CN110741145A - 排气系统的排气旁通阀致动器系统和排气系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及内燃发动机的排气系统中的排气旁通阀致动器系统（1），其具有排气旁通阀（2），所述排气旁通阀包括可绕枢轴（5）枢转的阀瓣（4）；具有致动器（6），其用于致动所述排气旁通阀（2）中的所述阀瓣（4），所述致动器包括驱动轴（8）；具有联接元件（9），其用于将所述致动器（6）的运动转换成所述排气旁通阀（2）中的所述阀瓣（4）的运动，其中，所述致动器（6）的所述驱动轴（8）与所述排气旁通阀（2）中的所述阀瓣（4）的所述枢轴（5）同轴定位，其中，所述联接元件（9）被设计为旋转轴，所述旋转轴与所述阀瓣（4）的所述枢轴（5）同轴定位且与所述致动器（6）的所述驱动轴（8）同轴定位，并且其中，弹簧波纹管元件（10）被分配给所述联接元件（9）。

Description

排气系统的排气旁通阀致动器系统和排气系统
技术领域
本发明涉及内燃发动机的排气系统的排气旁通阀（wastegate valvle）致动器系统并且涉及排气系统。
背景技术
根据实践，已知包括至少一个废气涡轮增压器的内燃发动机的排气系统。废气涡轮增压器包括涡轮机，废气可以经由该涡轮机被引导以膨胀和提取能量，其中，利用在废气涡轮增压器的涡轮机中提取的能量以便驱动废气涡轮增压器的压缩机并压缩将被供给到内燃发动机的增压空气。此外，从实践中已知，将排气旁通阀分配给排气系统的废气涡轮增压器的涡轮机，其中，取决于排气旁通阀的打开位置，可以引导绕过涡轮机的废气经过废气涡轮增压器。这种排气旁通阀也被描述为旁通阀，其特别用于控制或者调节增压压力并用于控制和/或调节排气系统中的温度。
致动器用于调整或致动排气旁通阀。这里，从实践中已知，致动器经由联接元件联接到排气旁通阀，以便将致动器的运动转换成排气旁通阀的阀瓣的运动。这里，从实践中已知将联接元件实施为联接杆，该联接杆在一侧上以铰接方式连接到致动器的驱动轴，并且在另一侧上以铰接方式连接到排气旁通阀的阀瓣的枢轴，其形成运动杠杆机构。
在船舶的排气系统中，排气系统的废气引导组件通常定位在相对于周围环境与外部隔热的空间（所谓的热箱）中，以便由此避免燃料可以与废气引导组件接触并由此被点燃。因此，排气旁通阀定位在这种隔热空间内，而用于致动排气旁通阀的致动器通常布置在该隔热空间的外部。于是，用于将致动器联接到排气旁通阀的联接元件必须被引入隔热空间中或被引出隔热空间。在形成运动杠杆机构的联接元件的情况下，这是有问题的。此外，在形成运动杠杆机构的联接元件的情况下，存在以下风险：尤其是杠杆运动地连接到排气旁通阀的枢轴的联接元件由于温度引起的变形而卡住。这会导致排气旁通阀故障。
发明内容
由此出发，本发明基于如下目的：创建内燃发动机的排气系统的新型排气旁通阀致动器系统以及具有这种排气旁通阀致动器系统的内燃发动机的排气系统。
这个目的通过根据权利要求1的排气旁通阀致动器系统解决。
根据本发明，致动器的驱动轴与排气旁通阀的阀瓣的枢轴同轴延伸。联接元件被设计为旋转轴，其与排气旁通阀的阀瓣的枢轴同轴延伸且与致动器的驱动轴同轴延伸，其中，联接元件被分配有弹簧波纹管元件。
