WO2019110581A1 - Wastegateanordnung für einen abgasturbolader - Google Patents

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WO2019110581A1
WO2019110581A1 PCT/EP2018/083469 EP2018083469W WO2019110581A1 WO 2019110581 A1 WO2019110581 A1 WO 2019110581A1 EP 2018083469 W EP2018083469 W EP 2018083469W WO 2019110581 A1 WO2019110581 A1 WO 2019110581A1
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wastegate
bearing bush
wastegateanordnung
sealing ring
exhaust gas
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PCT/EP2018/083469
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Christian RÖMER
Christian Kirschner
Markus Pflüger
Maximilian Hoffmann
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Continental Automotive Gmbh
Elringklinger Ag
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Publication date
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/18—Control of the pumps by bypassing exhaust from the inlet to the outlet of turbine or to the atmosphere
    • F02B37/183—Arrangements of bypass valves or actuators therefor
    • F02B37/186—Arrangements of actuators or linkage for bypass valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
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    • F16K1/16—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members
    • F16K1/18—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members with pivoted discs or flaps
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    • F16K1/2028—Details of bearings for the axis of rotation
    • F16K1/2035—Details of bearings for the axis of rotation the axis of rotation having only one bearing
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    • F16K1/2042—Special features or arrangements of the sealing
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a Wastegatean Aunt for a gas turbocharger from.
  • An exhaust gas turbocharger usually has a turbine housing, a compressor housing and a bearing housing arranged between the turbine housing and the compressor housing.
  • a turbine housing mounted on a shaft turbine wheel is provided, which is driven by the exhaust gas flow of a Brennkraftma machine.
  • the rotational movement of the shaft is carried on a likewise mounted on the shaft compressor wheel, which is arranged in the compressor housing.
  • the Wel le is rotatably mounted in the bearing housing.
  • This wastegate arrangement has inter alia a wastegate flap closing a wastegate channel, a wastegate spindle and a wastegate flap lever.
  • the wastegate flap lever is part of a Linkagesystems, which further includes a rule Stan ge and an actuator.
  • This Linkagesystem allowed ei ne adjustment of the wastegate flap such that it is closed in front of small exhaust gas mass flows and is open in the presence of large exhaust gas mass flows. Consequently, in the presence of small exhaust gas mass flows of the entire exhaust gas mass flow is supplied to the turbine wheel and drives it. In the presence of large exhaust gas mass flows is part of the Exhaust gas mass flow past the turbine wheel passes through the wastegate channel and thus bypasses the turbine wheel.
  • a control flap assembly of an exhaust gas turbocharger comprises a flap plate, a binengephaseuse by means of a bushing in the door guided flap shaft and a sealing device for sealing the flap shaft to at least one Dichtstel le.
  • the flap shaft is connected via an outer flap lever with a control rod of a drive and an inner flap lever with the flap plate.
  • the Dichtein direction has at least one resilient sealing lip which presses under bias on the sealing point.
  • an actuator for an exhaust gas flow control of an exhaust gas turbocharger which may be a Wastegateanssen.
  • This Wastegatean Aunt has a ge in a bushing led wastegate spindle, which is connected to a Spindelstellele element.
  • a metal ring is provided as a seal, which has resilient properties.
  • This sheet metal ring is plate-shaped and has a central opening, an inner ring portion and an outer Ringbe rich, wherein the inner ring portion rich with the outer ring is connected by a central ring portion.
  • the inner and outer ring portion are flat and lie in the mirror axis perpendicular, in the axial direction staggered planes, while the middle Ringbe rich in section along the axis obliquely to the other two annular areas.
  • Wastegatespindel a Wastegatean Aunt is - as stated before standing - usually in a bearing bush gela siege, which is pressed into the turbine housing. Since during operation of the exhaust gas turbocharger the wastegate spindle heats up faster than the bearing bushing, the wastegate spindle can get stuck inside the bearing bush. To this To avoid jamming, the thermal expansion of the wastegate spindle can be compensated by a larger diameter of the bearing bush compared to the diameter of the wastegate spindle. Due to the resulting gap dimension can escape during operation of the exhaust gas turbocharger part of the exhaust gas mass flow undesirably from the turbine housing through a leak between the bearing bush and the wastegate spindle in the environment of the exhaust gas turbocharger.
  • WO 2013/0173 055 A1 discloses a shaft sealing system for a turbocharger.
  • a spring-loaded, self-centering, complementary pair of opposing sealing surfaces is used to seal a leakage gap between the shaft and a bearing bush. These sealing surfaces are compressed by the force of the spring to achieve the desired seal.
