CN101861486A - 双向致动器用伺服驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于双向可调节致动器(3)的伺服驱动装置(1)，更优选地用于排气再循环装置(29)或者用于排气涡轮增压器(30)，其包括电动机(4)，曲柄连杆(6)，其可以以咬合方式通过第一曲柄连杆轴承(7)与致动器(3)相连，还包括齿轮装置(5)，该齿轮装置将电动机(4)与曲柄连杆(6)连接起来。其中齿轮装置(5)在输出侧包括安装在枢轴轴承(15)上的啮合元件(14)，在其上，曲柄连杆(6)以咬合方式通过第二曲柄连杆轴承(18)支承。在伺服驱动装置(1)的起动位置，在第一直线(20)和第二直线(21)之间的角度(22)为锐角，其中，该起动位置与致动器(3)的起动位置相关，第一直线(20)延伸通过第一曲柄连杆轴承(7)和通过第二曲柄连杆轴承(18)，同时第二直线(21)延伸通过枢轴轴承(15)和通过第二曲柄连杆轴承(18)。

Description

双向致动器用伺服驱动装置
技术领域
本发明涉及一种双向可调节致动器用伺服驱动装置(actuating drive)。本发明还涉及一种装配了上述伺服驱动装置的排气再循环装置或排气涡轮增压器。
背景技术
为了能够致动阀组件，需要一种伺服驱动装置，利用该阀组件，使用排气再循环阀来控制排气再循环率。对上述类型的伺服驱动装置的需要正在逐渐增加。例如，在废气中携带的烟灰可能导致阀组件粘在辅助用阀底座(valve seat)上，因此就需要相对高的驱动力从而能够将阀组件从底座上提升。另外，该阀组件必须能够实现比较大的冲程从而能够达到高的排气再循环率。此外，还必须实现比较短的致动时间。类似的问题也可能在排气系统的其它组件上出现。例如，在排气涡轮增压器上。所述排气涡轮增压器可以被装配上被称作废气门阀(wastegate valve)的组件，利用该阀，使用排气涡轮增压器的涡轮，高压侧可以与低压侧相连，这样做的目的是，例如为了避免涡轮增压器的过载。由于该废气门阀还位于排气侧，其还需要相对大的致动力来打开，来关闭以及来保持其关闭。另外，还存在下述形式的涡轮增压器，该涡轮增压器带有可调节导叶片几何结构从而使得该涡轮增压器能够适应内燃机的不同运转状态，其中该内燃机装配了上述涡轮增压器。此处，同样的，可以使用双向运转伺服驱动装置。
根据专利文献DE10 2005 028 372，其公开了一种伺服驱动装置，其中电动机通过齿轮传动可旋转地驱动驱动轴(actuating shaft)。为了实现大的齿轮比，并因此在驱动轴上得到大的转矩，两个带有相同齿数的第一级齿轮以旋转固定方式与电机的主动轴(driveshaft)相连，并进行其齿轮相互偏移的安置。该两个第一级齿轮与两个第二级齿轮啮合，该第二级齿轮具有同样的齿数并且被相互轴向轮齿偏移的安置。
根据专利文献DE 198 54 614A1，其公开了一种致动装置，其中在双向可调节致动器中安装了致动力放大器。该致动器由两个杆构成，该杆一方面通过压缩弹簧相互连接，另一方面通过致动力放大器。该致动力被引入到第一杆中，同时第二杆与各自的待致动致动装置驱动连接，该致动装置例如为排气再循环阀。如果遇到正常的致动阻力，例如遇到未粘着的AGR-阀，该致动力可以被直接从第一杆通过压缩弹簧传输至第二杆，这个过程不存在力的增加。如果遇到渐增的致动阻力，例如，粘着的AGR-阀，第一弹簧的运动导致了压缩弹簧的压缩，并且，接下来就是在力放大器致动中的空动(idle movement)，其通过曲柄连杆(toggle lever)配置将第一杆的大致动行程(actuating travel)转换成第二杆的小致动行程，其中，同时发生了相应的力的放大。初始的粘着力一旦已经被克服了，该压缩弹簧会重新补偿残余的致动行程。
发明内容
本发明致力于解决以下问题，即提供一种改进的实施方式用于前文所述类型的伺服驱动装置，或者用于装配了所述伺服驱动装置的排气涡轮增压器，或者用于装配了所述伺服驱动装置的排气再循环装置，特别地排气再循环阀，其特征在于，具有比较成本有效的实现性和/或通过定义的力特征曲线(force-distance characteristic curve)限定。