根据本发明的排气旁通阀致动器系统避免了从实践中已知的缺点。由于排气旁通阀的阀瓣的枢转轴、致动器的驱动轴以及被设计为旋转轴的联接元件全部都相对于彼此同轴延伸的事实，因此联接元件可以完全通过旋转运动将致动器的运动转换成排气旁通阀（即排气旁通阀的阀瓣）的运动。分配给联接元件的弹簧波纹管元件可以可靠地抵消联接元件的区域中的热引起的变形，使得不存在联接元件卡住和排气旁通阀由此产生故障的风险。
在船舶应用的情况下，联接元件仅必须穿过隔热空间的壁中的开口，该联接元件用于在排气旁通阀定位在其中的隔热空间与布置在这个隔热空间外部的致动器之间传递联接元件。
根据本发明的有利的进一步发展，弹簧波纹管元件以这样的方式集成在联接元件中，使得弹簧波纹管元件联接在旋转轴的第一端与旋转轴的第二端之间，该旋转轴用该第一端连接到致动器的驱动轴，该旋转轴用该第二端连接到阀瓣的枢轴，其中，优选地，弹簧波纹管元件距旋转轴的第一端的距离小于距旋转轴的第二端的距离。替代地，弹簧波纹管元件以这样的方式分配给联接元件，使得弹簧波纹管元件联接在旋转轴的一端与致动器的驱动轴之间。因此，两种型式的弹簧波纹管元件都定位成比排气旁通阀更靠近致动器。在船舶应用的情况下，弹簧波纹管元件布置在隔热空间外部。由此，可以确保弹簧波纹管元件暴露于较小的热负荷。
根据本发明的有利的进一步发展，弹簧波纹管元件是抗扭金属弹簧波纹管元件。抗扭金属弹簧波纹管元件尤其优选地用于将致动器的运动可靠地转换成排气旁通阀的阀瓣的运动。
在权利要求9中定义了排气系统。
附图说明
从从属权利要求和以下描述中获得本发明的优选的另外的发展。通过附图更详细地解释了本发明的示例性实施例，但不限于此。此处示出了：
图1：排气旁通阀致动器系统的透视图；以及
图2：图1的排气旁通阀致动器系统的俯视图。
具体实施方式
本发明涉及内燃发动机的排气系统的排气旁通阀致动器系统，并且涉及具有这种废气致动器系统的排气系统。
内燃发动机的排气系统的基本构造对所提到领域的技术人员来说是熟悉的，并且因此本身不需要任何进一步的解释。然而，为了完整起见，在此指出，内燃发动机的排气系统包括至少一个废气涡轮增压器，该废气涡轮增压器在每种情况下具有涡轮机和压缩机。通过废气涡轮增压器的涡轮机，内燃发动机的废气可以被引导，以便在涡轮机中使废气膨胀并在该过程中提取能量。
在相应废气涡轮增压器的压缩机中利用在废气涡轮增压器的涡轮机中提取的能量，以便压缩将供给到内燃发动机的增压空气。此外，内燃发动机的排气系统可以包括通常定位在废气涡轮增压器下游的至少一个废气后处理组件，诸如例如催化转换器和/或颗粒过滤器。
此外，已知将排气旁通阀分配给废气涡轮增压器，即分配给该废气涡轮增压器的涡轮机，其中，排气旁通阀也被描述为旁通阀。取决于排气旁通阀的打开位置，废气可以被引导经过废气涡轮增压器的涡轮机，即绕过涡轮机，尤其在目的是排气旁通阀下游的增压压力调节和/或废气温度调节的情况下 。
这种排气旁通阀由致动器致动，其中，在排气旁通阀（即排气旁通阀的待调整的阀瓣）与致动器之间，连接了联接元件，以便将致动器的运动转换成排气旁通阀的阀瓣的运动。
排气旁通阀、致动器和联接元件的布置被描述为排气旁通阀致动器系统。
图1和2示出了根据本发明的排气旁通阀系统1的不同视图。该排气旁通阀致动器系统1包括排气旁通阀2，其中，排气旁通阀2包括阀壳体3和容纳在阀壳体3中的阀瓣4。排气旁通阀2的阀瓣4可绕枢轴5枢转，以便由此限定或调整排气旁通阀2的打开位置和关闭位置。