  • a shaft device ei Nes turbocharger wherein the shaft means comprises a shaft which is arranged in a bearing bush means, wherein the bearing bush means at one or both ends of a receptacle for a sealing device has, which is in radial direction sealingly applied to a respective sealing surface.
  • the object of the invention is to provide a Wastegateanord- tion, in which the escape of a portion of the exhaust gas mass flow through the leakage gap between the bearing bush and the wastegate spindle is avoided in the environment.
  • a wastegate assembly according to the invention comprises a waste gate flap, a wastegate flap lever, a wastegate pin, and a wastegate spindle bearing bushing. Furthermore, it contains a sealing unit which is formed by a Volu mendichtring made of soft material and a ring with the volume density contacted plate spring.
  • the bearing bush preferably has a Verbreiterungsab section, in which the volume sealing ring is inserted.
  • the volume sealing ring consists of soft material, preferably graphite or mica, in which one or more carrier layers, such as steel strips, are layered.
  • the diaphragm spring is made of high temperature Materi al, for example, for temperatures above 300 ° C, preferably, temperatures above 500 ° C, resistant, preferably made of steels with a Ni content of 6.0-13.0%, a Cr content of 13-21%, a C content below 2% and a Mn content below 2%, or made of materials having a Ni content of over 50%, a Cr content of 17-22%, a Ti content of 0.5-2 , 0% and an Al content of over 0.5%. These materials are characterized by the fact that the mechanical properties and the thermal resistance are still sufficient for the spring function of the diaphragm spring at high temperatures.
  • the widening portion of the bearing bush in which the wastegate flap lever end facing the bearing bush is arranged.
  • the diaphragm spring is between tween the volume seal made of soft material and the wastegate lever positioned.
  • the diaphragm spring seals between the wastegate flap lever and the volume sealing ring made of soft material and replaces the wear that occurs over the service life of this sealing system.
  • the volume sealing ring made of soft material is in an advantageous Wei se in the widening portion of the bearing bush is pressed to achieve the desired sealing effect.
  • This Pressing the volume sealing ring in the Verbreiterungsab section takes place in the axial direction, ie in the direction of the longitudinal axis of the wastegate spindle.
  • This pressing in the axial direction is due to a strong plasticization of the material of the volume seal a high force in radia ler direction exerted both on the bearing bush and on the wastegate spindle.
  • FIG. 1 shows a perspective sketch to illustrate the structure of an exhaust gas turbocharger equipped with a wastegate arrangement
  • Figure 2 is a sectional view for illustrating a
  • 3 is a sectional view illustrating the leak path between the wastegate spindle and its La gerbüchse
  • FIG. 4 is a sectional view illustrating a first embodiment of the invention
  • Figure 5 is an enlarged view of a portion of the sectional view shown in Figure 4.
  • Figure 6 is a sectional view for illustrating a
  • FIG. 1 shows a perspective sketch for the illustration of the structure of an exhaust gas turbocharger equipped with a wastegate arrangement.
  • This exhaust gas turbocharger has a Turbine housing 1, a compressor housing 2 and arranged between the turbine housing and the compressor housing bearing housing 3.
  • the turbine housing 1 is connected to the exhaust manifold 1a of an internal combustion engine via which a hot exhaust gas mass flow of the internal combustion engine is supplied to the turbine wheel arranged in the turbine housing.
  • the turbine wheel is driven by this hot exhaust gas mass flow or rotated.
  • the shaft of the exhaust gas turbocharger not shown, on which the door is arranged binenrad, is rotated.
  • This rotation of the shaft of the exhaust gas turbocharger is transmitted to the housing 2 in the Ver Whyrge and also mounted on the shaft of Abgastur boladers attached compressor wheel. This rotation of the compressor wheel compresses fresh air supplied to the compressor. This compressed fresh air is supplied to the internal combustion engine to increase their performance.
  • the shaft of the exhaust gas turbocharger is rotatably mounted in the bearing housing 3.
  • FIG. 1 shows a Wastegatean Aunt 5 ge shows.
  • This is arranged in the turbine housing 1 and has a wastegate flap 5a that can be actuated via a wastegate flap lever 5c and a wastegate spindle 5b and that is designed to open and close a wastegate channel. Be the operation or control of the wastegate flap using an actuator 6, which is connected via an actuating element 6a with the wastegate lever 5c.
  • Figure 2 shows a sectional view Ver Veraulaulung a Wastegateanssen.
