CN102713197A - 传动系统以及废气涡轮增压器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于尤其是废气涡轮增压器的废气门(3)的调节装置(2)的传动系统(1)，具有铰链四连杆机构(6)，所述铰链四连杆机构具有与驱动装置作用连接的驱动摇臂(7)，输出摇臂(8)和使所述驱动摇臂(7)和所述输出摇臂(8)作用连接的连杆(9)。在此规定，至少一个以其第一侧端(17)支承在所述传动系统(1)的壳体(18)上的弹簧元件(16)以其第二侧端(19)与所述驱动摇臂(7)，所述输出摇臂(8)和/或所述连杆(9)作用连接，以支持所述铰链四连杆机构(6)在至少一个运动方向上的运动。此外，本发明涉及一种废气涡轮增压器。

Description

传动系统以及废气涡轮增压器
本发明涉及一种用于尤其是废气涡轮增压器的废气门的调节装置的传动系统，具有铰链四连杆机构，所述铰链四连杆机构具有与驱动装置作用连接的驱动摇臂，输出摇臂和使所述驱动摇臂和所述输出摇臂作用连接的连杆。此外，本发明涉及一种废气涡轮增压器。
现有技术
由现有技术已知具有可以借助于调节装置或伺服驱动装置调节的废气门的废气涡轮增压器。调节装置例如可以是气动运行的调节装置。但是，备选地，废气门也可以借助于电动调节装置进行控制。相对于至今为止使用的上述气动调节装置，电动调节装置可以提供明显更大的调节力。在此情况下，通常达到直至大约250N的持续的值，为了使废气门在其关闭位置上优化地保持密封，该值是必需的。
如果电动调节装置是旋转调节器，那么力的传递常常经铰链四连杆机构或经四杆传动机构实施。铰链四连杆机构具有驱动摇臂，输出摇臂和连杆，通过该连杆将驱动摇臂与输出摇臂作用连接。电动调节装置在废气门上实现比气动调节装置高两倍或三倍的保持力。通过该高的保持力可以避免废气门阀由于废气压力脉冲造成的抬起运动。因此，尤其是在内燃机的低的转速区域中，其中废气涡轮增压器的废气门是关闭的，废气涡轮增压器的废气涡轮具有显著提高的焓量供使用。这又导致增压压力提高，其可以转换成内燃机增大的扭矩。
此外，电动调节装置具有优点，即在内燃机的不需要涡轮增压的部分负荷区域中，废气门可以完全打开。因此可以使废气反压最小化，这又通过排出功的减小导致内燃机的耗油的减小。在废气系统和环境之间的废气门处的压力差，调节装置在关闭废气门期间反作用于一个相应的压力。该压力必须在关闭过程期间被克服。相反，打开过程受到该压力的支持。因为驱动装置和与该驱动装置可能配属的控制和/或功率末级要相应于该较大的调节力，在该情况下是用于关闭废气门所需要的调节力，进行设计，因此驱动装置的结构尺寸和电功率消耗量增大。在此情况下，如果废气门是关闭的或仅仅是稍微地打开，那么该压力仅仅作用于调节装置。如果废气门基本上被完全打开，那么该压力不作用于或者仅仅很小地作用于调节装置上。
由现有技术中例如已知DE102008014609A1。该文献示出一种用于操纵内燃机的开关元件的致动器，其具有电动的伺服驱动装置，该伺服驱动装置经传动机构作用于开关元件上。其中传动机构应该具有至少一个弹性元件，该弹性元件在至少一个调节方向限制至少在开关元件本身上的最大的力或力矩。由此可以以限定的力操纵开关元件。弹性元件在此情况下在电动伺服驱动装置和开关元件之间设置在传动机构的任意位置上。
本发明的公开
