DE69802420T2

DE69802420T2 - Doppelsitzabblasventil mit zwei koaxialen wellen

Info

Publication number: DE69802420T2
Application number: DE69802420T
Authority: DE
Inventors: Dean Watkins
Original assignee: AlliedSignal Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 1997-03-17
Filing date: 1998-03-16
Publication date: 2002-07-11
Anticipated expiration: 2018-03-17
Also published as: JP3889060B2; AU6467498A; DE69802420D1; JP2002512665A; EP1009926A1; WO1998041744A1; EP1009926B1; US5996348A

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Abgasumgehungs- und Wastegate-Ventil-Anordnung für abgasgetriebene Turbolader. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung zweifache koaxiale Wellen zur Betätigung von zweifachen Tellerventilen an einem Wastegate für die geteilten Abgaseinlässe in das Turbinengehäuse des Turboladers bereit.

Beschreibung des verwandten Stands der Technik

Tubolader werden zur Verstärkung des Druckniveaus der Ansaugluft für eine Brennkraftmaschine eingesetzt. Durch einen Abgaseinlaß wird dem Turbolader Motorabgas zugeführt, um ein über eine gemeinsame Welle mit einem Kompressorrotor verbundenes Turbinenrad zu drehen, wodurch die druckbeaufschlagte Ladeluft erzeugt wird. Die Drehgeschwindigkeit der Turbine und des Kompressors hängen von der Drehzahl und Last des Motors ab, und bei Betriebsbereichen mit hoher Drehzahl und hoher Last kann es zu einer zu hohen Druckbeaufschlagung der Ladeluft kommen. Bei Tuboladern wird ein zu hoher Ladedruck durch die Verwendung eines Wastegate-Ventils vermieden, das sich zur Umleitung eines Teils des Abgases von dem Abgaseinlaß um die Turbine herum und direkt zum Turbinenabgasauslaß öffnet.
Es hat sich herausgestellt, daß es bei Tuboladern, die an sich in zwei Zylinderreihen teilbaren Motoren verwendet werden, zur Verbesserung der Motor- und Tuboladerleistung äußerst wirksam ist, getrennte Abgaseinlaßwege zu bewahren, so daß getrennte Impulse des Abgases von den beiden Zylinderreihen getrennt zur Turbine übertragen werden. Dieser Lösungsansatz wird gemeinhin durch Verwendung eines geteilten Abgaseinlasses umgesetzt. Die Wastegate-Regelung solch eines geteilten Einlasses erfordert zwei Umgehungskanäle, die durch einen zweifachen Wastegate- Ventil-Mechanismus gesteuert werden.
Zweifache Wastegate-Ventil-Ausführungen zur Lösung von sich aus Erfordernissen des gleichzeitigen Öffnens und Schließens beider Auslaßkanäle ergebenden Problemen sind in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 57-137619, der japanischen Gebrauchsmuster- Offenlegungsschrift Nr. 62-183033 und dem eigenen US- Patent Nr. 5,046,317 mit dem Titel "Wastegate Valve for Turbocharger" bereitgestellt worden.
Es ist wünschenswert, einen Wastegate-Ventil- Mechanismus bereitzustellen, der auf sichere Weise für ein gleichzeitiges Öffnen und Schließen von Zweifachtellern sorgt, während er die Ventile in einer fest geschlossenen Stellung hält, wenn dies zweckmäßig ist, um maximale Wirksamkeit bei der Übertragung von Druckimpulsen zur Turbine zu erreichen. Obgleich es wünschenswert ist, die einzelnen Teller fest auf ihren jeweiligen Sitzen plaziert zu halten, ist es auch wünschenswert, Toleranzunterschieden und Verformung bei den Sitzen Rechnung zu tragen und eine Impulsbeaufschlagung der Teller einzeln aufzunehmen, um eine Reaktion als zwei getrennte Ventile zu gestatten.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bietet gegenüber den Einrichtungen des Stands der Technik eine Verbesserung und erzielt durch Bereitstellung von zweifach koaxialen Wellen zur Stützung und Betätigung der zur Abdichtung des Wastegate-Kanals auf getrennten Sitzen plazierten Zweiventil-Teller die gewünschte Effizienz.