  • the wastegate arrangement shown in FIG. 2 has a wastegate flap 5a, which is connected to the wastegate flap lever 5c of a linkage system 14 via a wastegate spindle 5b.
  • Wastegate spindle 5b is connected in its lower end region in FIG. 2 to the wastegate flap 5a and in its upper end region to the wastegate lever 5c.
  • the Wastegatespindel 5 b is guided in the bearing bush 7, which is pressed into the turbine housing 1 a.
  • FIG 3 has a sectional view illustrating the leak path 9 between the Wastega tespindel 5 b and the bearing bush 7 to the object. From this sectional view it can be seen that this leak path 9 extends over the entire length of the bearing bushing 7. He is in his lower end with a flow direction behind the turbine arranged exhaust chamber 10 in connec tion. Exhaust gas enters the leakage path 9 from this exhaust gas space 10, passes through it and is discharged in the upper end region of the bearing bush 7 through a gap between the bearing bush 7 and the wastegate flap lever 5c to the environment 8 in an undesired manner.
  • a seal which is ge of a volume sealing ring and contacted with the volume sealing ring plate spring forms.
  • a volume sealing ring is understood to be a seal for high-temperature applications, which has a sealing ring which is encircling a ring axis in a direction of rotation and has the opposite high temperature. temperatures, for example, temperatures above 300 ° C, preferably, temperatures above 500 ° C, is formed resistant.
  • This volume sealing ring is made of soft material, preferably graphite or mica, in which preferably one or more thin support layers, for example, fabric layers, preferably steel strips or steel foils, are incorporated, which upon insertion of the volume seal at its sealing point together with the graphite or Glim mer be pressed.
  • FIG. 4 is a sectional view illustrating a first embodiment of the invention.
  • the Wastegatespindel 5 b in egg ner pressed into the turbine housing 1 bearing bushing 7 leads GE.
  • This bearing bushing 7 has in its in Figure 4 obe ren end portion of a Wastegatespindel 5b surrounding Ver broadening section 7a.
  • a volume sealing ring made of soft material 11 is set, which is preferably be made of graphite or mica be, in which one or more carrier layers, for example, thin steel strips are layered.
  • This volume sealing ring 11 is used during assembly of Wastegateanord- tion in Figure 4 from above in the axial direction in the Unitedology ceremoniessabexcellent 7 a of the bearing bush 7.
  • a disc spring 17 is placed from above in the axial direction of the volumetric seal 11 and used to bias the volume seal 11 in the axial and ra dialer direction. It is exerted by the compression of the volume sealing ring 11 in the axial direction due to a strong plasticization of the material of the volume sealing ring 11, a high force in the radial direction 16 on both the La gerbüchse 7 and 5b on the wastegate spindle. This creates a radial bias between the bearing bushing 7 and the wastegate spindle 5b, which is maintained over the operating life of the Wastegatean angel.
  • the sealing effect of the volume seal 11 is increased such that in Be drove the exhaust gas turbocharger an undesirable escape of passed through the leak path 9 exhaust We are effectively prevented from reaching the environment.
  • FIG. 5 shows an enlarged view of a portion of the sectional view shown in FIG.
  • the turbine housing 1 the Ver are broader portion 7a of the bearing bush 7, the Wastegatespin del 5b, the plate spring 17, the volumetric seal 11 and the wastegate lever 5c illustrated.
  • the force paths 12 and the sealing surfaces 13 are illustrated, resulting in or through the insertion and compression of the volume sealing ring 11 into the extension 7a of the bearing bush.
  • the turbine housing 1 has a receiving stage 1b for receiving the widening portion 7a of the bearing bush.
  • Figure 6 is a sectional view illustrating a second embodiment of the invention. This differs from the first embodiment shown in Figure 4 only in that even in the lower end of the bearing bush 7, a volume sealing ring 11 is vorgese hen. This further volume sealing ring increases the safety that no exhaust gas can be discharged from the exhaust gas chamber 10 via the leak path 9 to the environment 8.
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wastegateanordnung für einen ein Turbinengehäuse aufweisenden Abgasturbolader. Diese Wastegateanordnung weist eine Wastegateklappe (5a), einen Wastegateklappenhebel (5c), eine Wastegatespindel (5b) und eine Lagerbuchse (7) für die Wastegatespindel (5c) auf. Des Weiteren weist die Wastegateanordnung eine Dichteinheit (11, 17) auf, die von einem Volumendichtring (11) aus Weichstoff und einer mit dem Volumendichtring (11) kontaktierten Tellerfeder (17) gebildet ist.