相反，具有权利要求1的特征的传动系统可以减小借助于驱动装置要产生的扭矩，其中仍然实现可靠地调节要调节的装置，例如废气涡轮增压器。按照本发明，这是这样实现的，即至少一个以其第一侧端支承在传动系统的壳体上的弹簧元件以其第二侧端与驱动摇臂，输出摇臂或连杆作用连接，以支持铰链四连杆机构在至少一个运动方向上的运动。以这种方式实现较高的关闭力，同时不需要较大地设计驱动装置和/或驱动装置的传动机构。相应地，当然也可以在保持关闭力的情况下较小地设计电动驱动装置或传动机构并且由此减小其结构尺寸。运动方向，在该运动方向上铰链四连杆机构的运动应该得到支持，最好是废气门的关闭位置的方向。在此情况下，当废气涡轮增压器的废气门被关闭时，呈现该关闭位置;当废气门基本上被打开时，则涉及打开位置。
弹簧元件尤其是应该当调节装置或废气门已经位于关闭位置的区域中时支持该运动。在该区域中出现开头所述的压力，该压力这样地作用于调节装置上，使得废气门被挤压向打开位置。重要的尤其是，弹簧元件在铰链四连杆机构的壳体和驱动摇臂，输出摇臂或连杆之间形成耦联。弹簧元件因此不仅仅被插入到铰链四连杆机构的各单个元件，即驱动摇臂，输出摇臂或连杆和驱动装置之间。相反，弹簧元件应该从外部作用于该驱动装置上。
按照本发明的传动系统的另一个优点是在废气门的关闭位置的方向上调节装置的较高的动态性能。用于在关闭位置的方向上进行移位所需要的扭矩较小，因此对于恒定的电压，电动驱动装置的最大的转速较高。由此可以实施在关闭位置的方向上的快速移动。由此实现较小的复位时间。这改善了废气涡轮增压器的响应特性，尤其是在过渡状态情况下，并且由此改善增压压力的建立。
在一个优选实施方式中规定，使弹簧元件预张紧，由此在关闭位置的区域中也存在由弹簧元件产生的弹簧力，以在关闭位置的方向上挤压废气门。由此，如果在驱动装置和驱动摇臂之间设置传动机构，那么实现传动机构的齿轮侧面以及支承部位的可靠的贴合，由此实现传动机构的低噪音的、低磨损的运行。应该指出，该调节装置可以用于调节任何装置，即它不局限于与废气涡轮增压器一起的应用。在这种情况下，关闭位置一般地可以被称为第一位置而打开位置可以被称为第二位置。
本发明的一个扩展方案规定，驱动摇臂可以围绕驱动支承部位转动地进行支承并且弹簧元件作用于杠杆臂摇臂上，该杠杆臂摇臂与驱动摇臂连接并且同样可转动地围绕驱动支承部位进行支承。驱动装置在驱动支承部位的区域中作用于驱动摇臂上，以便由此操纵铰链四连杆机构。例如驱动摇臂设置在驱动装置的驱动轴上。杠杆臂摇臂也可转动地围绕驱动支承部位进行支承。在此，杠杆臂摇臂与驱动摇臂连接。也可以设置杠杆臂摇臂和驱动摇臂的一体的设计方案。为了支持铰链四连杆机构的运动或废气门的调节，弹簧元件应该作用于杠杆臂摇臂上。弹簧元件在杠杆臂摇臂上的作用点在此情况下是与驱动支承部位相间隔的，从而围绕该驱动支承部位产生一个扭矩，该扭矩作用于铰链四连杆机构的驱动摇臂上。弹簧元件的弹簧力应该这样地取向，使得铰链四连杆机构的运动在至少一个运动方向得到支持。
本发明的一个扩展方案规定，杠杆臂摇臂相对于驱动摇臂成一定的角度地布置和/或比驱动摇臂较短，一样长或较长。尤其是如果杠杆臂摇臂和驱动摇臂一体地构造或驱动摇臂同时构成杠杆臂摇臂，那么该一定的角度可以等于零，即在驱动摇臂和杠杆臂摇臂之间不存在角度位移。但是，备选地，杠杆臂摇臂可以在一个不为零度的角度下相对于驱动摇臂进行布置。在此情况下，杠杆臂摇臂可以比驱动摇臂较短，等长或较长。驱动摇臂的长度在此情况下表示在驱动支承部位和连杆支承部位之间的距离，在该连杆支承部位处，驱动摇臂与连杆连接。杠杆臂摇臂的长度是在驱动支承部位（杠杆臂摇臂可转动地围绕该驱动支承部位进行支承）和力作用点（在该力作用点处弹簧元件将弹簧力引入杠杆臂摇臂中或弹簧元件被固定在该处）之间的伸展距离。
