Beschreibung Abblaseventil für einen Turbolader

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Abblaseventil, insbesondere auf ein Abblaseventil zum Ablassen eines Ladedrucks eines Turboladers.

Um immer höher werdende Anforderungen an die Abgasemissionen von Kraftfahrzeugen sowie an die Senkung eines Kraftstoffverbrauchs zu erfüllen, müssen Stellglieder für die Motorsteuerung und -regelung, wie ein derartiges

Abblaseventil, möglichst rasch und präzise auf ein entsprechendes Stellsignal einer Motorsteuerung reagieren. Diese Anforderung wird jedoch erschwert durch die Tatsache, daß eine Feder zum Zudrücken eines derartigen Abblaseventils eine hohe Kraft aufbringen muß, um das Ventil gegen den anstehenden Staudruck des

Turboladers geschlossen zu halten.

Um diesen Nachteil zu überwinden, schlägt die Offenlegungsschrift DE 102 48 125 A1 ein sogenanntes balanciertes Ventil vor, bei dem Fluiddurchtritte in einem Ventilkörper angeordnet sind, um auch die Rückseite des Ventilkörpers mit dem anstehenden Fluiddruck zu beaufschlagen. Die Abdichtung der Rückseite des Ventilkörpers erfolgt über eine Membran. Da auf jeder Seite des Ventilkörpers somit dieselbe Druckkraft ansteht, können eine schwächere Feder und ein schwächerer Aktuator eingebaut werden.

Die Patentschrift DE 10 2004 044 439 B4 schlägt ein Abblaseventil für einen Turbolader mit einem lippenförmigen Dichtelement vor, um eine Rückseite des Ventilkörpers bei geschlossenem Ventilkörper abzudichten, so daß eine auf die Rückseite des Ventilkörpers wirkende Fluidkraft den Ventilkörper geschlossen hält, während der auf die Rückseite wirkende Fluiddruck bei sich öffnendem Ventil über

einen radialen Ringspalt des Dichtelements 4 abgelassen wird, um den Ventilkörper durch den an einer Stirnseite des Ventilkörpers anstehenden Staudruck zu öffnen. Dabei hat das lippenförmige Dichtelement einen größeren wirksamen Durchmesser als ein Dichtsitz des Ventilkörpers, so dass eine überschußkraft in Schließrichtung erzeugt wird, die dazu benutzt wird, das Ventil geschlossen zu halten.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines verbesserten Abblaseventils, das sehr schnell öffnen kann und eine geringe Baugröße aufweist, um vorzugsweise als Stellglied für die Steuerung bzw. Regelung eines Turboladers einer Brennkraftmaschine zu dienen. Darüber hinaus soll die erforderliche Kraft eines Aktuators minimiert werden, so daß das Abblaseventil selbst eine geringe Wärme erzeugt, wenn das Abblaseventil beispielsweise durch einen wärmeerzeugenden, elektromagnetischen Aktuator betätigt wird.

Diese Aufgabe wird durch ein Ventil mit den Merkmalen nach Anspruch 1 , ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 12, ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 13, einen Turbolader mit den Merkmalen nach Anspruch 16 sowie eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen nach Anspruch 17 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Das erfindungsgemäße Abblaseventil weist folgendes auf: einen ersten Ventilkörper zum öffnen und Schließen eines Fluiddurchtritts zwischen wenigstens einem ersten Ventilanschluß und wenigstens einem zweiten

Ventilanschluß; einen in dem ersten Ventilkörper angeordneten zweiten Ventilkörper zum öffnen und Schließen eines in dem ersten Ventilkörper angeordneten Ventildurchlasses zwischen dem ersten Ventilanschluß und einem Ventilinnenraum; einen Drosselkanal, der eine Verbindung zwischen dem Ventilinnenraum und einer

Stirnseite des ersten Ventilkörpers schafft, vorzugsweise eine Vielzahl von

Drosselkanälen; eine Feder zum Bewegen bzw. Drücken des zweiten Ventilkörpers in eine

öffnungsrichtung des zweiten Ventilkörpers und zum Halten in dieser Position;

einen Aktuator zum Bewegen des zweiten Ventilkörpers in eine Schließrichtung, wobei ein bewegliches Glied des Aktuators so angeordnet ist, um nach dem Schließen des zweiten Ventilkörpers weiter in dieselbe Richtung beweglich zu sein, so dass über einen Eingriff des zweiten Ventilkörpers mit dem an dem ersten Ventilkörper angeordneten Ventilsitz der erste Ventilkörper in eine öffungsrichtung des ersten Ventilkörpers bewegbar ist, und wobei ein mit dem zweiten Ventilkörper und/oder dem beweglichen Glied in Wirkverbindung stehendes Anschlagelement durch die Federkraft der Feder mit dem ersten Ventilkörper in Eingriff bringbar ist, um den ersten Ventilkörper mit Hilfe der Feder in eine Schließrichtung zu bewegen.