Description

Beschreibung / Description
Wastegateanordnung für einen Abgasturbolader
Die Erfindung betrifft eine Wastegateanordnung für einen Ab gasturbolader .
Ein Abgasturbolader weist üblicherweise ein Turbinengehäuse, ein Verdichtergehäuse und ein zwischen dem Turbinengehäuse und dem Verdichtergehäuse angeordnetes Lagergehäuse auf. Im Turbinengehäuse ist ein auf einer Welle befestigtes Turbinen rad vorgesehen, welches vom Abgasstrom einer Brennkraftma schine angetrieben wird. Die Drehbewegung der Welle wird auf ein ebenfalls auf der Welle befestigtes Verdichterrad über tragen, welches im Verdichtergehäuse angeordnet ist. Die Wel le ist im Lagergehäuse drehbar gelagert.
Um einen derartigen Abgasturbolader sowohl bei hohen Motor drehzahlen als auch bei niedrigen Motordrehzahlen sinnvoll betreiben zu können, bedarf es einer Regelung des in das Tur binengehäuse strömenden Abgasmassenstromes.
Es ist bekannt, eine derartige Regelung des in das Turbinen gehäuse strömenden Abgasmassenstromes unter Verwendung einer Wastegateanordnung durchzuführen. Diese Wastegateanordnung weist unter anderem eine einen Wastegatekanal verschließende Wastegateklappe, eine Wastegatespindel und einen Wastegate- klappenhebel auf. Der Wastegateklappenhebel ist Bestandteil eines Linkagesystems , zu welchem des Weiteren eine Regelstan ge und ein Aktuator gehören. Dieses Linkagesystem erlaubt ei ne Verstellung der Wastegateklappe derart, dass sie beim Vor liegen kleiner Abgasmassenströme geschlossen ist und beim Vorliegen großer Abgasmassenströme geöffnet ist. Folglich wird beim Vorliegen kleiner Abgasmassenströme der gesamte Ab gasmassenstrom dem Turbinenrad zugeführt und treibt dieses an. Beim Vorliegen großer Abgasmassenströme wird ein Teil des Abgasmassenstromes am Turbinenrad vorbei durch den Wastegate- kanal geleitet und umgeht damit das Turbinenrad.
Aus der DE 10 2009 030 520 Al ist eine Regelklappenanordnung eines Abgasturboladers bekannt. Diese Regelklappenanordnung weist einen Klappenteller, eine mittels einer Buchse im Tur binengehäuse geführte Klappenwelle und eine Dichteinrichtung zur Abdichtung der Klappenwelle an zumindest einer Dichtstel le auf. Die Klappenwelle ist über einen äußeren Klappenhebel mit einer Regelstange eines Antriebs und über einen inneren Klappenhebel mit dem Klappenteller verbunden. Die Dichtein richtung weist zumindest eine federnde Dichtlippe auf, die unter Vorspannung auf die Dichtstelle drückt.
Aus der DE 20 2011 109 832 Ul ist eine Betätigungseinrichtung für ein Abgasstrom-Steuerelement eines Abgasturboladers be kannt, bei der es sich um eine Wastegateanordnung handeln kann. Diese Wastegateanordnung weist eine in einer Buchse ge führte Wastegatespindel auf, die mit einem Spindelstellele ment verbunden ist. Im Übergangsbereich zwischen der Wastega tespindel und dem Spindelstellelement ist als Dichtung ein Blechring vorgesehen, der federnde Eigenschaften hat. Dieser Blechring ist tellerförmig ausgebildet und hat eine zentrale Öffnung, einen inneren Ringbereich und einen äußeren Ringbe reich, wobei der innere Ringbereich mit dem äußeren Ringbe reich durch einen mittleren Ringbereich verbunden ist. Der innere und der äußere Ringbereich sind eben gestaltet und liegen in zur Spiegelachse senkrechten, in axialer Richtung gegeneinander versetzten Ebenen, während der mittlere Ringbe reich im Schnitt längs der Achse schräg zu den beiden anderen Ringbereichen verläuft.
Die Wastegatespindel einer Wastegateanordnung ist - wie vor stehend ausgeführt - üblicherweise in einer Lagerbüchse gela gert, welche in das Turbinengehäuse eingepresst ist. Da sich im Betrieb des Abgasturboladers die Wastegatespindel schnel ler aufheizt als die Lagerbüchse kann es zu einem Klemmen der Wastegatespindel innerhalb der Lagerbüchse kommen. Um dieses Klemmen zu vermeiden, kann die Wärmeausdehnung der Wastegate- spindel über einen größeren Durchmesser der Lagerbüchse im Vergleich zum Durchmesser der Wastegatespindel kompensiert werden. Aufgrund des daraus resultierenden Spaltmaßes kann im Betrieb des Abgasturboladers ein Teil des Abgasmassenstromes in unerwünschter Weise vom Turbinengehäuse durch einen Leck spalt zwischen der Lagerbüchse und der Wastegatespindel in die Umgebung des Abgasturboladers entweichen.