本发明的一个扩展方案规定，弹簧元件在第一位置的方向上挤压铰链四连杆机构。第一位置在此情况下是调节装置或废气门的关闭位置。因此铰链四连杆机构的运动应该得到支持的运动方向是朝着该第一位置指向的。
本发明的一个扩展方案规定，这样地选择弹簧元件，使得它在第一位置上将预张力作用于杠杆臂摇臂上。弹簧元件因此不应该这样地设计，即一旦达到第一位置，弹簧元件就被松弛而不再产生弹簧力。相反应该在达到第一位置或关闭位置之后也存在弹簧力并且由此用作预张力。为此尤其是要相应地选择弹簧元件的长度。
本发明的一个扩展方案规定，这样的设置弹簧元件，使得在驱动摇臂的一个角度位置区域中杠杆臂摇臂的杠杆作用最大，所述第一位置位于该角度位置区域中。如果铰链四连杆机构或要调节的装置位于第一位置上，那么在弹簧元件作用在杠杆臂摇臂上所处于的点和驱动支承部位之间的距离在弹簧元件的延伸的方向上应该是最大或近似最大的。为此弹簧元件最好在第一位置上在直角下从杠杆臂摇臂出发或这样地产生弹簧力，使得该弹簧力垂直于杠杆臂摇臂的纵轴线地作用在杠杆臂摇臂上。相反，如果铰链四连杆机构从第一位置移出或驱动摇臂从角度位置区域中移出，那么杠杆臂摇臂的杠杆作用应该变得较小。
本发明的一个扩展方案规定，这样地设置弹簧元件，使得从第一位置出发，在铰链四连杆机构的第二位置的方向上杠杆作用减小。该第二位置例如是打开位置，在该打开位置上废气门是打开的。即铰链四连杆机构在第二位置的方向上被移动的越远，杠杆作用就变得越小。以这样的方式减小由弹簧力作用在驱动摇臂上的扭矩，从而驱动装置在朝着第二位置移动期间不必克服该弹簧力。尽管以这样的方式可以支持向第一位置的移动，但是同时该向第一位置的移动不受阻碍。
本发明的一个扩展方案规定，驱动装置经传动机构与驱动摇臂连接，其中，该传动机构具有与驱动装置配属的驱动轮和与驱动摇臂配属的、与驱动轮共同作用的输出轮。常常有利的是，在驱动装置和驱动摇臂之间进行驱动装置的转速的变换。例如，驱动装置是运转较快的电动机，而驱动摇臂应该较慢地转动，但是为此必须施加大的扭矩。为此目的设置该传动机构，其中，该传动机构具有驱动轮和输出轮，它们相互共同作用。不仅驱动轮而且输出轮最好实施成齿轮。
本发明的一个扩展方案规定，驱动轮具有在圆周上变化的滚动曲线半径而输出轮具有与该滚动曲线半径互补地分布的滚动曲线半径，其中，这些滚动曲线半径在围绕铰链四连杆机构的伸展位置的一个转动角度区域中被选择用于至少局部地形成传动机构的第一变速比和在该转动角度区域外部被选择用于形成至少一个与第一传动比不同的第二传动比。以这种方式可以针对驱动轮或输出轮的不同的转角位置呈现不同的传动比。例如在第一位置的区域中选择较大的扭矩而在第二位置的区域中选择相对较小的传动比。有利地也可以规定，在该转动角度区域中的传动比小于在转动角度区域外部的传动比。以这种方式可以实现，在铰链四连杆机构的驱动摇臂的伸展位置的区域中的传动比被减小，因为由于该伸展位置不管怎样已经可以将一个大的力传递到连杆上。该伸展位置在此情况下应该理解为驱动摇臂的位置，在该位置上，在驱动支承部位和一个在驱动摇臂和连杆之间的连接部位上的一条想象的直线基本上与连杆对齐或者与一条在连杆与驱动摇臂和输出摇臂的连接点之间的想象的直线对齐，即准态地是连杆的一个的延长部分。