Indem bei geschlossenem ersten Ventilkörper der zweite Ventilkörper den Fluiddurchlaß in den Ventilinnenraum hinein freigibt, wirkt ein Fluiddruck auf eine Rückseite des ersten Ventilkörpers, um die Feder beim Zudrücken des ersten Ventilkörpers gegen den an der Stirnseite des ersten Ventilkörpers anstehenden Druck zu unterstützen. Um den ersten Ventilkörper zu öffnen, muß der Aktuator lediglich den zweiten Ventilkörper zuziehen und den ersten Ventilkörper gegen die Federkraft und den Fluiddruck im Ventilinnenraum geringfügig öffnen, so daß bei dieser geringfügigen öffnung des ersten Ventilkörpers der Fluiddruck in dem Ventilinnenraum über den Drosselkanal und einen in dem Fluiddurchtritt des ersten Ventilkörpers wirkenden Venturi-Effekt abgesaugt wird. Demgemäß wird der Fluiddruck aus dem Ventilinnenraum über den Drosselkanal abgelassen, während der zweite Ventilkörper den in dem ersten Ventilkörper angeordneten Ventildurchlaß verschließt, um den Zufluß von überdruck in den Ventilinnenraum hinein zu verhindern. Die weitere öffnung des ersten Ventilkörpers bis zur vollständigen öffnung des Abblaseventils kann nun durch den an dem ersten Ventilanschluß anstehenden Staudruck erfolgen. Somit kann der Aktuator sehr klein gestaltet werden, da nur eine geringe Kraft zum öffnen des kleinen zweiten Ventilkörpers und zum geringfügigen Aufziehen des ersten Ventilkörpers am Anfang des öffnungsvorgangs erforderlich ist. Der Hauptöffnungsvorgang hingegen erfolgt über den an dem ersten Ventilanschluß anstehenden überdruck.

Wenn bei geöffnetem Abblaseventil die öffnungskraft des Aktuators entfällt, drückt die Feder den zweiten Ventilkörper auf, so daß nun wieder überdruck aus dem

ersten Ventilanschluß in den Ventilinnenraum einströmen kann. Der sich in dem Ventilinnenraum aufbauende Fluiddruck zusammen mit der Kraft der Feder schließt nun den ersten Ventilkörper gegen den Staudruck, der gegen eine Stirnseite des ersten Ventilkörpers wirkt. Aufgrund dieser Gestaltung des Abblaseventils können sowohl eine schwache Feder als auch ein schwacher Aktuator eingesetzt werden. Trotzdem kann das Ventil aufgrund der pneumatischen Steuerung sehr schnell öffnen und schließen.

Vorzugsweise ist ein Strömungswiderstand des in dem ersten Ventilkörper ausgebildeten Ventildurchlasses geringer als ein Strömungswiderstand des

Drosselkanals bzw. der Drosselkanäle. Durch entsprechendes Abstimmen der

Strömungswiderstände des Ventildurchlasses einerseits und des Drosselkanals andererseits, kann ein gewünschter Druckaufbau in dem Ventilinnenraum bei geöffnetem ersten Ventilkörper zum Bewirken einer Schließbewegung erzielt werden.

Vorzugsweise ist das Anschlagelement als ein Federteller ausgebildet, der an seinem Umfang Fluiddurchtritte hat und zwischen dem beweglichen Glied und dem zweiten Ventilkörper sandwichartig angeordnet ist.

Weiter bevorzugt sind die Kraft der Feder und die des Aktuators so dimensioniert, dass der erste Ventilkörper, zumindest bei geringer bzw. niedriger Betätigungskraft des Aktuators, im drucklosen Zustand nur unvollständig öffnet und eine vollständige öffnung des ersten Ventilkörpers durch den in den ersten Ventilanschluß eingeleiteten Fluiddruck bewirkt wird, indem dieser Fluiddruck gegen die Stirnseite des ersten Ventilkörpers drückt und ein Druck in dem Ventilinnenraum bei geschlossenem zweiten Ventilkörper und geringfügig geöffnetem ersten Ventilkörper über den Drosselkanal entweicht, so dass sich eine Druckdifferenz zwischen der Stirnseite und einer Rückseite des ersten Ventilkörpers einstellt, wie in Fig. 6 dargestellt ist.

Wenn beispielsweise ein Elektromagnet mit einem Magnetkern und einer Magnetspule als Aktuator eingesetzt wird, ist die Betätigungskraft bei niedriger Versorgungsspannung zu der Magnetspule und hoher Betriebstemperatur niedrig,

weil in diesem Zustand die Stromstärke niedrig wird.

Vorzugsweise ist der erste Ventilkörper im wesentlichen zylindrisch gestaltet und weist mehrere über den Umfang seiner Stirnseite verteilte Drosselkanäle auf, vorzugsweise drei im Abstand von 120°, die in einem Bereich in Gegenüberlage zu einem Ventilsitz und in Strömungsrichtung stromaufwärts von einer Dichtung des ersten Ventilkörpers positioniert sind.

Indem die Drosselkanäle in Gegenüberlage zu dem Ventilsitz des ersten Ventilkörpers angeordnet sind, kann ein sich einstellender Venturi-Effekt genutzt werden, um den Fluiddruck aus dem Ventilinnenraum über die Drosselkanäle abzusaugen. Ein hoher Venturi-Effekt stellt sich insbesondere aufgrund des dynamischen Druckabfalls bei leicht geöffentem ersten Ventilkörper ein, so daß bei diesem Zustand eine besonders wirksame Absaugung des Fluiddruck aus dem Ventilinnenraum erfolgt. Des weiteren kann ein Flattern des ersten Ventilkörpers in der Anfangsphase des öffnungsvorgangs des ersten Ventilkörpers verhindert werden, der ansonsten aufgrund des Venturi-Effekts entstehen würde. Dieses Flattern könnte unter ungünstigen Umständen zu einer Regelschwingung bzw. Resonanz in der Motorsteuerung bzw. -regelung führen. Darüber hinaus wird die Lebensdauer des Ventilsitzes und der Dichtung des ersten Ventilkörpers durch Aufschlagen auf dem Ventilsitz beeinträchtigt, wenn dieses Flattern auftritt. Da jedoch der Venturi-Effekt genutzt wird, um den Fluiddruck aus dem Ventilinnenraum abzusaugen, wird dieses Flatterphänomen auf sichere Weise verhindert, wodurch die Motorsteuerung bzw. -regelung verbessert und die Lebensdauer des Abblaseventils erhöht wird.