Aus der WO 2013/0 173 055 Al ist ein WellenabdichtSystem für einen Turbolader bekannt. Bei diesem WellenabdichtSystem wird zur Abdichtung eines Leckspalts zwischen der Welle und einer Lagerbüchse ein federgelagertes, sich selbst zentrierendes, komplementäres Paar von einander gegenüberliegenden Dicht oberflächen verwendet. Dabei werden diese Dichtoberflächen durch die Kraft der Feder zusammengedrückt, um die gewünschte Abdichtung zu erreichen.
Aus der DE 10 2008 057 207 Al ist eine Welleneinrichtung ei nes Turboladers bekannt, wobei die Welleneinrichtung eine Welle aufweist, welche in einer Lagerbuchseneinrichtung ange ordnet ist, wobei die Lagerbuchseneinrichtung an einem oder beiden Enden eine Aufnahme für eine Dichtungsvorrichtung auf weist, welche sich in radialer Richtung an einer jeweiligen Dichtfläche dichtend anlegt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Wastegateanord- nung anzugeben, bei welcher das Entweichen eines Teils des Abgasmassenstromes durch den Leckspalt zwischen der Lager büchse und der Wastegatespindel in die Umgebung vermieden wird .
Diese Aufgabe wird durch eine Wastegateanordnung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausge staltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den ab hängigen Ansprüchen angegeben. Eine Wastegateanordnung gemäß der Erfindung weist eine Waste- gateklappe, einen Wastegateklappenhebel , eine Wastegatespin- del und eine Lagerbüchse für die Wastegatespindel auf. Des Weiteren enthält sie eine Dichteinheit, die von einem Volu mendichtring aus Weichstoff und einer mit dem Volumendicht ring kontaktierten Tellerfeder gebildet ist.
Die Lagerbüchse weist vorzugsweise einen Verbreiterungsab schnitt auf, in welchen der Volumendichtring eingesetzt ist.
Der Volumendichtring besteht aus Weichstoff, vorzugsweise Graphit oder Glimmer, in welches ein oder mehrere Träger schichten, beispielsweise Stahlbänder, eingeschichtet sind. Die Tellerfeder besteht aus hochtemperaturbeständigem Materi al, das beispielsweise für Temperaturen über 300°C, vorzugs weise Temperaturen über 500°C, beständig ausgebildet ist, vorzugsweise aus Stählen mit einem Ni Gehalt von 6,0-13,0%, einem Cr Gehalt von 13-21%, einem C Gehalt unter 2% und einem Mn Gehalt unter 2%, oder gefertigt aus Werkstoffen mit einem Ni Gehalt von über 50%, einem Cr Gehalt von 17-22%, einem Ti Gehalt von 0, 5-2,0% und einem Al Gehalt von über 0,5%. Diese Werkstoffe zeichnen sich dadurch aus, dass die mechanischen Eigenschaften und die thermische Beständigkeit noch für die Federfunktion der Tellerfeder bei hohen Temperaturen hinrei chend erhalten bleiben.
In vorteilhafter Weise ist der Verbreiterungsabschnitt der Lagerbüchse in dem dem Wastegateklappenhebel zugewandten End bereich der Lagerbüchse angeordnet. Die Tellerfeder ist zwi schen dem Volumendichtring aus Weichstoff und dem Wastegate klappenhebel positioniert. Die Tellerfeder dichtet zwischen Wastgateklappenhebel und Volumendichtring aus Weichstoff ab und stellt den Verschleiß, der über die Lebensdauer in diesem Dichtsystem entsteht, nach.