本发明此外涉及一种废气涡轮增压器，其具有废气门和用于调节废气门的调节装置，其中，该调节装置具有传动系统，尤其是按照前述实施例的传动系统，传动系统具有铰链四连杆机构，其中，铰链四连杆机构具有与驱动装置作用连接的驱动摇臂，输出摇臂和使驱动摇臂和输出摇臂作用连接的连杆。在此情况下规定，至少一个以其第一侧端支承在铰链四连杆机构的壳体上的弹簧元件以其第二侧端与驱动摇臂，输出摇臂和/或连杆作用连接，以支持在至少一个运动方向上的运动。传动系统可以按照前述的实施例进一步改进。
以下借助于附图中示出的实施例详细说明本发明，而不限制本发明。附图中:
图1显示了用于调节装置的、在第一位置上的传动系统的示意图，该传动系统具有铰链四连杆机构，
图2显示了由图1中公开的、在第二位置上的传动系统，
图3显示了一个曲线图，其中描绘了弹簧元件的弹簧力，该弹簧元件以其第一端作用于传动系统的壳体上并且以其第二端作用于铰链四连杆机构的驱动摇臂上，
图4显示了在第一位置上的传动系统的另一个实施方式的一个区域，和
图5显示了在第二位置上的传动系统的由图4公开的实施方式。
图1示出了用于在此处没有详细示出的废气涡轮增压器的废气门3的调节装置2的传动系统1。废气门3由废气门开口4和废气门阀5组成，其中可以利用废气门阀5关闭废气门开口4。调节装置2是电操纵的调节装置，即具有电调节器或电驱动装置(在此处没有示出)。
传动系统1具有铰链四连杆机构6，其包括驱动摇臂7，输出摇臂8和使驱动摇臂7和输出摇臂8作用连接的连杆（耦合杆）9。驱动摇臂7在此情况下被围绕驱动支承部位10可转动地支承。在该驱动支承部位10处，驱动摇臂经驱动轴11与在此处没有示出的驱动装置作用连接。连杆9在连杆支承部位12处可转动地支承在驱动摇臂7上。在输出摇臂8处设置另一个连杆支承部位13，在该连杆支承部位上，连杆9可转动地支承在输出摇臂8上。输出摇臂8被围绕输出支承部分14可转动地支承并且为此最好被固定在输出轴15上。通过输出轴15在输出摇臂8和废气涡轮增压器的废气门3之间建立作用连接。铰链四连杆机构6或传动系统1因此是废气门3的调节装置2的组成部分。
传动系统1此外具有弹簧元件16，该弹簧元件以其第一侧端17作用连接在传动系统1的在此处仅仅示意示出的壳体18上并且以其第二侧端19与驱动摇臂7作用连接。这意味着，弹簧元件16的第一侧端17相对于驱动支承部位10是位置固定的，即是不运动的。弹簧元件16施加弹簧力于驱动摇臂7上，其中，由于该弹簧力造成驱动摇臂的转动运动，依赖于驱动摇臂7的转角位置，分别有不同的扭矩被施加到该驱动摇臂上。弹簧元件16的第二侧端19固定在杠杆臂摇臂20上，该杠杆臂摇臂在此处示出的实施方式中与驱动摇臂7实施成一体。备选地，杠杆臂摇臂20仅仅与驱动摇臂7连接并且也围绕驱动支承部位10可转动地进行支承。在此情况下可以规定，弹簧元件16，与连杆9一样，在连杆支承部位12上作用在杠杆臂摇臂20或驱动摇臂7上。弹簧元件16以其第一侧端(17)可转动地支承在壳体18上。
在图1中示出废气门3和在第一位置上的传动系统1，该第一位置对应于废气门3的关闭位置。在该关闭位置上，废气门阀5被如此地设置，即它封闭废气门开口4。相应地，驱动摇臂7，输出摇臂8以及连杆9也位于第一位置或关闭位置上。弹簧元件16和驱动摇臂7在第一位置上被如此地相互相对设置，使得弹簧元件16相对于驱动支承部位10作用到驱动摇臂7上所用的杠杆行程最大，即基本上对应于在驱动支承部位10和连杆支承部位12之间的距离。这意味着，弹簧元件16或由该弹簧元件作用的弹簧力基本上垂直于在驱动支承部位10和连杆支承部位12之间的一条想象的直线。即在第一位置上杠杆臂摇臂20的杠杆作用最大。