Vorzugsweise ist der Drosselkanal mittels des Anschlagelements zumindest teilweise verschließbar. Indem der Drosselkanal bei sich öffnendem zweiten Ventilkörper beispielsweise über das Anschlagelement verschlossen wird, kann ein Druckaufbau in dem Ventilinnenraum beschleunigt und/oder erhöht werden. Dadurch kann einerseits die Zeitdauer zum Schließen des ersten Ventilkörpers verkürzt und andererseits die Feder mit geringerer Federkraft dimensioniert werden, weil der hohe Fluiddruck in dem Ventilinnenraum die Feder bei dem Schließvorgang des Abblaseventils unterstützt. Eine schwache Feder ist wiederum

vorteilhaft, weil somit ein schneller öffnungsvorgang des ersten Ventilkörpers ermöglicht wird, wenn nur eine geringe Federkraft zu überwinden ist.

Vorzugsweise weist der erste Ventilkörper an seinem Umfang ein Dichtelement auf, um den Ventilinnenraum gegenüber dem zweiten Ventilanschluß abzudichten.

Weiter bevorzugt ist das Dichtelement so gestaltet, dass es durch axiales Anlegen einer Dichtlippe gegen einen korrespondierenden Dichtsitz bei geschlossenem ersten Ventilkörper zumindest nahezu vollständig abdichtet und bei geöffnetem ersten Ventilkörper eine vorgegebene Strömung zwischen dem Ventilinnenraum und dem zweiten Ventilanschluß über ein radiales Spiel der Dichtlippe zuläßt.

Das Ablassen des Fluiddrucks aus dem Ventilinnenraum kann noch weiter beschleunigt werden, wenn das Dichtelement zum Abdichten des ersten Ventilkörpers gegenüber dem zweiten Ventilanschluß als eine Dichtlippe ausgebildet ist, die ein vorgegebenes radiales Spiel in der Zylinderbohrung des Ventilgehäuses hat, so daß sich eine Strömung innerhalb des radialen Spiels von dem Ventilinnenraum zu dem zweiten Ventilanschluß hin ausbilden kann.

Vorzugsweise weist das Dichtelement zusätzlich eine Ringscheibe auf, um ein radiales Spiel des Dichtelements zu begrenzen, so dass nur eine geringe vorgegebene Strömung ermöglicht wird. Blow-by-Gase, d.h. Verbrennungsgase, die im Verbrennungsmotor zwischen den Kolben und Zylindern in das Kurbelgehäuse und von dort in den Ansaugtrakt gelangen, gelangen auch in den Turbolader und somit in das Abblaseventil. Diese Blow-by-Gase enthalten Verbrennungsrückstände sowie Motoröl. Aufgrund der Verbrennungsrückstände und des Motoröls kann es zu einem Aufquellen der Dichtlippe kommen. Indem an dem Dichtelement zusätzlich die Ringscheibe angeordnet ist, kann ein radialer Spalt über eine lange Lebensdauer hinweg exakt definiert werden, weil der Ringspalt immer gleich groß bleibt und nicht durch ein Aufquellen der Dichtlippe aufgrund von in Blow-by-Gasen enthaltenen öl- und Verbrennungsrückständen beeinflußt wird.

Vorzugsweise ist das Abblaseventil als ein Ventil der Einsetzart gestaltet, das in ein Gehäuse einzusetzen ist und mittels eines Flansches mit Dichtung einen Innenraum des Gehäuses abdichtet, der als zweiter Ventilanschluß dient, wobei der Ventilsitz in dem Gehäuse angeordnet ist.

Weiter bevorzugt ist der erste Ventilkörper so in dem Abblaseventil geführt, dass eine Achse des ersten Ventilkörpers um einen vorgegebenen Winkel gegenüber einer Achse des Aktuators schwenkbar ist, um Toleranzen der Fertigung und des Einbaus auszugleichen, so dass eine gleichmäßige Anlage der Dichtung des ersten Ventilkörpers an einem Ventilsitz des Gehäuses gewährleistet ist.

Die Aufgabe der Erfindung wird des weiteren durch ein Verfahren zum öffnen eines Abblaseventils gelöst, das folgende Schritte aufweist:

Hochziehen des beweglichen Glieds gegen die Federkraft, so dass der zweite Ventilkörper den Ventildurchlaß schließt; weiteres Hochziehen des beweglichen Glieds, so dass der erste Ventilkörper durch den Eingriff zwischen dem zweiten Ventilkörper und dem Ventilsitz des ersten Ventilkörpers angehoben wird, um den Fluiddurchtritt des ersten

Ventilkörpers zumindest teilweise zu öffnen; Absaugen des in dem Ventilinnenraum herrschenden Fluiddrucks über den

Drosselkanal aufgrund eines Venturieffekts bei teilweise geöffnetem

Fluiddurchtritt;

Aufschieben des ersten Ventilkörpers mittels des auf die Stirnseite des ersten

Ventilkörpers wirkenden Staudrucks, um das Abblasventil zu öffnen.