根据本发明，该问题通过独立权利要求的主题解决。优选的实施方式为从属权利要求的主题。
本发明基于以下构思，即将电动机与曲柄连杆通过齿轮装置以下述方式连接，即该曲柄连杆，就像连接杆一样，在一端上与致动器以能双向调节的形式相互作用，类似于活塞，同时在另一端上与齿轮装置的啮合元件(toothing element)相互作用，类似于曲轴。此处，在伺服驱动装置起动的时候，曲柄连杆和啮合元件之间的相对位置被进行如此选定，即在致动动作起动时，获得最大的致动力。这种相对位置类似于连接杆在活塞死点位置的相对位置，该活塞由所述连接杆驱动。通过给出的设计可以在致动运动的起动位置实现比较大的致动力，其中在致动运动的结束位置，还可以达到相对高的致动速度。因而，特别地可以克服在阀组件和相应的阀座之间存在位于排气侧的阀组件的粘着，同时可以在可接受的致动时间内实现大的致动冲程。另外，可以相对成本有效地构造所述伺服驱动装置。特别地，由此可以获得高的关闭力，从而得到废气门阀的紧密密封。
根据特别优选的实施方式，在曲柄连杆轴承之间曲柄连杆可以包括侧向净空(lateralclearance)，延伸通过两个曲柄连杆轴承的直线延伸通过该侧向净空，同时其中啮合元件的区域被分配给枢轴轴承，沿着该枢轴轴承，啮合元件以咬合(articulating)方式安装，其中啮合元件与曲柄连杆相连。由此，可以实现这种紧凑设计的实施方式，其中，所述的第一直线可以几乎或者很大程度上与以下在曲柄连杆以及啮合元件之间的直线等同，该直线延伸通过啮合元件的枢轴轴承以及通过在曲柄连杆，由此可以得到在打开期间的极高的启动力以及在关闭期间的端面压力(end force)。在起动状态时，两条直线之间的角度例如为小于20°或者小于10°或者小于5°。
本发明的其他重要特征以及优点根据权利要求书、附图以及与附图相应的发明详述获得。
应该理解的是，在本发明的范围内，上文以及下文中即将描述的特征不仅能在各自的组合中使用，而且也能在其它组合中或者单独使用。
本发明的优选实施方式如附图所示，并在发明详述中给出更详细的描述，其中相同的附图标记表示相同或者类似或者功能相同的构件。
附图说明
附图均为示意性的表示
图1是根据第一实施方式的伺服驱动装置的侧视图；
图2是在图1中与视图方向II相应的侧视图；
图3是在图1中与视图方向III相应的侧视图；
图4为如图1所示的视图，然而表示的是第二实施方式。
具体实施方式
根据图1-4，一种伺服驱动装置1，利用该装置，可以驱动致动器3，该致动器可以根据双向箭头2双向调节，该装置包括电动机4，齿轮装置5和曲柄连杆6。该曲轴连杆6可以以咬合方式通过第一曲柄连杆轴承7与致动器3相连。此处，相应的第一曲柄连杆轴承轴被标记为8。在图示的装配状态下，通过其第一曲柄连杆轴承7的曲柄连杆6以咬合方式与致动器3相连。在图1-3所示的实施方式中，致动器3为承载阀体10的阀组件9。根据图4中所示的实施方式，致动器3用于往复杆(return lever)11的驱动，该往复杆依次以旋转固定方式与阀体12相连，其自身关于转轴13的轴可旋转的安装，并因此允许阀体12关于转轴13的该轴旋转。
该齿轮装置5将电动机4与曲柄连杆6连接起来。然后，该齿轮装置5在输出侧上具有啮合元件14，该啮合元件关于旋转轴16以能旋转的方式被安装在枢轴轴承15上。在本实施例中，该旋转轴承15由枢轴轴承轴17形成，该枢轴轴承轴在伺服驱动装置1的装配状态下被插入到局部安装的轴封片(shaft mounting)内，例如在包围了伺服驱动装置1的外壳内，图中并未示出该外壳。该曲柄连杆6以咬合方式通过第二曲柄连杆轴承18与啮合元件14相连，其中在第二曲柄连杆轴承18中的曲柄连杆6可以相对于啮合元件14绕第二曲柄连杆轴承轴19旋转。根据图2和3，就像图1和4一样，表示了伺服驱动装置1的起动状态，其被分配到各自的致动器3的起动位置，在输出侧的上述啮合元件14和该曲柄连杆6相互布置，并额外的进行如下配置，即能够获得下述几何关系：