此外，排气旁通阀致动器系统1包括致动器6，致动器6优选地实施为电动马达，尤其实施为步进马达。致动器6可以经由电缆7联接到控制系统（未示出），以便适当地致动致动器6。通过控制系统控制或者调节，致动器6可以被驱动，由此引起致动器6的驱动轴8的运动。
设计为马达的致动器6经由联接元件9联接到排气旁通阀2的阀瓣4，以便将致动器的运动（即致动器6的驱动轴8的旋转）转换成排气旁通阀2的阀瓣4的运动，即旋转或者枢转运动。
在根据本发明的排气旁通阀致动器系统1的情况下，致动器6的驱动轴8与排气旁通阀2的阀瓣4的枢轴5同轴延伸。联接元件9被设计为旋转轴，其与阀瓣4的枢轴5同轴延伸且与致动器6的驱动轴8同轴延伸。因此，为了将致动器6的旋转轴8的运动转换成排气旁通阀2的阀瓣4的枢转运动，设计为旋转轴的联接元件9仅必须执行旋转运动。可省略用于将致动器6联接到排气旁通阀2的运动杠杆机构。这是有利的，尤其在如在船舶上的惯例那样排气旁通阀2定位在隔热空间内并且致动器6定位在隔热空间外部且联接元件9必须穿过隔热空间的壁中的开口时。在这种情况下，设计为旋转轴的联接元件9然后可以简单地穿过隔热空间的壁中的合适凹部并相对于该凹部密封。
在根据本发明的排气旁通阀致动器系统1的情况下，设计为旋转轴的联接元件9被分配有弹簧波纹管元件10。优选地，这种弹簧波纹管元件10是抗扭金属弹簧波纹管元件。通过这种弹簧元件10，一方面，致动器6的驱动轴8的旋转运动可以被可靠地转换成排气旁通阀2的阀瓣4的枢转运动，而另一方面，可以容易且可靠地抵消或者补偿联接元件9的区域中的热引起的变形。
弹簧波纹管元件10优选地以这样的方式被分配给设计为旋转轴的联接元件9，使得弹簧波纹管元件10连接在联接元件9与致动器6的驱动轴8之间（即以这样的方式，使得弹簧波纹管元件10在一侧上连接到致动器6的驱动轴8并且在另一侧上连接到设计为旋转轴的联接元件9的第一端），其中，被设计为旋转轴的联接元件9的第二端连接到排气旁通阀2的阀瓣4的枢轴5。在所示示例性实施例中，弹簧波纹管元件10与联接元件9的第一端的连接经由凸缘连接实现，即经由形成在联接元件9的第一端上的凸缘11和形成在弹簧波纹管元件10的邻接部分上的凸缘12的连接实现，其中，根据图1和2的这两个凸缘11、12经由螺钉13彼此连接。这种凸缘连接是任选的。弹簧元件10与联接元件9的连接也可以不同方式（例如通过焊接）实现。
还可以将弹簧元件10集成在形成为旋转轴的联接元件9中，即，以这样的方式集成，使得弹簧波纹管元件10联接在联接元件9的第一端与旋转轴9的第二端之间，该联接元件通过所述第一端连接到致动器6的驱动轴8，该旋转轴通过所述第二端连接到排气旁通阀2的阀瓣4的枢轴5。
在这种情况下，弹簧波纹管元件10距旋转轴的第一端的距离优选地小于距旋转轴的第二端的距离。在这个配置和图1以及2中所示的配置的情况下，确保了弹簧波纹管元件10定位成比排气旁通阀2更靠近致动器6，使得在船舶应用的情况下，排气旁通阀2布置在隔热空间内并且致动器6布置在该隔热空间的外部，弹簧波纹管元件10也定位在隔热空间的外部并因此暴露于较小的热负荷。
尽管不是优选的，还可以将弹簧波纹管元件10以这样的方式分配给旋转轴或者联接元件9，使得弹簧波纹管元件10联接在旋转轴的一端与排气旁通阀2的阀瓣4的枢轴5之间。