Die Aufgabe der Erfindung wird des weiteren durch ein Verfahren zum Schließen eines Abblaseventils gelöst, das folgende Schritte aufweist:

Bewegen bzw. Drücken des Anschlagelements mittels der Feder, um den zweiten

Ventilkörper zu öffnen und den zweiten Ventilkörper in der geöffneten Position zu halten;

Einleiten des Fluiddrucks in den Ventilinnenraum über den geöffneten zweiten

Ventilkörper, um eine Druckkraft auf den ersten Ventilkörper in Schließrichtung aufzubringen;

Zudrücken des ersten Ventilkörpers mit Hilfe der Feder und des Fluiddrucks in dem Ventilinnenraum gegen den an der Stirnseite wirkenden Staudruck, um das Abblaseventil zu schließen.

Vorzugsweise hat das Verfahren zum Schließen des Abblaseventils des weiteren den Schritt des Schließens des Drosselkanals, um das Schließen des ersten Ventilkörpers durch einen Venturieffekt in dem Fluiddurchtritt zu unterstützen.

Des weiteren wird die Aufgabe der Erfindung durch einen Turbolader mit einem derartigen Abblaseventil zum Ablassen eines Ladedrucks gelöst.

Außerdem wird erfindungsgemäß eine Brennkraftmaschine mit einem Turbolader und einem derartigen Abblaseventil geschaffen, bei der ansprechend auf ein Drosselklappenschließsignal das Ventil geöffnet wird, um den Ladedruck in den Ansaugtrakt vor dem Turbolader abzulassen. Indem das Ventil beim Erhalten eines Drosselklappenschließsignals sehr schnell öffnet und demgemäß den Ladedruck sehr schnell abläßt, wird ein vorteilhaftes Ansprechverhalten der Brennkraftmaschine erzielt.

Die Erfindung wird nun anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Figur 1 zeigt einen Schnitt durch das Abblaseventil, das in ein Turboladergehäuse 50 eingesetzt ist. Dabei zeigt Figur 1 den geschlossenen Zustand des Abblaseventils.

Figur 2 zeigt ebenfalls einen Schnitt durch das Abblaseventil, wobei eine Magnetspule mit Strom versorgt wird und der erste Ventilkörper bereits teilweise geöffnet ist.

Figur 3 zeigt einen Schnitt durch das Abblaseventil im vollständig geöffneten Zustand.

Figur 4 zeigt den vollständig geöffneten Zustand des ersten Ventilkörpers nach dem Wegnehmen der Aktuatorkraft, wobei der zweite Ventilkörper geöffnet ist.

Figur 5 zeigt eine Detailansicht des in Figur 1 gezeigten, geschlossenen Zustands des Abblaseventils.

Figur 6 zeigt eine Detailansicht des teilweise geöffneten Zustands des Abblaseventils, wie dieser in Figur 2 gezeigt ist.

Figur 7 zeigt eine Detailansicht des vollständig geöffneten Zustands des Abblaseventils, wie dieser in Figur 3 gezeigt ist.

Figur 8 zeigt als Detailansicht den vollständig geöffneten Zustand des ersten Ventilkörpers, wobei der zweite Ventilkörper nach dem Wegnehmen der Aktuatorkraft durch die Federkraft geöffnet ist, wie auch in Figur 4 gezeigt ist.

Das Abblaseventil ist, wie insbesondere in den Figuren 1 bis 4 gezeigt, beispielsweise als ein 2/2-Wege-Magnetventil (2 Anschlüsse/2 Stellungen) der stromlos geschlossenen Art (normally closed two-way two position valve) und/oder als ein Ventil der sogenannten Einsetzart ausgebildet. Ein derartiges Magnetventil hat eine elektromagnetische Spule 7, die vorzugsweise im wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und über einen elektrischen Anschluß 8 mit Strom versorgt werden kann. Innerhalb einer axialen Längsöffnung der zylindrischen Spule 7 ist ein Magnetanker 2 angeordnet, der ansprechend auf eine Stromzufuhr zu der elektrischen Spule 7 in der Ansicht in den Figuren nach oben gezogen wird. Der Magnetanker 2 ist vorzugsweise mittels einer teflonbeschichteten Lagerschale 12 geführt und aus einem magnetischen Material hergestellt, beispielsweise aus Eisen.

Die Lagerschale 12 ist vorzugsweise als ein Spulenkörper mit einem Trägerelement 12A ausgebildet, wie in der DE 10 2005 000 985.9 beschrieben ist, deren Spulenaufnahmevorrichtung hierin unter Bezugnahme eingeschlossen ist. In dieser Spulenaufnahmevorrichtung sind der Spulenkörper 12 und dessen Trägerelemente 12A hohlzylindrisch ausgebildet, wobei das Trägerelement 12A

über den Umfang verteilte Ausnehmungen oder öffnungen aufweist, die sich in einer bevorzugten Ausführungsform durch die Wandung des Trägerelements 12A hindurch erstrecken.

Vorzugsweise ist an einer oberen Anschlagposition des Magentankers 2 ein nicht gezeigter Abstandhalter angeordnet, um ein zu starkes Anhaften des Magentankers 2 an seiner oberen Anschlagposition zu verhindern, wie in der DE 10 2004 044 439 B4 offenbart ist, deren Aktuator mit Magentanker 2 und Spule 7 hierin unter Bezugnahme eingeschlossen ist. An einem distalen unteren Ende des Magnetankers 2 ist ein zweiter Ventilkörper 4 sowie ein Anschlagelement 13 vorzugsweise in der Gestalt eines Federtellers angeordnet. Der zweite Ventilkörper 4 ist aus einem geeigneten Material wie beispielsweise Metall (rostfreiem Stahl), um eine lange Lebensdauer zu haben. Der Federteller 13 ist aus einem geeigneten Material wie beispielsweise einem Kunststoff, der hohen Temperaturen standhält. Hierzu eignen sich beispielsweise glasfaserverstärkte Polyamide und/oder Mineral verstärkte Polyamide.