Die Betätigung der Teller erfolgt durch eine erste im wesentlichen röhrenförmige Welle, die zur Drehung um eine Achse ausgeführt ist und eine mittlere Bohrung aufweist, und eine zweite im wesentlichen röhrenförmige Welle, die sich durch die mittlere Bohrung der ersten Welle erstreckt und darin zur Drehung um die Achse gestützt wird. Der erste Teller ist über einen sich im wesentlichen radial von der ersten Welle erstreckenden Arm an der ersten Welle befestigt, wodurch eine Drehung der ersten Welle aus einer ersten Stellung in eine zweite Stellung den ersten Teller aus dem Dichtungseingriff mit seinem Sitz in eine geöffnete Stellung hebt. Ebenso ist der zweite Teller über einen sich im wesentlichen radial von der zweiten Welle erstreckenden Arm an der sich über den Abschluß der ersten Welle hinaus erstreckenden zweiten Welle befestigt, wodurch eine Drehung der zweiten Welle aus einer ersten Stellung in eine zweite Stellung den zweiten Teller aus dem Dichtungseingriff mit seinem Sitz in eine geöffnete Stellung hebt. Die beiden Wellen werden durch einen Hebelarm gleichzeitig gedreht, der an einem dem radialen Arm gegenüberliegenden Ende mit einer sich über die Endfläche der ersten Welle, die Bohrung und ein koplanares Ende der zweiten Welle erstreckenden Schweißraupe mit der ersten Welle verbunden ist.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Einzelheiten und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen besser verständlich; in den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht einer Ausführungsform der Erfindung, die Einzelheiten der koaxialen Wellen, der Betätigungsbefestigung und der Tellerbefestigung zeigt; und
Fig. 2 eine Teilschnittansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung bei Installierung an einem Turbinengehäuse eines Turboladers.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Auf die Zeichnungen Bezug nehmend, zeigt Fig. 1 eine Ausführungsform der Erfindung, die eine erste Welle 10 enthält, die im wesentlichen röhrenförmig ist und eine Bohrung 11 aufweist. Eine zweite Welle 12 wird mit Spielpassung in der Bohrung aufgenommen. Die erste und die zweite Welle sind gleichzeitig an einer Achse 13 drehbar. Ein erster Teller 14 ist über einen sich im wesentlichen radial bezüglich der Drehachse von der ersten Welle erstreckenden Arm 16 an der ersten Welle befestigt. Ebenso ist ein zweiter Teller 18 über einen Arm 20 an der zweiten Welle befestigt. Durch Drehung der Wellen um die Achse werden die Teller sicher aus einer geschlossenen Stellung, in der sie auf ihren jeweiligen Ventilsitzen plaziert sind, in eine geöffnete Stellung bewegt. Ein Drehwinkel von weit unter 90º bewegt die Teller derart, daß ein deutlicher Strömungsweg durch die Umgehungskanäle des Wastegate- Ventils entsteht.
