DE102010020102A1

DE102010020102A1 - Einrichtung zur Ansteuerung eines Abgasventils einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102010020102A1
Application number: DE102010020102A
Authority: DE
Inventors: Vinzent Kremina; Michael Noll
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2010-05-10
Filing date: 2010-05-10
Publication date: 2011-11-10
Also published as: WO2011141399A1; CN102884303A; EP2569528A1; KR20130064082A; CN102884303B

Abstract

Bei einer Einrichtung zur Ansteuerung eines Abgasventils (3) einer Brennkraftmaschine ist ein elastisches Element (6) in einer Schubstange (4) angeordnet. Die Schubstange (4) ist in zwei Elemente (12, 13) unterteilt, zwischen denen ein als Schraubenfeder ausgebildetes Federelement (15) angeordnet ist. Ein Stellantrieb (1) zum Antrieb der Schubstange (4) ist hierdurch besonders kompakt aufgebaut.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Ansteuerung eines Abgasventils einer Brennkraftmaschine mit einem ansteuerbaren Stellantrieb, mit einem von dem Stellantrieb antreibbaren Stellhebel, mit einer die Bewegung des Stellhebels auf das Abgasventil übertragenden Schubstange und mit einem elastischen Element zur Begrenzung von zwischen dem Stellantrieb und dem Abgasventil übertragenden Kräften.
Eine solche Einrichtung ist beispielsweise aus der DE 10 2008 014 609 A1 bekannt. Solche Einrichtungen werden häufig bei heutigen Brennkraftmaschinen eingesetzt, um beispielsweise Abgasrückführventile zu schalten, zum Verstellen der Leiterschaufeln eines Turboladers oder zum Betätigen eines Wastegateventils in einem Turbolader. Der Stellantrieb hat zu seiner Ansteuerung beispielsweise einen Elektromotor oder einen pneumatischen Aktor. Der Stellhebel wird bei der bekannten Einrichtung über ein Getriebe angetrieben. Die Schubstange ermöglicht eine räumlich getrennte Anordnung des Abgasventils von dem Stellantrieb.
Das elastische Element ist als Schenkelfeder ausgebildet und in dem Getriebe angeordnet und begrenzt eine zwischen dem Abgasventil und dem Stellantrieb übertragbare Maximalkraft. Damit werden das Abgasventil sowie das Getriebe und Lagerungen vor Überlastungen geschützt und ein Verschleiß möglichst gering gehalten. Solche Überlastungen treten beispielsweise in Folge von Trägheiten des Stellantriebs und des Getriebes auf, wenn das Abgasventil in die Endstellungen bewegt wird.
Nachteilig bei der bekannten Einrichtung ist, dass sie einen sehr großen Bauraum für und ein großes Gehäuse für den Stellantrieb mit dem Getriebe und dem elastischen Element benötigt.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art so weiter zu bilden, dass sie besonders kompakt aufgebaut ist.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das elastische Element in der Schubstange angeordnet ist.
Durch diese Gestaltung ist das elastische Element von dem Stellantrieb und einem mit diesem verbundenen Getriebe getrennt. Daher kann der Stellantrieb ein besonders kompaktes Gehäuse aufweisen. Das elastische Element kann in der meist ohnehin länglichen Schubstange lang gestreckt gestaltet sein und benötigt daher nur einen besonders geringen Bauraum. Die erfindungsgemäße Einrichtung ist hierdurch besonders kompakt aufgebaut. Ein weiterer Vorteil dieser Gestaltung besteht darin, dass das elastische Element zur Verringerung der Wärmeleitung von dem Abgasventil auf den Stellantrieb beiträgt.
Die Schubstange könnte beispielsweise eine elastisch nachgiebige Verformung aufweisen und damit einstückig mit dem elastischen Element gefertigt sein. Die Schubstange weist jedoch gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung eine hohe Stabilität auf, wenn die Schubstange mehrteilig gestaltet ist und das elastische Element zwischen zwei Teilen der Schubstange angeordnet ist.
Die Schubstange lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung mit dem elastischen Element zu einer baulichen Einheit vormontieren, wenn die Schubstange ein inneres Element und ein das innere Element teleskopartig übergreifendes äußeres Element hat und wenn das elastische Element zwischen dem inneren und dem äußeren Element angeordnet ist.
Das elastische Element ermöglicht gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung eine schnelle Übertragung von Kräften in eine vorgesehene Richtung, wenn das elastische Element einen inneren Anschlag zur Abstützung der Elemente der Schubstange hat, wenn das elastische Element in der am inneren Anschlag liegenden Stellung der Elemente der Schubstange Zug- oder Druckkräfte unelastisch überträgt und in die entgegengesetzte Richtung wirkende Kräfte oberhalb eines vorgesehenen Betrages elastisch verformend überträgt. Durch diese Gestaltung ist die Verformbarkeit des elastischen Elementes abhängig von der Belastungsrichtung.
Eine vorgesehene Einstellung von Zug- und Druckkräften der Schubstange gestaltet sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung konstruktiv besonders einfach, wenn das elastische Element zwei einander entgegengesetzt angeordnete inneren Anschläge hat und in beide Richtungen elastisch verformbar ist.
Die Montage der erfindungsgemäßen Einrichtung gestaltet sich besonders einfach, wenn die Schubstange zumindest ein Kugelgelenk zur Anbindung an den Stellhebel und/oder das Abgasventil hat. Zudem werden hierdurch Toleranzen zwischen dem Stellantrieb und dem Abgasventil ausgeglichen.
Das elastische Element ermöglicht gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung die einfache Übertragung von vorgesehenen Kräften, wenn das elastische Element im Grundzustand vorgespannt ist. Durch diese Gestaltung wird sichergestellt, dass eine Kraft, die unterhalb einer Vorspannkraft des elastischen Elements liegt, ohne Verformung des elastischen Elements übertragen wird. Erst wenn die auf das elastische Element einwirkende Kraft die Vorspannkraft übersteigt, verformt sich das elastische Element und verhindert die Beschädigung von Bauteilen der erfindungsgemäßen Einrichtung.