Der Federteller 13 wird zunächst auf den Abschnitt 2A mit geringerem Durchmesser des Magnetankers 2 aufgesteckt und danach wird der zweite Ventilkörper 4 aufgesteckt, wobei die Elemente 4, 13 durch eine Verdickung 2B des Magnetankers 2 an dem distalen Ende (an dem in den Figuren 1 bis 4 unteren Ende) des Magnetankers 2 gehalten werden, um sich integral mit dem Magnetanker 2 zu bewegen. Alternativ kann das distale Ende des Magnetankers 2 jedoch auch einen sogenannten (nicht gezeigten) Kerbnagel aufweisen, um den Federteller 13 und den zweiten Ventilkörper 4 an dem distalen Ende des Magnetankers 2 zu befestigen. Ein derartiger Kerbnagel wird in eine Bohrung des Magnetankers 2 eingepresst, um die Elemente 13 und 4 an dem Magnetanker 2 zu befestigen. Vorzugsweise wird ein Kerbnagel nach DIN 1476 (ISO 8746) mit einer Verdickung an einem Ende verwendet. Es kann jedoch auch ein anderer Kerbnagel verwendet werden, beispielsweise ein Kerbnagel nach DIN 1471 (ISO 8744), DIN 1472 (ISO 8745) oder DIN 1473 (ISO 8740).

Der Federteller 13 schafft eine formschlüssige Verbindung zwischen einer Feder 10 und dem Magentanker 2, um den Magnetanker 2 zusammen mit dem

Federteller 13 und dem zweiten Ventilkörper 4 nach unten zu bewegen. Der Federteller 13 weist in den Fig. nicht dargestellte Fluiddurchtritte zu den Drosselkanälen 11 auf. Vorzugsweise werden die Fluiddurchtritte bei abgesenktem Federteller 13 teilweise oder vollständig verschlossen, um den Durchfluß durch die Drosselkanäle 11 teilweise oder ganz zu verschließen.

Darüber hinaus wirkt der Federteller 13 als ein Anschlagelement, um über einen Eingriff des Federtellers 13 mit einem ersten Ventilkörper 3 eine Federkraft auf den ersten Ventilkörper 3 aufzubringen, so dass der erste Ventilkörper 3 in Schließrichtung bewegt werden kann. Der erste Ventilkörper 3 weist an seiner Stirnseite 3B eine Dichtung 3E auf, um mit einem Dichtsitz 52 in Eingriff zu treten, so daß ein Fluiddurchtritt 33 zwischen einem ersten Ventilanschluß 31 und einem zweiten Ventilanschluß 32 verschlossen wird.

Der Ventilsitz 52 ist vorzugsweise in einem Turboladergehäuse 50 ausgebildet. Das Abblaseventil ist als sogenanntes Ventil der Einsetzart konfiguriert, das über einen Flansch 6, der über eine Dichtung 5 an dem Turboladergehäuse 50 abgedichtet wird, in das Turboladergehäuse 50 eingesetzt wird. Dabei dient ein unterhalb des ersten Ventilkörpers 3 angeordneter Raum als der erste Ventilanschluß 31 , der mit einer Druckseite des Turboladers verbunden ist, während ein am Außenumfang des im wesentlichen zylindrischen ersten Ventilkörpers 3 ausgebildeter Ringraum innerhalb des Turboladergehäuses 50 als der zweite Ventilanschluß 32 dient.

Wenn ein an der Druckseite des Turboladers anstehender Druck P1 abgelassen werden soll, muß der erste Ventilkörper 3 geöffnet werden, um den Fluiddurchtritt 33 zwischen dem ersten Ventilanschluß 31 und dem zweiten Ventilanschluß 32 zu öffnen. Das Ventil kann sowohl an der Verdichterseite zum Steuern bzw. Regeln des Ladedrucks als auch auf der Turbinenseite eingesetzt werden, um als sogenanntes Waste-Gate-Ventil zu dienen.

In dem ersten Ventilkörper 3 ist des weiteren ein Drosselkanal 11 angeordnet, der eine Verbindung zwischen einer Stirnseite 3B des Ventilkörpers 3 und einer Rückseite 3D des Ventilkörpers 3 bzw. einem Ventilinnenraum 9 schafft. Der

Ventilinnenraum 9 ist als ein Druckraum gestaltet, der einen Fluiddruck P3 auf die Rückseite 3D des ersten Ventilkörpers 3 ausüben kann, um eine Fluiddruckkraft in Schließrichtung des ersten Ventilkörpers 3 auszuüben. Hierzu ist dieser Ventilinnenraum 9 mittels eines Dichtelements 14 gegenüber dem als Ringraum gestalteten zweiten Ventilanschluß 32 abgedichtet. Diese Abdichtung kann durch eine Membran oder einen Kolbenring erfolgen.