Die erste und die zweite Welle weisen im wesentlichen koplanare erste Enden 22, 24 auf, und ein Betätigungshebel 16 ist am ersten Ende der ersten Welle befestigt. Bei der in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsform enthält der Hebel eine Öffnung 28, die das erste Ende der ersten Welle aufnimmt, und eine Schweißraupe 30 erstreckt sich über den Hebel, das erste Ende der ersten Welle und das erste Ende der zweiten Welle und sorgt so für die starre Verbindung zwischen dem Hebel und den ersten Enden der Welle. Durch Betätigung des Hebels werden die beiden Wellen gleichzeitig gedreht. Bei alternativen Ausführungsformen ist der Hebel am Ende der zweiten Welle befestigt, die sich etwas über die erste Welle hinaus erstreckt, und die erste und die zweite Welle sind durch eine gemeinsame Schweißraupe oder eine zweite Schweißung starr aneinander befestigt.
Eine Buchse 32 stützt die erste Welle in einem Teil des Gußteils für das Turbinengehäuse 34. Ein maschinell gefertigter Steg 36 oder als Alternative eine geschweißte Unterlegscheibe sorgt für eine Längsfestlegung und innere Abdichtung für die erste Welle und die Buchse, während der Hebel das äußere Ende der Buchse in Eingriff nimmt, um der Längsfestlegung entgegenzuwirken. Ein zweiter maschinell gefertigter Steg 38 oder eine zweite geschweißte Unterlegscheibe sorgt für eine Abdichtung der zweiten Welle am Abschluß der ersten Welle.
Obgleich die beiden Wellen an ihren ersten Enden zur gemeinsamen Betätigung eingespannt sind, sind sie hinsichtlich Torsion unabhängig, wodurch die Wellen einem Toleranzaufbau oder einer Verformung der Sitze für die Teller getrennt Rechnung tragen und auf Impulsbeaufschlagung von dem in die beiden Teile des Abgaseinlasses zur Turbine strömenden Abgas getrennt reagieren können. Die Konfiguration der vorliegenden Erfindung gestattet eine genaue Positionierung der Teller bezüglich der Ventilsitze nach mehrzyklischem Betrieb des Wastegate-Ventils.
Fig. 2 zeigt eine sich geringfügig unterscheidende Ausführungsform der Erfindung, die zur Verwendung mit einem eine integrierte Umgehungsleitung 40 aufweisenden Turbinengehäuse konfiguriert ist. Ein mit dem (nicht gezeigten) Abgasabführkanal des Turboladers integriertes und am Paßsteg 42 befestigtes Endgehäuse dichtet einen Teil der Umgehungsleitung ab und bildet ihn für Wastegate-geregelte Abgasströmung in den Gasstrom von dem Turbinenauslaß 43. Die Wastegate- Ventil-Teller 14 und 18 werden in Sitzen 44 und 46, die die Umgehungskanäle 48 und 50 umgeben, aufgenommen und dichten diese ab. Der den ersten Teller an der ersten Welle befestigende radiale Arm 16 enthält eine Hülse 52, die die erste Welle aufnimmt und an ihr befestigt ist und an die Buchse anstößt, wodurch die Längsfestlegung und Dichtung für die erste Welle und die Buchse mit der Befestigung des radialen Arms an der Welle integriert werden. Bei alternativen Ausführungsformen wird eine Wellendichtung zur Abdichtung der ersten Welle und Buchse eingesetzt, wie zum Beispiel im eigenen US-Patent Nr. 5,251,874 mit dem Titel "Valve Shaft Seal" offenbart, auf das hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird.
Nachdem nun die Erfindung ausführlich beschrieben wurde, wie laut Patentgesetz erforderlich, liegen für Fachleute Modifikationen und Äquivalente der hier offenbarten speziellen Ausführungsformen auf der Hand. Solche Modifikationen und Äquivalente liegen im Schutzbereich der vorliegenden Erfindung, wie er in den folgenden Ansprüche definiert ist.