弹簧元件16或它的长度在此情况下最好如此选择，使得在第一位置上弹簧力或预张力也作用于杠杆臂摇臂20上。即在完全关闭的废气门3情况，弹簧元件16也不是处于松弛的状态。可以直接地看到，弹簧元件16或它的弹簧力将废气门3或废气门阀5朝着第一位置或关闭位置的方向上挤压。
图2示出了由图1公开的、在第二位置上的传动系统1，该第二位置对应于废气门3的打开位置。这意味着，废气门阀5被设置成释放开废气门开口4。为此传动系统1或与其配属的元件被带到第二位置上，从而驱动摇臂7与杠杆臂摇臂20一起现在位于第二转角位置上。由于不仅驱动支承部位10而且输出支承部分14都是位置固定的，因此通过移动驱动摇臂7，该移动例如借助于驱动装置经驱动轴11产生，将扭矩传递到废气门3上，该扭矩使废气门5移动到打开位置上。当然可以反向地将废气门3从图2所示的打开位置带到图1所示的关闭位置。在此情况下，在朝着第一位置的方向上移动期间存在第一运动方向并且在朝着第二位置移动期间存在第二运动方向。
弹簧元件16在此情况下被如此地设置，使得该弹簧元件支持铰链四连杆机构6或它的组成部件在第一运动方向上的运动。这是有利的，因为在废气门开口4与废气门阀5背离的一侧上通常具有比在废气门开口4的其上存在废气门阀5的一侧上更高的压力。该压力差产生一个压力，该压力在打开位置的方向上挤压废气门阀5。该压力借助于弹簧元件16来抵制，从而实现利用废气门阀5可靠地并且密封地封闭废气门开口4。此外，在这种设计方案的传动系统1中，驱动装置的尺寸可以设计得较小，因为，为了将传动系统1或废气门3移动到关闭位置上，施加较小的扭矩就足够了。
此外，由于弹簧元件16作用在杠杆臂摇臂20上，实现了传动系统1或废气门3向第二位置的移动不受弹簧元件16的阻碍，因为传动系统1在第二位置的方向上被移动得越远，杠杆臂摇臂20，即有效的杠杆臂的杠杆作用就越小。这可以直接地从图2中获知。
图3示出了一个曲线，其中在废气门3的调节行程s上绘出由弹簧元件16作用于连杆9上的力F。力F在此是这样的力，该力除了由驱动装置作用的力以外附加地由弹簧元件16施加到连杆9上。该曲线图显示，在调节行程s=0mm时，这对应于废气门3的关闭位置，力F最大并且随着增大的调节行程s，即在废气门3向打开位置移动期间，递减地变化。这意味着，力F变得较小，尽管在废气门3向打开位置移动期间弹簧元件16被张紧，即由弹簧元件作用的弹簧力变大。如前所述，在此情况下有效的杠杆臂被减小，这导致在连杆9上的递减的力变化。
图4示出了传动系统1的另一个实施方式的一个区域。在该实施方式中，杠杆臂摇臂20与驱动摇臂7分开地构造成。杠杆臂摇臂相对于驱动摇臂7处于一定的角度上，其中，该角度不等于0°。杠杆臂摇臂20的长度小于驱动摇臂7的长度，其中，杠杆臂摇臂20的长度是指在驱动支承部位10和弹簧元件16在杠杆臂摇臂20上的力作用点之间的距离。相反，驱动摇臂7的长度是在驱动支承部位10和连杆支承部位12之间的距离。在图4中示出了壳体18的一个区域，其中，在此处示出的实施方式中，在该区域中设置驱动装置，该驱动装置与驱动摇臂7连接。在壳体18上设置连杆凸起21，弹簧元件16以其第一侧端17支承在该凸起处。弹簧元件16例如实施成螺旋拉力弹簧并且在第一侧端17和第二侧端19上各具有用于悬挂在连杆凸起21或杠杆臂摇臂20上的钩子。在图4中，传动系统1示于第一位置，即关闭位置上，由此弹簧元件16处于几乎完全松弛的状态。
图5示出了由图4公开的在第二位置上的传动系统1的实施方式。传动系统的结构已经通过前面的实施例进行说明，因此就此而言可参阅这些实施例。