Vorzugsweise wird jedoch ein lippenförmiges Dichtelement 14A eingesetzt, das bei geschlossenem ersten Ventilkörper 3 an einem axialen Dichtsitz 15 des Ventilgehäuses anliegt, um eine nahezu vollständige Abdichtung des Ventilinnenraums 9 gegenüber dem zweiten Ventilanschluß 32 zu gewährleisten. Bei geöffnetem ersten Ventilkörper 3 läßt dieses lippenförmige Dichtelement 14A über ein radiales Spiel eine große, vorgegebeneStrömung zwischen dem Ventilinnenraum 9 und dem zweiten Ventilanschluß 32 zu.

Vorzugsweise ist des weiteren eine Ringscheibe 14B benachbart zu der Dichtlippe 14A angeordnet. Blow-by-Gase, d.h. Verbrennungsgase, die im Verbrennungsmotor zwischen den Kolben und Zylindern in das Kurbelgehäuse und von dort in den Ansaugtrakt gelangen, gelangen auch in den Turbolader und somit in das Abblaseventil. Diese Blow-by-Gase enthalten Verbrennungsrückstände sowie Motoröl. Aufgrund dieser

Verbrennungsrückstände und des Motoröls kann es zu einem Aufquellen der aus Fluorsilikon-Kautschuk (MFQ(FVMQ) oder Silikon-Kautschuk (MVQ/VMQ) hergestellten Dichtlippe 14a kommen.

Die Strömung zwischen dem Ventilinnenraum 9 und dem zweiten Ventilanschluß 32 wird jedoch vorzugsweise durch einen verhältnismäßig engen radialen Spalt an der Ringscheibe 14B begrenzt, so daß an dieser Stelle eine Drosselwirkung entsteht. Der radiale Spalt des Dichtelementes 14A sollte dabei eine sehr große Querschnittsfläche haben, so dass das an dem lippenförmigen Dichtelement 14A vorbeiströmende Fluid die Lippe des Dichtelements 14A nicht verformt. Dabei sollte der Durchlaßquerschnitt der Ringscheibe 14B kleiner bis maximal doppelt so groß als der Durchlaßquerschnitt des Ventildurchlasses 3A sein.

Durch ein Aufquellen der Dichtlippe 14A aufgrund von ölrückständen und Verbrennungsrückständen würde sich ein Drosselspalt über die Lebensdauer hinweg verändern, was unerwünscht ist. Durch die Ringscheibe 14B kann somit ein definierter Ringspalt mit definierter Drosselwirkung geschaffen werden. Dabei hat die Dichtlippe 14A einen größeren Ringspalt als die Ringscheibe 14B, um eine Verformung der Dichtlippe 14A aufgrund einer starken Fluidströmung zu verhindern, so daß die Drosselwirkung in erster Linie durch die Ringscheibe 14B erzeugt wird.

Der erste Ventilkörper 3 weist vorzugsweise an seiner Rückseite 3D einen Montagering 3H auf, die in eine Nut des Ventilkörpers 3 eingeclipst wird. Der Montagering 3H kann jedoch auch durch Bördeln oder Schweißen mit dem ersten Ventilkörper 3 verbunden werden. Das Dichtelement 14 wird durch den Montagering 3H an dem ersten Ventilkörper 3 befestigt.

Ein wirksamer Durchmesser der Abdichtung der Dichtlippe 14A ist in etwa gleich groß wie ein wirksamer Durchmesser der Dichtung 3E des ersten Ventilkörpers 3, so daß auf die Stirnseite 3B des ersten Ventilkörpers 3 in etwa derselbe Fluiddruck P1 wirkt wie auf die Rückseite 3D des Ventilkörpers 3. Je nach Auslegung des Abblaseventils kann jedoch der wirksame Durchmesser des Dichtelements 14 auch größer oder kleiner als der wirksame Durchmesser der Dichtung 3E gestaltet werden. Im Zusammenhang mit der Betätigungskraft des Magnetankers 2 sowie der Feder 10 mit ausgewählter Federrate und Vorspannung kann der Konstrukteur die Durchmesser des Dichtelements 14 und der Dichtung 3E entsprechend gestalten, um eine gewünschte Charakteristik des Abblaseventils zu erzielen.

Das Anschlagelement 13 kann neben seiner Wirkung als Federteller und als Anschlagelement zum nach unten Drücken bzw. Bewegen des ersten Ventilkörpers 3 auch als ein Ventilelement zum teilweisen oder vollständigen Verschließen des Drosselkanals 11 dienen, wenn sich das Anschlagelement 13 in seiner unteren Position befindet, in der es in Eingriff mit dem ersten Ventilkörper 3 tritt.

Darüber hinaus wird der erste Ventilkörper 3 vorzugsweise durch einen kolbenförmigen Abschnitt 3G innerhalb einer zylindrischen Fläche 13A des Anschlagelements 13 mit einem gewissen Spiel geführt, wie in Fig. 5 gezeigt. Dieses Spiel ist erforderlich, um ein gewisses Schwenken einer Achse 3F des ersten Ventilkörpers 3 gegenüber einer Achse 2C des Magnetankers 2 zuzulassen, wenn das Ventil als ein Ventil der Einsetzart gestaltet ist, wobei der Ventilsitz 52, mit dem der erste Ventilkörper 3 in Eingriff tritt, kein Bestandteil des Ventils, sondern des Gehäuses 50 ist, in das das Abblaseventil eingesetzt wird. Aufgrund von Fertigungstoleranzen soll durch diese vorgegebene Verschwenkung der Achse 3F des Ventilkörpers 3 ein gleichmäßiges Anliegen der Dichtung 3E des Ventilkörpers 3 an dem Ventilsitz 52 des Turboladergehäuses 50 gewährleistet werden. Aus demselben Grund ist die Ringscheibe 14B an dem ersten Ventilkörper 3 radial beweglich angeordnet, um ein Kippen des ersten Ventilkörpers 3 zu ermöglichen.