因此，根据本发明，提出了一种排气旁通阀致动器系统1，该排气旁通阀致动器系统包括具有可以绕枢轴5枢转的阀瓣4的排气旁通阀2、优选地形成为步进马达的具有驱动轴8的致动器6和被设计为旋转轴的联接元件9，该联接元件用于将致动器6的运动转换成排气旁通阀2的阀瓣4的枢转运动，其中，排气旁通阀2的枢轴5、致动器6的驱动轴8和被设计为旋转轴的联接元件9全部相对于彼此同轴延伸，并且其中，联接元件9分配有弹簧波纹管元件10，优选地是抗扭金属弹簧波纹管元件10，经由该弹簧波纹管元件，致动器6的旋转运动在一侧上可以可靠地转换成阀瓣的枢转运动，且经由该弹簧波纹管元件可以补偿联接元件9的区域中的温度引起的变形。排气旁通阀致动器系统1是简单且故障安全的。
附图标记列表
1 排气旁通阀致动器系统
2 排气旁通阀
3 阀壳体
4 阀瓣
5 枢轴
6 致动器
7 电缆
8 驱动轴
9 联接元件
10 弹簧波纹管元件
11 凸缘
12 凸缘
13 螺钉

Claims (9)

1.一种内燃发动机的排气系统的排气旁通阀致动器系统（1），其具有
排气旁通阀（2），其包括可以绕枢轴（5）枢转的阀瓣（4），
致动器（6），其用于致动所述排气旁通阀（2）的所述阀瓣（4），所述致动器包括驱动轴（8），
联接元件（9），其用于将所述致动器（6）的运动转换成所述排气旁通阀（2）的所述阀瓣（4）的运动，
其特征在于，
所述致动器（6）的所述驱动轴（8）与所述排气旁通阀（2）的所述阀瓣（4）的所述枢轴（5）同轴延伸，
所述联接元件（9）形成为旋转轴，所述旋转轴与所述阀瓣（4）的所述枢轴（5）同轴延伸且与所述致动器（6）的所述驱动轴（8）同轴延伸，其中，所述联接元件（9）被分配有弹簧波纹管元件（10）。
2.根据权利要求1所述的排气旁通阀致动器系统，其特征在于，所述弹簧波纹管元件（10）以这样的方式分配给所述联接元件（9），使得所述弹簧波纹管元件（10）联接在所述旋转轴的一端与所述致动器（6）的所述驱动轴（8）之间。
3.根据权利要求1所述的排气旁通阀致动器系统，其特征在于，所述弹簧波纹管元件（10）以这样的方式集成在所述联接元件（9）中，使得所述弹簧波纹管元件（10）联接在所述旋转轴的第一端与所述旋转轴的第二端之间，所述旋转轴通过所述第一端连接到所述致动器（6）的所述驱动轴（8），所述旋转轴通过所述第二端连接到所述阀瓣（4）的所述枢轴（5）。
4.根据权利要求2所述的排气旁通阀致动器系统，其特征在于，所述弹簧波纹管元件（10）距所述旋转轴的所述第一端的距离小于距所述旋转轴的所述第二端的距离。
5.根据权利要求1所述的排气旁通阀致动器系统，其特征在于，所述弹簧波纹管元件（10）以这样的方式被分配给所述联接元件（9），使得所述弹簧波纹管元件（10）联接在所述旋转轴的一端与所述阀瓣（4）的所述枢轴（5）之间。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的排气旁通阀致动器系统，其特征在于，所述弹簧波纹管元件（10）是抗扭金属弹簧波纹管元件。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的排气旁通阀致动器系统，其特征在于，所述致动器（6）是电动马达。
8.根据权利要求7所述的排气旁通阀致动器系统，其特征在于，所述电动马达是步进马达。
9.一种内燃发动机的排气系统，其具有废气涡轮增压器并且具有根据权利要求1至8中任一项所述的排气旁通阀致动器系统，所述废气涡轮增压器包括涡轮机和压缩机。
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