Das elastische Element gestaltet sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung an der lang gestreckten Schubstange besonders kompakt, wenn das elastische Element zumindest ein als Schraubenfeder ausgebildetes Federelement hat. Weiterhin weist das elastische Element hierdurch eine besonders hohe Lebensdauer auf.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
1 schematisch eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Ansteuerung eines Abgasventils,
2–6 schematisch verschiedene Ausführungen eines elastischen Elements der erfindungsgemäßen Einrichtung aus 1,
7 beispielhaft eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung.
1 zeigt schematisch eine Einrichtung mit einem von einem Stellantrieb 1 antreibbaren Kurbeltrieb 2 und ein über den Kurbeltrieb 2 antreibbares Abgasventil 3. Der Kurbeltrieb 2 hat eine Schubstange 4 und einen Stellhebel 5. In der Schubstange 4 ist ein elastisches Element 6 angeordnet. Die Schubstange 4 ist über ein Gelenk 7 an einem Stellarm 8 des Abgasventils 3 angebunden. Der Stellarm 8 bewegt eine senkrecht auf eine Öffnung 9 eines Abgaskanals 10 schwenkbare Abgasklappe 11. Damit bilden die Abgasklappe 11, ein Ventilkörper und die Öffnung 9 des Abgaskanals 10 einen Ventilsitz des Abgasventils 3. Die Richtung des im Abgaskanal 10 auf die Abgasklappe 11 wirkenden Drucks ist in der Zeichnung mit einem Pfeil und dem Buchstaben P gekennzeichnet.
Zum Steuern des Abgasventils 3 lässt sich der Stellhebel 5 über den Stellantrieb 1 zwischen den beiden Positionen I und II verschwenken. In der Position I des Stellhebels 5 befindet sich das Abgasventil 3 in der vollständig geöffneten Endstellung. In der Position II des Stellhebels befindet sich das Abgasventil 3 in der vollständig geschlossenen Endstellung. Das in der Schubstange 4 angeordnete elastische Element 6 befindet sich in einer vorgespannten Grundstellung und gleicht in den Positionen I und II Toleranzen zwischen dem Stellantrieb 1 und dem Abgasventil 3 aus. Weiterhin dämpft das elastische Element 6 von der Schubstange 4 übertragbare Maximalkräfte und verhindert damit Beschädigungen des Stellantriebs 1 und des Abgasventils 3. Die Schubstange 4 hat ein inneres Element 12 und ein das innere elastische Element 12 übergreifendes äußeres Element 13. Zwischen diesen Elementen 12, 13 ist das elastische Element 6 angeordnet. Das elastische Element 6 hat einen inneren Anschlag 14, gegen den die Elemente 12, 13 der Schubstange 4 vorgespannt sind. In Druckrichtung der Schubstande 4 überträgt der Anschlag 14 die Kräfte ungedämpft.
Durch die Art und Vorspannung des elastischen Elements 6 lassen sich von der Schubstange 4 übertragbare Zugkräfte und/oder Druckkräfte begrenzen. Hierzu sind in den 2 bis 6 verschiedene Ausführungsformen dargestellt. Die Richtung von in die Schubstange 4 eingeleiteten Kräften F ist in den 2 bis 6 mit Pfeilen gekennzeichnet.
2 zeigt die Einheit aus Schubstange 4 und elastischem Element 6 aus 1 bei der Einleitung einer eine Vorspannkraft des elastischen Elements 6 übersteigenden Zugkraft. Bei dieser Zugkraft sind die Elemente 12, 13 der Schubstange 4 auseinander gezogen und damit von dem inneren Anschlag 14 um den Weg s getrennt. Das elastische Element 6 hat ein als Druckfeder ausgebildetes Federelement 15.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform des elastischen Elements 6 mit einem als Zugfeder ausgebildeten Federelement 16 und einem inneren Anschlag 17. Die in die Schubstange 4 einwirkende Zugkräfte trennen die Elemente 12, 13 der Schubstange 4 von dem inneren Anschlag 17 des elastischen Elements 6 um den Weg s.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform des elastischen Elements 6 mit einem als Druckfeder ausgebildeten Federelement 18 und einem inneren Anschlag 19 bei der Beaufschlagung mit eine Vorspannkraft übersteigenden Druckkräften. Auf die Schubstange 4 einwirkende Druckkräfte trennen die Elemente 12, 13 der Schubstange 4 von dem inneren Anschlag 19 um den Betrag s.
5 zeigt eine weitere Ausführungsform des elastischen Elements 6 mit einem als Zugfeder ausgebildeten Federelement 20 und einem inneren Anschlag 21 bei der Beaufschlagung mit eine Vorspannkraft übersteigenden Druckkräften. Die Druckkräfte führen dazu, dass die Elemente 12, 13 der Schubstange 4 von dem Anschlag 21 getrennt sind.
6 zeigt eine weitere Ausführungsform des elastischen Elements 6, welches sich bei der Beaufschlagung von Kräften sowohl in Zugrichtung als auch in Druckrichtung elastisch verformt. Hierzu hat das elastische Element 6 zwei Federelemente 22, 23, welche über ein Koppelelement 24 miteinander verbunden sind. Zwei innere Anschläge 25, 26 des elastischen Elements 6 sind einander entgegengesetzt ausgerichtet. Die Federelemente 22, 23 sind jeweils als Druckfedern ausgebildet und wie die Ausführungsformen nach den 2 und 4 aufgebaut. Beispielhaft sind in 6 die möglichen Wege s1 und s2 gekennzeichnet, um die die Elemente 12, 13 der Schubstange 4 von den inneren Anschlägen 25, 26 bei Zugkräften oder Druckkräften getrennt werden können.
7 zeigt eine Ausführungsform der Einrichtung der 1 bis 3 mit dem Stellantrieb 1 und dem Kurbeltrieb 2. Das Abgasventil 3 ist zur Vereinfachung der Zeichnung nicht dargestellt. Der Stellantrieb 1 hat einen Elektromotor 27, welcher über ein Getriebe 28 mit dem Kurbeltrieb 2 verbunden ist. Die Schubstange 4 hat jeweils ein Kugelgelenk 29, 30 zur Anbindung an den Stellhebel 5 und an den in 1 dargestellten Stellarm 8 des Abgasventils 3. Die Elemente 12, 13 der Schubstange 4 sind teleskopartig ineinanderschiebbar und weisen Absätze 31, 32 zur Abstützung des elastischen Elementes 6 auf. Das Federelement 15 des elastischen Elements 6 ist als zwischen den Elementen 12, 13 der Schubstange 4 angeordnete Schraubenfeder ausgebildet.
Bezugszeichenliste

