nommen und ein neuer Ventilsitzring in die Aussparung 12 eingesetzt werden kann. Dieser neue Ventilsitzring wird dann durch Verstemmen des Steges 15 an anderen Stellen fixiert.If the valve seat ring 11 has to be replaced, it is only necessary to remove the web sections 16 , for example by turning off, whereupon the valve seat ring is removed and a new valve seat ring can be inserted into the recess 12 . This new valve seat ring is then fixed at other points by caulking the web 15 .

Claims (2)

1. Turbinengehäuse eines Abgasturboladers mit integriertem Bypasskanal (6), der von einer inneren und einer äußeren Wand (7 bzw. 8) begrenzt ist und dessen innere (7) Wand eine Öffnung (9) zur Aufnahme eines Ventil­ sitzringes (11) für ein als Tellerventil ausgebildetes Bypassventil (10) (Wastegate) aufweist, wobei in der Außenfläche der inneren Wand (7) des Bypasskanals (6) eine die Öffnung umgebende kreisförmige Aussparung (12) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitzring (11) mit radialem Spiel in die kreisförmige Aussparung (12) eingesetzt ist, daß die Aussparung (12) von einer Ringnut (14) umgeben ist und daß der Steg (15) zwischen der Ringnut (14) und dem Rand der Aussparung (12) an einigen, über den Umfang verteilten Stellen (16) radial nach innen über den Rand des Ventilsitzringes (11) gedrückt ist.1. Turbine housing of an exhaust gas turbocharger with integrated bypass duct ( 6 ) which is delimited by an inner and an outer wall ( 7 and 8 ) and the inner ( 7 ) wall of an opening ( 9 ) for receiving a valve seat ring ( 11 ) for a Bypass valve ( 10 ) (wastegate) designed as a poppet valve, a circular recess ( 12 ) surrounding the opening being provided in the outer surface of the inner wall ( 7 ) of the bypass channel ( 6 ), characterized in that the valve seat ring ( 11 ) has a radial Game in the circular recess ( 12 ) is inserted that the recess ( 12 ) is surrounded by an annular groove ( 14 ) and that the web ( 15 ) between the annular groove ( 14 ) and the edge of the recess ( 12 ) at some, over the circumferentially distributed locations ( 16 ) is pressed radially inwards over the edge of the valve seat ring ( 11 ). 2. Turbinengehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die äußere Umfangskante (17) des Ventilsitz­ ringes (11) abgeschrägt ist.2. Turbine housing according to claim 1, characterized in that the outer peripheral edge ( 17 ) of the valve seat ring ( 11 ) is chamfered.
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