Claims

1. Turbolader-Wastegate-Ventil, das folgendes umfaßt:

einen ersten Umgehungskanal (48), der mit einem ersten Teil eines ersten Teil eines Abgaseinlasses in Verbindung steht;

einen ersten Teller (14), der zum Eingriff mit einem den ersten Kanal (48) umgebenden Sitz (44) und zu dessen Abdichtung ausgeführt ist;

einen zweiten Umgehungskanal (50), der mit einem zweiten Teil eines Abgaseinlasses in Verbindung steht;

einen zweiten Teller (18), der zum Eingriff eines den zweiten Kanal (50) umgebenden Sitzes (46) und zu dessen Abdichtung ausgeführt ist,

gekennzeichnet durch

eine erste im wesentlichen röhrenförmige Welle (10), die zur Drehung um eine Achse (13) ausgeführt ist und eine mittlere Bohrung (11) aufweist,

eine zweite im wesentlichen röhrenförmige Welle (12), die sich durch die mittlere Bohrung (11) der ersten Welle (10) erstreckt und darin zur Drehung um die Achse (13) gestützt wird;

Mittel zur Befestigung des ersten Tellers (14) an der ersten Welle (10), die sich im wesentlichen radial von der ersten Welle (10) erstrecken, wodurch eine Drehung der ersten Welle (10) aus einer ersten Stellung in eine zweite Stellung den ersten Teller (14) aus dem Dichtungseingriff mit seinem Sitz (44) in eine geöffnete Stellung hebt;

Mittel zur Befestigung des zweiten Tellers (18) an der zweiten Welle (12), die sich im wesentlichen radial von der zweiten Welle (12) erstrecken, wodurch eine Drehung der zweiten Welle (12) aus einer ersten Stellung in eine zweite Stellung den zweiten Teller (18) aus dem Dichtungseingriff mit seinem Sitz (46) in eine geöffnete Stellung hebt; und

ein Mittel zur gleichzeitigen Drehung der ersten und der zweiten Welle:

2. Wastegate-Ventil nach Anspruch 1, bei dem das Mittel zur gleichzeitigen Drehung folgendes umfaßt:

einen im wesentlichen radial an der ersten und/oder zweiten Welle. (10, 12) befestigten Hebelarm (26); und

ein Mittel zur starren Verbindung der ersten und der zweiten Welle (10, 12) an einer distal von den Mitteln zur Befestigung des ersten und des zweiten Tellers (14, 18) liegenden Stelle.

3. Wastegate-Ventil nach Anspruch 2, bei dem das Mittel zur starren Verbindung eine Schweißung (30) umfaßt.

4. Wastegate-Ventil nach Anspruch 3, bei dem die erste und die zweite Welle (10, 12) in erste Enden (22, 24) auf einer gemeinsamen Ebene abschließen und die Schweißung eine sich über die ersten Enden (22, 24) erstreckende Schweißraupe (30) umfaßt.

5. Wastegate-Ventil nach Anspruch 4, bei dem sich der Hebelarm (26) im wesentlichen in der gemeinsamen Ebene erstreckt und die Schweißraupe (30) sich zu dem Hebelarm (26) zur starren Verbindung der ersten und der zweiten Welle (10, 12) mit dem Hebelarm (26) erstreckt.

6. Wastegate-Ventil nach Anspruch 4, bei dem der Hebelarm (26) eine mindestens eines der ersten Enden (22, 24) aufnehmende Öffnung (28) enthält.

7. Wastegate-Ventil nach Anspruch 4, bei dem sich ein zweites Ende der zweiten Welle (12) über ein zweites Ende der ersten Welle (10) hinaus erstreckt, und sich die Mittel zur Befestigung des ersten Tellers (14) und des zweiten Tellers (18) von der ersten und der zweiten Welle (10, 12) nahe deren zweiten Enden erstrecken.

8. Wastegate-Ventil nach Anspruch 6, bei dem die erste Welle (10) durch eine Buchse (32) drehbar gestützt wird, die ein erstes Ende aufweist, das mit dem Hebelarm (26) nahe der Öffnung (28) zur Abdichtung und Längsfestlegung der ersten Welle (10) in der Buchse (32) in Eingriff steht, und weiterhin ein Mittel zur Abdichtung und Längsfestlegung der ersten Welle (10) an einem zweiten Ende der Buchse (32) umfaßt.

9. Wastegate-Ventil nach Anspruch 7, das weiterhin ein Mittel zur Abdichtung der Bohrung (11) in der ersten Welle (10) am zweiten Ende der ersten Welle (10) enthält.

10. Wastegate-Ventil nach Anspruch 9, bei dem das Mittel zur Abdichtung der Bohrung (11) einen sich radial von der zweiten Welle (12) erstreckenden und das zweite Ende der ersten Welle (10) in Eingriff nehmenden Steg umfaßt.