Der Volumendichtring aus Weichstoff ist in vorteilhafter Wei se in den Verbreiterungsabschnitt der Lagerbüchse einge presst, um die gewünschte Dichtwirkung zu erzielen. Dieses Einpressen des Volumendichtrings in den Verbreiterungsab schnitt erfolgt in axialer Richtung, d. h. in Richtung der Längsachse der Wastegatespindel. Durch dieses Einpressen in axialer Richtung wird aufgrund einer starken Plastifizierung des Materials des Volumendichtrings eine hohe Kraft in radia ler Richtung sowohl auf die Lagerbüchse als auch auf die Wastegatespindel ausgeübt. Dadurch entsteht zwischen der Wastegatespindel und der Lagerbüchse eine radiale Vorspan nung, die während des Betriebes des Abgasturboladers auf rechterhalten wird und die Dichtwirkung des Volumendichtrings aus Weichstoff verstärkt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren beispiel haft erläutert. Es zeigt
Figur 1 eine perspektivische Skizze zur Veranschaulichung des Aufbaus eines mit einer Wastegateanordnung aus gestatteten Abgasturboladers,
Figur 2 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung einer
Wastegateanordnung,
Figur 3 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung des Leck pfades zwischen der Wastegatespindel und deren La gerbüchse,
Figur 4 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung eines ers- ten Ausführungsbeispiels für die Erfindung,
Figur 5 eine vergrößerte Darstellung eines Teilbereiches der in der Figur 4 gezeigten Schnittansicht und
Figur 6 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung eines
zweiten Ausführungsbeispiels für die Erfindung.
Die Figur 1 zeigt eine perspektivische Skizze zur Veranschau lichung des Aufbaus eines mit einer Wastegateanordnung ausge statteten Abgasturboladers. Dieser Abgasturbolader weist ein Turbinengehäuse 1, ein Verdichtergehäuse 2 und ein zwischen dem Turbinengehäuse und dem Verdichtergehäuse angeordnetes Lagergehäuse 3 auf. Das Turbinengehäuse 1 ist mit dem Abgas krümmer la einer Brennkraftmaschine verbunden, über welchen dem im Turbinengehäuse angeordneten Turbinenrad ein heißer Abgasmassenstrom der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Das Turbinenrad wird durch diesen heißen Abgasmassenstrom ange trieben bzw. in Drehung versetzt. Dadurch wird auch die nicht dargestellte Welle des Abgasturboladers, auf welcher das Tur binenrad angeordnet ist, in Drehung versetzt. Diese Drehung der Welle des Abgasturboladers wird auf das im Verdichterge häuse 2 angeordnete und ebenfalls auf der Welle des Abgastur boladers befestigte Verdichterrad übertragen. Durch diese Drehung des Verdichterrades wird dem Verdichter zugeführte Frischluft verdichtet. Diese verdichtete Frischluft wird der Brennkraftmaschine zugeführt, um deren Leistung zu steigern. Die Welle des Abgasturboladers ist im Lagergehäuse 3 drehbar gelagert .
Des Weiteren ist in der Figur 1 eine Wastegateanordnung 5 ge zeigt. Diese ist im Turbinengehäuse 1 angeordnet und weist eine über einen Wastegateklappenhebel 5c und eine Wastegate- spindel 5b betätigbare Wastegateklappe 5a auf, die zum Öffnen und Schließen eines Wastegatekanals ausgebildet ist. Die Be tätigung bzw. Steuerung der Wastegateklappe erfolgt unter Verwendung eines Aktuators 6, der über ein Stellelement 6a mit dem Wastegateklappenhebel 5c verbunden ist.
Wie bereits oben ausgeführt wurde, ist die Wastegatespindel 5b unter Verwendung einer Lagerbüchse im Turbinengehäuse ge lagert, wobei diese Lagerbüchse beispielsweise in das Turbi nengehäuse eingepresst ist. Dies wird nachfolgend anhand der Figur 2 veranschaulicht, welche eine Schnittansicht zur Ver anschaulichung einer Wastegateanordnung zeigt. Die in der Fi gur 2 dargestellte Wastegateanordnung weist eine Wastegate klappe 5a auf, die über eine Wastegatespindel 5b mit dem Wastegateklappenhebel 5c eines Linkagesystems 14 verbunden ist. Zu diesem Linkagesystem gehört des Weiteren eine nicht im Detail dargestellte Wastegateregelstange, über welche der Wastegateklappenhebel 5c mit einem ebenfalls nicht im Detail dargestellten Aktuator verbunden ist. Die Wastegatespindel 5b ist in der Figur 2 in ihrem unteren Endbereich mit der Waste- gateklappe 5a und in ihrem oberen Endbereich mit dem Wastega teklappenhebel 5c verbunden. Die Wastegatespindel 5b ist in der Lagerbüchse 7 geführt, die in das Turbinengehäuse 1 ein gepresst ist.