1: Stellantrieb
2: Kurbeltrieb
3: Abgasventil
4: Schubstange
5: Stellhebel
6: elastisches Element
7: Gelenk
8: Stellarm
9: Öffnung
10: Abgaskanal
11: Abgasklappe
12, 13: Element
14: Anschlag
15: Federelement
16: Federelement
17: Anschlag
18: Federelement
19: Anschlag
20: Federelement
21: Anschlag
22, 23: Federelement
24: Koppelelement
25, 26: Anschlag
27: Elektromotor
28: Getriebe
29, 30: Kugelgelenk
31, 32: Absatz

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008014609 A1 [0002]

Claims

Einrichtung zur Ansteuerung eines Abgasventils (3) einer Brennkraftmaschine mit einem ansteuerbaren Stellantrieb (1), mit einem von dem Stellantrieb (1) antreibbaren Stellhebel (5), mit einer die Bewegung des Stellhebels (5) auf das Abgasventil (3) übertragenden Schubstange (4) und mit einem elastischen Element (6) zur Begrenzung von zwischen dem Stellantrieb (1) und dem Abgasventil (3) übertragenden Kräften, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (6) in der Schubstange (4) angeordnet ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schubstange (4) mehrteilig gestaltet ist und das elastische Element (6) zwischen zwei Teilen der Schubstange (4) angeordnet ist.
Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schubstange (4) ein inneres Element (12) und ein das innere Element (12) teleskopartig übergreifendes äußeres Element (13) hat und dass das elastische Element (6) zwischen dem inneren und dem äußeren Element (12, 13) angeordnet ist.
Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (6) einen inneren Anschlag (14, 17, 19, 21, 25, 26) zur Abstützung der Elemente (12, 13) der Schubstange hat, dass das elastische Element (6) in der am inneren Anschlag (14, 17, 19, 21, 25, 26) liegenden Stellung der Elemente (12, 13) der Schubstange (4) Zug- oder Druckkräfte unelastisch überträgt und in die entgegengesetzte Richtung wirkende Kräfte oberhalb eines vorgesehenen Betrages elastisch verformend überträgt.
Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (6) zwei einander entgegengesetzt angeordnete inneren Anschläge (25, 26) hat und in beide Richtungen elastisch verformbar ist.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schubstange (4) zumindest ein Kugelgelenk (29, 30) zur Anbindung an den Stellhebel (5) und/oder dem Abgasventil (3) hat.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (6) im Grundzustand vorgespannt ist.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (6) zumindest ein als Schraubenfeder ausgebildetes Federelement (15, 16, 18, 20, 22, 23) hat.