Es soll nun die Betriebsweise zum öffnen und Schließen des Abblaseventils anhand der Figuren näher erläutert werden.

In dem in den Figuren 1 und 5 dargestellten geschlossenen Zustand des Abblaseventils liegt die Dichtung 3E des ersten Ventilkörpers 3 an dem Dichtsitz 52 des Turboladergehäuses 50 an, um zwischen dem ersten Ventilanschluß 31 und dem zweiten Ventilanschluß 32 abzudichten, so daß kein Durchfluß zwischen den beiden Ventilanschlüssen 31 , 32 möglich ist. In diesem Zustand ist der zweite Ventilkörper 4 geöffnet und ermöglicht, daß der an dem ersten Ventilanschluß 31 anstehende überdruck P1 in den Ventilinnenraum 9 gelangt, der wiederum über das Dichtelement 14 gegenüber dem zweiten Ventilanschluß 32 abgedichtet ist. Auf diese Weise wirken auf die Stirnseite 3B des ersten Ventilkörpers 3 und die Rückseite 3D des ersten Ventilkörpers 3 bei gleichem Druck (P1 =P3) im wesentlichen dieselben Fluidkräfte, wenn der wirksame Durchmesser der Dichtung 3E gleich dem des Dichtelements 14 ist. Je nach Auslegung des Ventils kann der Durchmesser des Dichtelements 14 jedoch auch etwas größer oder kleiner als der Durchmesser der Dichtung 3E gestaltet werden. Auf diese Weise kann der Konstrukteur gewünschte Kräfteverhältnisse in Verbindung mit der Kraft des Aktuators 2 und der Kraft der Feder 10 einstellen.

Wenn das Ventil geöffnet werden soll, wird elektrischer Strom über den elektrischen Anschluß 8 zu der Spule 7 zugeführt, um die Spule 7 zu erregen. Dadurch wird der Magnetanker 2 nach oben gezogen und nimmt den zweiten Ventilkörper 4 sowie den Federteller 13 mit. Dadurch wird der zweite Ventilkörper 4 mit dem Ventilsitz 3C in Eingriff gebracht, der innerhalb des Ventilkörpers 3 ausgebildet ist, wie in den Fig. 2 und 6 gezeigt ist. Durch den Eingriff des zweiten Ventilkörpers 4 mit dem Ventilsitz 3C wird der Ventildurchlaß 3A zwischen dem ersten Ventilanschluß 31 und dem Ventilinnenraum 9 geschlossen. Wenn durch die weitere Aufwärtsbewegung des Magnetankers 2 mit dem zweiten Ventilkörper 4 der erste Ventilkörper 3 geringfügig von seinem Sitz 52 abgehoben wird, kann der Druck P3 in dem Ventilinnenraum 9 über den Drosselkanal 11 abströmen.

Aufgrund der geringfügigen öffnung des ersten Ventilkörpers 3 stellt sich in dem Fluiddurchtritt 33 zwischen dem ersten Ventilanschluß 31 und dem zweiten

Ventilanschluß 32 ein Venturi-Effekt aufgrund des dynamischen Druckabfalls ein, der zu einem starken Unterdruck P4 führt. Dieser dynamische Druckabfall wird genutzt, um über den Drosselkanal 11 den Fluiddruck P3 aus dem

Ventilinnenraum 9 schnell abzulassen. Aufgrund der Verringerung des Fluiddrucks P3 in dem Ventilinnenraum 9 wird nun der Ventilkörper 3 aufgrund des überdrucks

P1 an dem ersten Ventilanschluß 31 nach oben, d.h. in eine öffnungsrichtung bewegt. Der Venturi-Effekt kann sogar dazu führen, daß sich in dem

Ventilinnenraum 9 zumindest zeitweise ein Unterdruck einstellt, der den

Ventilkörper 3 nach oben saugt. Der vollständig geöffnete Zustand des Abblaseventils, d.h. des Ventilkörpers 3, ist in den Figuren 3 und 7 dargestellt. In diesem Zustand ist der zweite Ventilkörper 4 aufgrund der Zugkraft des

Magnetankers 2 geschlossen.

Wenn ausgehend von dem in Figur 3 und 7 dargestellten vollständig geöffneten Zustand des Abblaseventils dieses geschlossen werden soll, erfolgt dies einfach durch Unterbrechen der Stromzufuhr zu der Spule 7 über den elektrischen Anschluß 8. Dadurch wird die elektromagnetische Kraft auf den Magnetanker 2 aufgehoben, so daß die Feder 10 den Federteller 13 mit dem zweiten Ventilkörper 4 und dem Magnetanker 2 nach unten drücken kann, um den zweiten Ventilkörper

4 von dem Dichtsitz 3C des ersten Ventilkörpers 3 abzuheben. In anderen Worten öffnet der zweite Ventilkörper 4 den Ventildurchlaß 3A ₁ wie insbesondere in den Figuren 4 und 8 dargestellt.