Da - wie ebenfalls bereits oben ausgeführt wurde - aufgrund der sich im Betrieb des Abgasturboladers auftretenden schnel leren Aufheizung der Wastegatespindel 5b im Vergleich zur La gerbüchse 7 der Durchmesser der Lagerbüchse im Vergleich zum Durchmesser der Wastegatespindel größer gewählt ist, besteht in den meisten Betriebszuständen des Abgasturboladers ein Leckpfad 9 zwischen der Wastegatespindel 5b und der Lager büchse 7.
Dies ist in der Figur 3 gezeigt, welche eine Schnittansicht zur Veranschaulichung des Leckpfades 9 zwischen der Wastega tespindel 5b und der Lagerbüchse 7 zum Gegenstand hat. Aus dieser Schnittansicht ist ersichtlich, dass sich dieser Leck pfad 9 über die gesamte Länge der Lagerbüchse 7 erstreckt. Er steht in seinem unteren Endbereich mit einem in Flussrichtung hinter dem Turbinenrad angeordneten Abgasraum 10 in Verbin dung. Von diesem Abgasraum 10 aus tritt Abgas in den Leckpfad 9 ein, durchläuft diesen und wird im oberen Endbereich der Lagerbüchse 7 durch einen Zwischenraum zwischen der Lager büchse 7 und dem Wastegateklappenhebel 5c in unerwünschter Weise an die Umgebung 8 abgegeben.
Um dies zu verhindern, wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Dichtung verwendet, die von einem Volumendichtring und einer mit dem Volumendichtring kontaktierten Tellerfeder ge bildet ist. Unter einem Volumendichtring wird eine Dichtung für Hochtemperaturanwendungen verstanden, die einen eine Ringachse in eine Umlaufrichtung geschlossen umlaufenden, ge pressten Dichtungsring aufweist und die gegenüber hohen Tem- peraturen, beispielsweise Temperaturen über 300°C, vorzugs weise Temperaturen über 500°C, beständig ausgebildet ist. Dieser Volumendichtring besteht aus Weichstoff, vorzugsweise aus Graphit oder aus Glimmer, in welches vorzugsweise eine oder mehrere dünne Trägerschichten, beispielsweise Gewebe schichten, vorzugsweise Stahlbänder bzw. Stahlfolien, einge schichtet sind, die beim Einsetzen des Volumendichtrings an seine Dichtungsstelle zusammen mit dem Graphit oder dem Glim mer verpresst werden.
Die Figur 4 zeigt eine Schnittansicht zur Veranschaulichung eines ersten Ausführungsbeispiels für die Erfindung. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Wastegatespindel 5b in ei ner in das Turbinengehäuse 1 eingepressten Lagerbüchse 7 ge führt. Diese Lagerbüchse 7 weist in ihrem in der Figur 4 obe ren Endbereich einen die Wastegatespindel 5b umgebenden Ver breiterungsabschnitt 7a auf. In diesen Verbreiterungsab schnitt 7a ist ein Volumendichtring aus Weichstoff 11 einge setzt, welcher vorzugsweise aus Graphit oder aus Glimmer be steht, in welches ein oder mehrere Trägerschichten, bei spielsweise dünne Stahlbänder, eingeschichtet sind. Dieser Volumendichtring 11 wird beim Zusammenbau der Wastegateanord- nung in der Figur 4 von oben in axialer Richtung in den Ver breiterungsabschnitt 7a der Lagerbüchse 7 eingesetzt. An schließend erfolgt eine Einpressung des Volumendichtrings 11 in den Verbreiterungsabschnitt 7a der Lagerbüchse 7. Nach dieser Einpressung wird eine Tellerfeder 17 von oben her in Axialrichtung auf den Volumendichtring 11 aufgesetzt und zu einer Vorspannung des Volumendichtrings 11 in axialer und ra dialer Richtung verwendet. Dabei wird durch das Verpressen des Volumendichtrings 11 in axialer Richtung aufgrund einer starken Plastifizierung des Materials des Volumendichtrings 11 eine hohe Kraft in radialer Richtung 16 sowohl auf die La gerbüchse 7 als auch auf die Wastegatespindel 5b ausgeübt. Dadurch entsteht eine radiale Vorspannung zwischen der Lager büchse 7 und der Wastegatespindel 5b, die über die Betriebs laufzeit der Wastegateanordnung aufrechterhalten bleibt.
Durch das in axialer Richtung erfolgende Einpressen des Volu- mendichtrings 11 in den Verbreiterungsbereich 7a der Lager büchse 7 und die dabei gebildete radiale Vorspannung zwischen der Lagerbüchse 7 und der Wastegatespindel 5b wird die Dicht wirkung des Volumendichtrings 11 derart erhöht, dass im Be trieb des Abgasturboladers ein unerwünschtes Austreten von durch den Leckpfad 9 geleitetem Abgas an die Umgebung wir kungsvoll verhindert wird.