在第一直线20和第二直线21之间，存在角度22，其在伺服驱动装置1的起动位置是锐角。更优选地，该角度22小于20°，其中第一直线20延伸通过两个曲柄连杆轴承7、18或者通过其轴承轴8、19，第二直线21延伸通过旋转轴承15和第二曲柄连杆轴承18或者通过相应的旋转轴16、19。
此处特别有利的是所示实施方式，其中，啮合元件14和曲柄连杆6被相互设计和安置或者匹配，从而在伺服驱动装置1的所示起动位置，第一直线20与致动器3的冲程方向2相互准平行运行。
这种组合获得了与活塞发动机的曲柄传动相应的构造，其中曲柄轴通过连接杆双向地驱动活塞。根据伺服驱动装置1示出的曲柄连杆6基本上对应于所述的连接杆，该啮合元件14对应于曲柄轴同时致动器3对应于活塞。伺服驱动装置1的所示起动状态类似于活塞的死点位置。由此，致动器3的冲程从其起动位置开始带有较低的致动速度但是却带有较高的致动力。在冲程提高时，在两个直线20、21之间的角度22增加，结果致动器3的致动速度增加，同时有效的致动力降低了。
为了能够实现所需的第一直线20的水平轴定位和冲程方向2具有优选较小的角度22，曲柄连杆6在其曲柄连杆轴承7、18之间具有侧向净空23。该第一直线20延伸经过该净空23。另外，该净空23的定位进行如下选定，即在伺服驱动装置1的起动位置，在输出侧被分配给枢轴轴承15的啮合元件14的区域可以下降到净空23内。
在优选的实施例中，在输出侧的啮合元件14为扇形齿轮，其在圆周方向上以低于360°延伸。优选地，扇形齿轮14在圆周向上延伸大约90°。更小的延伸角度同样也是可以想到的。在曲柄连杆6停顿区域中的该扇形齿轮14可以被划分，从而在第二曲柄连杆轴承18中的曲柄连杆6被咬合在扇形齿轮14的内部中。此处，轴承销24可以穿透扇形齿轮14的筋(web)和曲柄连杆，其中扇形齿轮在曲柄连杆6的两侧延伸。
此处所示的齿轮装置5包括在输入侧的齿轮25，该齿轮与电动机4的主动轴26以旋转固定方式相连。该齿轮25在输入侧与第一传动齿轮27啮合，该传动齿轮具有与在输入侧的齿轮25相比显著更多的齿数。因此，可以实现传动的第一阶段。该第一传动齿轮27与第二传动齿轮28以旋转固定方式相连，该第二传动齿轮28比第一传动齿轮27的齿数要少。该第二传动齿轮28在输出侧与啮合元件啮合，在本实施例中，该啮合元件就是扇形齿轮14。在本实施例中，每个环形段的第二传动齿轮28的齿数要显著少于齿轮段14的齿数。由此，实现了第二传动阶段。进一步的传动由如下方式完成，即在旋转轴16和第二曲柄连杆轴19之间的间隔要更小于在旋转轴16和下述接合之间的间隔，该接合为在输出侧的啮合元件14与第二传动齿轮28之间的接合。
这里所示的齿轮装置5基本上相应于两级正齿轮，该两级正齿轮包括在驱动侧与双向或双直线向可调节的致动器3相连的曲柄连杆。例如，该两级正齿轮的优选地齿轮比为12.95。该整个齿轮比可以实现的方式如下例如，第一传动阶段具有齿轮比2.667，同时第二传动阶段具有齿轮比4.857。通过该曲柄连杆6，更优选地，当激活阀时，特别在较小的开口横截面的区域中，能够达到具有较小致动速度和高打开力的非线性开口行为。这可以用于在较小开口截面的区域上带有废气门阀时，对排气再循环阀的精确计量或者充气压力的精确调整。
根据图1，该AGR-阀29包括阀组件9，利用该阀组件9，可以控制流体流动经过的横截面。例如，带有其阀体10的阀组件9控制在排气再循环线路中流体可以流通的横截面。作为阀组件9的冲程位置的功能，可以调节通过所述AGR-线路的排气再循环率。本文给出的伺服驱动装置1现在可以用来驱动阀组件9。然后，这种类型的伺服驱动装置1可以以下述方式结合到排气再循环阀29中，即曲柄连杆6与致动器9驱动连接。