Dadurch wird eine Verbindung des Ventilinnenraums 9 mit einer Staudruckseite, d.h. der Stirnseite 3B des ersten Ventilkörpers 3, geschaffen, um den Staudruck bzw.überdruck P1 in den Ventilinnenraum 9 einzuleiten. Dieser in den Ventilinnenraum 9 eingeleitete überdruck P1 hilft zusammen mit der Feder 10 den Ventilkörper 3 in eine Schließrichtung zu bewegen. Dies kann vorzugsweise dadurch beschleunigt werden, daß der Drosselkanal 11 durch das Anschlagelement 13 teilweise oder vollständig geschlossen wird. Alternativ oder zusätzlich kann der Drosselkanal 11 vorzugsweise so gestaltet sein, daß ein Strömungswiderstand durch den Drosselkanal 11 bzw. die Vielzahl der Drosselkanäle 11 höher ist als ein Strömungswiderstand durch den Ventildurchlaß 3A. Durch entsprechendes Anpassen dieser Strömungswiderstände sowie des Strömungswiderstands an dem Ringspalt des Dichtelements 14 kann eine gewünschte Charakteristik des Abblaseventils erzielt werden.

Somit wird der erste Ventilkörper 1 im geschlossenen, in den Figuren 1 und 5 gezeigten Zustand durch die auf die Rückseite 3D wirkende Fluidkraft zugehalten, so daß nur eine geringe Federkraft der Feder 10 erforderlich ist, um das Abblaseventil geschlossen zu halten. Andererseits wird nur eine geringe Kraft des Aktuators 2,7 benötigt, um zum öffnen des Abblaseventils den kleinen zweiten Ventilkörper 4 zu schließen, weil der erste Ventilkörper 3 nach dem Ablassen des Ventilinnendrucks P3 durch den an der Stirnseite 3B anstehenden Staudruck P1 geöffnet wird. Vorzugsweise stellt sich in dem Ventilinnenraum 9 sogar ein Unterdruck ein, wenn das Fluid aus dem Ventilinnenraum 9 über den Drosselkanal 11 mittels des Venturi-Effekts an dem Fluiddurchtritt 33 abgesaugt wird.

Somit kann eine schwache Feder eingesetzt werden und/oder ein kleiner verhältnismäßig schwacher Aktuator 2, 7, der einen geringen Strombedarf sowie eine geringe Wärmeentwicklung hat. Trotzdem kann das Abblaseventil in sehr kurzer Zeit geöffnet und geschlossen werden. Darüber hinaus kann ein Flattern des ersten Ventilkörpers 3 in der Anfangsphase des öffnens aufgrund des

dynamischen Druckabfalls in dem Fluiddurchtritt aufgrund des Venturi-Effekts durch das Vorhandensein des Drosselkanals 11 verhindert werden. Vorzugsweise sind am Umfang der Stirnseite 3B in Gegenüberlage zu dem Ventilsitz 52 mehrere Drosselkanäle 11 , vorzugsweise drei, im Abstand von 120° voneinander angeordnet, um einen gleichmäßigen Druck am Umfang des Fluiddurchtritts 33 zu gewährleisten.

Die in dem Abblaseventil auftretenden öffnungs- und Schließkräfte werden vorzugsweise so ausgelegt, dass das Abblaseventil, d.h. der erste Ventilkörper 3 des Abblaseventils, zumindest bei niedriger Versorgungsspannung der Magnetspule 7 und hoher Betriebstemperatur, d.h. bei niedrigem Stromfluß durch die Magnetspule 7 hindurch, im drucklosen Zustand nur geringfügig öffnet, beispielsweise ca. 0,5 bis 2 mm und erst durch den am ersten Ventilanschluß 31 wirkenden Betriebsüberdruck P1 vollständig geöffnet wird, beispielsweise ca. 3 bis 8 mm. Es soll jedoch nicht auf diesen Bereich beschränkt sein, sondern es können je nach Einsatzzweck und Baugröße des Ventils auch andere Bereiche gewählt werden.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche abgewandelt werden. Insbesondere muß der Aktuator nicht ein elektromagnetischer Aktuator sein, sondern es kann jeder andere Aktuator wie beispielsweise ein pneumatischer oder hydraulischer Aktuator oder ein Stellmotor eingesetzt werden. Darüber hinaus müssen der zweite Ventilkörper 4 und der Federteller 13 nicht über die Verdickung 2A an dem Magnetanker 2 befestigt werden, sondern es kann auch ein Kardangelenk oder eine andere Art der

Befestigung zum Einsatz kommen. Das Abblaseventil muß nicht zwangsläufig in einem Turbolader eingesetzt werden, sondern kann auch an anderer Stelle zur

Anwendung kommen. Dabei kann das Ventil neben dem Steuern von Gasen auch zum Absperren von Flüssigkeiten verwendet werden. Das Ventil muß auch nicht in der sogenannten Einsetzart gestaltet sein, sondern kann ein eigenes

Untergehäuse aufweisen, das den entsprechenden Ventilsitz 52 aufweist.

Bezugszeichenliste

1 Ventilgehäuse

2 Magnetanker

2A Abschnitt mit geringem Durchmesser

2B Verdickung

2C Achse

3 erster Ventilkörper

3A Ventildurchlaß

3B Stirnseite

3C Ventilsitz

3D Rückseite

3E Dichtung

3F Achse

3G kolbenförmiger Abschnitt

3H Montagering

4 zweiter Ventilkörper

5 Dichtung

6 Flansch

7 Magnetspule

8 elektrischer Anschluß

9 Ventilinnenraum

10 Feder

11 Drosselkanal

12 Lagerschale

12A Trägerelement

13 Anschlagelement

13A Zylinderführung

14 Dichtelement

14A Dichtlippe

14B Ringscheibe

15 axialer Dichtsitz 1 erster Ventilanschluß 2 zweiter Ventilanschluß

Fluiddurchtritt Turboladergehäuse Dichtsitz