Die Figur 5 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Teilbe reichs der in der Figur 4 gezeigten Schnittansicht . In dieser vergrößerten Darstellung sind das Turbinengehäuse 1, der Ver breiterungsabschnitt 7a der Lagerbüchse 7, die Wastegatespin del 5b, die Tellerfeder 17, der Volumendichtring 11 und der Wastegateklappenhebel 5c veranschaulicht. Des Weiteren sind in der Figur 5 die Kraftpfade 12 und die Dichtflächen 13 ver anschaulicht, die sich beim bzw. durch das Einsetzen und Ver- pressen des Volumendichtrings 11 in den Verbreiterungsab schnitt 7a der Lagerbüchse ergeben. Ferner ist aus der Figur 5 ersichtlich, dass das Turbinengehäuse 1 eine Aufnahmestufe lb zur Aufnahme des Verbreiterungsabschnittes 7a der Lager büchse aufweist.
Die Figur 6 zeigt eine Schnittansicht zur Veranschaulichung eines zweiten Ausführungsbeispiels für die Erfindung. Dieses unterscheidet sich von dem in der Figur 4 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel lediglich dadurch, dass auch im unteren Endbereich der Lagerbüchse 7 ein Volumendichtring 11 vorgese hen ist. Dieser weitere Volumendichtring erhöht die Sicher heit, dass kein Abgas aus dem Abgasraum 10 über den Leckpfad 9 an die Umgebung 8 abgegeben werden kann. Bezugs zeichenliste
1 Turbinengehäuse
la Abgaskrümmer
lb Aufnahmestufe
2 Verdichtergehäuse
3 Lagergehäuse
4 Turboladerläufer
5 Wastegateanordnung 5a Wastegateklappe
5b Wastegatespindel
5c Wastegateklappenhebel
6 Aktuator
6a Stelleleme
7 Lagerbüchse
7a Verbreiterungsabschnitt
8 Umgebung
9 Leckpfad
10 Abgasraum
11 Volumendichtring
12 Kraftpfade
13 Dichtflächen
14 Linkagesystem
15 axiale Richtung
16 radiale Richtung
17 Tellerfeder

Claims

1 Patentansprüche / Patent Claims
1. Wastegateanordnung (5) für einen ein Turbinengehäuse auf weisenden Abgasturbolader, mit
- einer Wastegateklappe (5a) ,
- einem Wastegateklappenhebel (5c) ,
- einer Wastegatespindel (5b) und
- einer Lagerbüchse (7) für die Wastegatespindel,
dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Dichtung (11, 17) auf weist, die von einem Volumendichtring (11) und einer mit dem Volumendichtring (11) kontaktierten Tellerfeder (17) gebildet ist .
2. Wastegateanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass die Lagerbüchse (7) einen Verbreiterungsabschnitt (7a) aufweist und dass der Volumendichtring (11) in den Ver breiterungsabschnitt (7a) der Lagerbüchse (7) eingesetzt ist.
3. Wastegateanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass der Volumendichtring (11) aus Weichstoff be steht, in welchen ein oder mehrere Trägerschichten einge schichtet sind.
4. Wastegateanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass die Tellerfeder (17) aus einem hochtemperaturbeständigen Material besteht.
5. Wastegateanordnung nach einem der Ansprüche 2 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbreiterungsabschnitt (7a) der La gerbüchse (7) in dem dem Wastegateklappenhebel (5c) zugewand ten Endbereich der Lagerbüchse (7) angeordnet ist und dass die Tellerfeder (17) zwischen dem Volumendichtring (11) und dem Wastegateklappenhebel (5c) positioniert ist.
6. Wastegateanordnung nach einem der Ansprüche 2 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumendichtring (11) in den Ver breiterungsabschnitt (7a) eingepresst ist. 2
7. Wastegateanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Wastegatespin- del (5b) und der Lagerbüchse (7) eine radiale Vorspannung be steht .
8. Wastegateanordnung nach einem der Ansprüche 2 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinengehäuse (1) eine Aufnahme stufe (lb) aufweist, in welche der Verbreiterungsabschnitt (7a) der Lagerbüchse (7) eingesetzt ist.
9. Wastegateanordnung nach einem der Ansprüche 5 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie auch in dem vom Wastegateklappenhe- bel (5c) abgewandten Endbereich der Lagerbüchse (7) einen Vo lumendichtring (11) aufweist.
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