根据图4，此处所示的排气涡轮增压器30仅在其废气门阀12的区域中可以装配上伺服驱动装置1用于驱动其废气门阀12，该伺服驱动装置1为本文示出的伺服驱动装置。该排气涡轮增压器30，以及内燃机，优选地位于汽车中，用于增加在新鲜气体侧的压力水平。然后，以通常方式安装的排气涡轮增压器30包括安置在新鲜气体侧的压缩机和安置在排气侧的涡轮。利用本文所示的废气门阀12或者其阀组件12，可以控制旁路，该旁路将涡轮的高压侧与涡轮的低压侧连接起来。由此，可以控制涡轮增压器的能量输出。此处值得注意的是，阀组件12这里甚至能表现出旋转运动，也就是沿着旋转轴13，同时利用伺服驱动装置1本身，还可以实现仅双直线的冲程运动。
另外，利用本发明的伺服驱动装置1，基本上还可以实现其他致动任务，其中在该致动任务中，下降的致动力曲线或者上升的致动路径曲线是特别重要的。还可以想到例如，是一种应用，其中排气涡轮增压器的涡轮的可调节导向叶片的几何结构是可调节的或者可以利用伺服驱动装置1控制。

Claims (11)

1.一种用于双向可调节致动器(3)的伺服驱动装置，更优选地用于排气再循环装置(29)或者用于排气涡轮增压器(30)，
-包括电动机(4)；
-包括曲柄连杆(6)，其可以以咬合方式通过第一曲柄连杆轴承(7)与致动器(3)相连；
-包括齿轮装置(5)，该齿轮装置将电动机(4)与曲柄连杆(6)连接起来；
-其中齿轮装置(5)在输出侧包括安装在枢轴轴承(15)上的啮合元件(14)，在其上，曲柄连杆(6)以咬合方式通过第二曲柄连杆轴承(18)安装；
-其中在伺服驱动装置(1)的起动位置，在第一直线(20)和第二直线(21)之间的角度(22)为锐角，其中，该起动位置与致动器(3)的起动位置相关，第一直线(20)延伸通过第一曲柄连杆轴承(7)和通过第二曲柄连杆轴承(18)，同时第二直线(21)延伸通过枢轴轴承(15)和通过第二曲柄连杆轴承(18)。
2.根据权利要求1所述的伺服驱动装置，其特征在于：
在伺服驱动装置(1)的起动位置，第一直线(20)基本上或者几乎与致动器(3)的冲程方向(2)平行运行。
3.根据权利要求1或2所述的伺服驱动装置，其特征在于：
在曲轴连杆轴承(7、18)之间的曲柄连杆(6)包括侧向净空(23)，通过该侧向净空第一直线(20)延伸，并且在伺服驱动装置(1)的起动位置，在输出侧上的分配给枢轴轴承(15)的啮合元件(14)在其中。
4.根据权利要求1-3任一项所述的伺服驱动装置，其特征在于：
在输出侧的啮合元件为齿轮段(14)，该齿轮段在环向上更优选地延伸约90°或低于90°。
5.根据权利要求1-4任一项所述的伺服驱动装置，其特征在于：
该齿轮装置(5)包括在输入侧上的齿轮(25)，其以旋转固定方式与电动机(4)的主动轴(26)相连。
6.根据权利要求5所述的伺服驱动装置，其特征在于：
在输入侧的该齿轮(25)与第一传动齿轮(27)咬合，该第一传动齿轮具有与在输入侧的齿轮(25)相比更多的齿数。
7.根据权利要求6所述的伺服驱动装置，其特征在于：
该第一传动齿轮(27)以旋转固定方式与第二传动齿轮(28)相连，该第二传动齿轮具有比第一传动齿轮(27)更少的齿数。
8.根据权利要求7所述的伺服驱动装置，其特征在于：
该第二传动齿轮(28)与在输出侧的啮合元件(14)咬合，其中，在输出侧的啮合元件(14)具有与第二传动齿轮(28)相比每个圆周段上更多的齿数。
9.一种用于内燃机排气再循环装置的排气再循环阀，更优选地在汽车中使用，
-包括阀组件(9)，该阀组件用于控制流体能流通的横截面，利用该阀组件，排气再循环装置的排气再循环率可以作为其冲程位置的函数进行调整；
-包括根据权利要求1-8任一项所述的伺服驱动装置(1)用于驱动阀组件(9)。
10.一种用于内燃机的排气涡轮增压器，更优选地在汽车中使用，
-包括废气门阀，该废气门阀的阀组件(12)用于控制旁路，该旁路将排气涡轮增压器(30)的高压侧与低压侧连接起来；
-包括根据权利要求1-8任一项所述的伺服驱动装置(1)用于驱动阀组件(12)。
11.用于内燃机的排气涡轮增压器，更优选地在汽车中使用，
-包括涡轮，该涡轮具有能利用致动器(3)调节的导向叶片几何结构；
-包括根据权利要求1-8任一项所述的伺服驱动装置(1)用于驱动致动器(3)。
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