Claims (10)

1. 用于尤其是废气涡轮增压器的废气门(3)的调节装置(2)的传动系统(1)，具有铰链四连杆机构(6)，所述铰链四连杆机构具有与驱动装置作用连接的驱动摇臂(7)，输出摇臂(8)和使所述驱动摇臂(7)和所述输出摇臂(8)作用连接的连杆(9)，其特征在于，至少一个以其第一侧端(17)支承在所述传动系统(1)的壳体(18)上的弹簧元件(16)以其第二侧端(19)与所述驱动摇臂(7)，所述输出摇臂(8)和/或所述连杆(9)作用连接，以支持所述铰链四连杆机构(6)在至少一个运动方向上的运动。
2. 按照权利要求1所述的传动系统，其特征在于，所述驱动摇臂(7)被围绕驱动支承部位(10)可转动地支承并且所述弹簧元件(16)作用在一个杠杆臂摇臂(20)上，所述杠杆臂摇臂与所述驱动摇臂(7)连接并且同样可转动地围绕驱动支承部位(10)进行支承。
3. 按照上述权利要求中的一个或多个所述的传动系统，其特征在于，所述杠杆臂摇臂(20)以一定的角度相对于所述驱动摇臂(7)进行布置和/或比所述驱动摇臂较短或较长或者与所述驱动摇臂等长。
4. 按照上述权利要求中的一个或多个所述的传动系统，其特征在于，所述弹簧元件(16)将所述铰链四连杆机构(6)朝着一个第一位置的方向上挤压。
5. 按照上述权利要求中的一个或多个所述的传动系统，其特征在于，所述弹簧元件(16)被这样地选择，使得所述弹簧元件在所述第一位置上在所述杠杆臂摇臂(20)上产生预张力。
6. 按照上述权利要求中的一个或多个所述的传动系统，其特征在于，所述弹簧元件(16)被这样地设置，使得所述杠杆臂摇臂(20)的杠杆作用在所述驱动摇臂的一个角度位置区域中是最大的，所述第一位置位于所述角度位置区域中。
7. 按照上述权利要求中的一个或多个所述的传动系统，其特征在于，所述弹簧元件(16)被这样地设置，使得杠杆作用从所述第一位置出发在铰链四连杆机构(6)的一个第二位置的方向上减小。
8. 按照上述权利要求中的一个或多个所述的传动系统，其特征在于，所述驱动装置经一个传动机构与所述驱动摇臂(7)连接，其中，所述传动机构具有与所述驱动装置配属的驱动轮和与所述驱动摇臂(7)配属的、与所述驱动轮共同作用的输出轮。
9. 按照上述权利要求中的一个或多个所述的传动系统，其特征在于，所述驱动轮具有在圆周上变化的滚动曲线半径和所述输出轮具有与之互补地分布的滚动曲线半径，其中，所述滚动曲线半径被选择成用于在围绕铰链四连杆机构(6)的伸展位置的一个角度区域中至少局部地形成所述传动机构的第一传动比和用于在所述角度区域外部形成至少一个与所述第一传动比不同的第二传动比。
10. 废气涡轮增压器，具有废气门(3)和用于调节所述废气门(3)的调节装置(2)，其中，所述调节装置(2)具有带有铰链四连杆机构(6)的传动系统(1)，尤其是按照上述权利要求中的一个或多个所述的传动系统(1)，其中，所述铰链四连杆机构(6)具有与驱动装置作用连接的驱动摇臂(7)，输出摇臂(8)和使所述输出摇臂(7)和所述输出摇臂(8)作用连接的连杆(9)，其特征在于，至少一个以其第一侧端(17)支承在所述铰链四连杆机构(6)的壳体(18)上的弹簧元件(18)以其第二侧端(19)与所述驱动摇臂(7)，所述输出摇臂(8)和/或所述连杆(9)作用连接，以支持在至少一个运动方向的运动。
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