DE102010020115A1

DE102010020115A1 - Einrichtung zur Ansteuerung eines Abgasventils einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102010020115A1
Application number: DE102010020115A
Authority: DE
Inventors: Vinzent Kremina; Michael Noll
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2010-05-10
Filing date: 2010-05-10
Publication date: 2011-11-10
Also published as: EP2569529A1; KR20130108505A; CN102893013A; WO2011141436A1; KR101902588B1

Abstract

Bei einer Einrichtung zur Ansteuerung eines Abgasventils (3) ist ein von einem Stellantrieb (1) antreibbarer Kurbeltrieb (2) vorgesehen, welcher in der geschlossenen Endstellung des Abgasventils (3) über einen Totpunkt hinaus gegen einen Anschlag (12) bewegbar ist. In dieser Stellung wird der Kurbeltrieb (2) ohne Energieaufwand gehalten und kann nur durch Antrieb des Stellantriebs (1) aus dieser Stellung wieder heraus bewegt werden. Von der Seite des Abgasventils (3) eingeleitete Kräfte können den Kurbeltrieb (2) nicht bewegen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Ansteuerung eines Abgasventils einer Brennkraftmaschine mit einem ansteuerbaren Stellantrieb, mit einem von dem Stellantrieb antreibbaren Stellhebel und mit einer die Bewegung des Stellhebels auf das Abgasventil übertragenden Schubstange.
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. In dem Getriebe ist ein elastisches Element angeordnet, welches Lastspitzen ausgleicht. Die Schubstange ermöglicht eine räumlich getrennte Anordnung des Abgasventils von dem Stellantrieb.
Nachteilig bei der bekannten Einrichtung ist, dass der Stellantrieb das Abgasventil in seiner vorgesehenen Lage halten muss. Beispielsweise ist es häufig vorgesehen, dass das Abgasventil in einem Grundzustand entweder geschlossen oder geöffnet ist. Damit benötigt der Stellantrieb auch dann Energie, wenn das Abgasventil passiv in seinem Grundzustand gehalten werden soll.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art so weiter zu bilden, dass sie einen besonders geringen Energiebedarf hat.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in einer der Endstellungen des Abgasventils der Stellhebel oder die Schubstange seitlich an einem Anschlag abgestützt sind.
Durch diese Gestaltung haben Stellhebel und Schubstange eine Raststellung, in der sie an dem Anschlag gehalten sind. Daher wird das Abgasventil in der einen Endstellung passiv von dem Anschlag gehalten. Der Stellantrieb benötigt keine Energie, wenn das Abgasventil zumindest in der einen Endstellung gehalten ist. Damit ist der zum Betrieb der erfindungsgemäßen Einrichtung erforderliche Energiebedarf besonders gering. Da der Stellhebel meist kürzer und damit biegesteifer ist als die Schubstange, stützt sich vorzugsweise der Stellhebel an dem Anschlag ab.
Toleranzen zwischen Stellantrieb und Abgasventil lassen sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einfach ausgleichen, wenn die Schubstange ein elastisches Element aufweist und wenn das elastische Element in der einen Endstellung des Abgasventils gespannt ist. Durch die Kombination der Spannung des elastischen Elements mit der Abstützung des Stellhebels oder der Schubstange am Anschlag wird zudem das Abgasventil in seiner Endstellung zuverlässig gehalten. Das in der Schubstange angeordnete elastische Element begrenzt zudem Lastspitzen beim Bewegen des Abgasventils in die Endstellung auf einen einstellbaren Wert. Daher kann das in der Schubstange angeordnete elastische Element ein in dem Stellantrieb oder einem Getriebe des Stellantriebs angeordnetes elastisches Element ersetzen.
Der bauliche Aufwand zur Ansteuerung des Abgasventils lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders gering halten, wenn die Schubstange mit dem Stellhebel einen Kurbeltrieb bildet und wenn in einem Totpunkt des Kurbeltriebs das Abgasventils die eine Endstellung hat und der Stellhebel oder die Schubstange bei dem Antrieb des Kurbeltriebs über den Totpunkt hinaus an dem Anschlag abgestützt ist. In dieser über den Totpunkt des Kurbeltriebs hinaus gedrehten Stellung kann eine von dem Abgasventil in die Schubstange eingeleitete Kraft nicht zu einem Verschwenken des Stellhebels führen, da Stellhebel und Schubstange blockiert sind. Erst wenn der Stellhebel über den Stellantrieb über den Totpunkt wieder zurück verschwenkt wird, lässt sich die Schubstange in ihrer Längsrichtung verschieben und das Abgasventil antreiben. Bei der Verstellung des Abgasventils in die eine Endstellung wird der Kurbeltrieb bis zu dem Totpunkt gedreht. Bei Überwindung des Totpunkts schnappt der Kurbeltrieb ohne weiteren Antrieb durch den Stellantrieb mit dem Stellhebel oder der Schubstange gegen den Anschlag. Das in der Schubstange angeordnete elastische Element wird bei der Bewegung des Kurbeltriebs bis zum Totpunkt gespannt und wieder entspannt, wenn die Schubstange oder der Stellhebel gegen den Anschlag gelangen.
Die Schubstange und der Stellhebel könnten in der einen Endstellung des Abgasventils in gestreckter Lage hintereinander liegen. Das Abgasventil lässt sich jedoch gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders leichtgängig verstellen, wenn die Schubstange und der Stellhebel in der einen Endstellung des Abgasventils parallel übereinander liegen.
Meist ist im Grundzustand das Abgasventil dauerhaft geschlossen. Bei einem solchen Abgasventil lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weitebildung der Erfindung eine dauerhafte Bestromung des Stellantriebs vermeiden, wenn die eine Endstellung der geschlossenen Stellung des Abgasventils entspricht.
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 und sich an Absätzen des inneren und äußeren Elements abstützt.
Die erfindungsgemäße Einrichtung ist besonders kompakt aufgebaut, wenn das elastische Element als Schraubenfeder ausgebildet ist.
Zur weiteren Vereinfachung des Ausgleichs von Toleranzen zwischen Stellantrieb und Abgasventil trägt es gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bei, wenn der Stellhebel und die Schubstange über ein Kugelgelenk miteinander verbunden sind.
Die erfindungsgemäße Einrichtung gestaltet sich konstruktiv besonders einfach, wenn das Abgasventil eine senkrecht gegen eine Öffnung eines Abgaskanals schwenkbare Abgasklappe hat. Damit wirkt die Kraft des elastischen Elementes gegen den Druck in dem Abgaskanal.
Zur weiteren Vereinfachung des Ausgleichs von Toleranzen zwischen Stellantrieb und Abgasventil trägt es gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bei, wenn die Schubstange über ein Kugelgelenk mit einem Stellarm der Abgasklappe des Abgasventils verbindbar ist.
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 schematisch die erfindungsgemäße Einrichtung beim Schließen des Abgasventils,
3 schematisch die erfindungsgemäße Einrichtung in einer Endstellung,
4 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 5 befindet sich das Abgasventil 3 in der vollständig geschlossenen Endstellung. Das in der Schubstange 4 angeordnete elastische Element 6 ist im Wesentlichen entspannt und gleicht in den Positionen I und II Toleranzen zwischen dem Stellantrieb 1 und dem Abgasventil 3 aus.
2 zeigt die Einrichtung aus 1 nach einem Antrieb des Stellhebels 5 durch den Stellantrieb 1 gegen den Uhrzeigersinn in eine Position III. Hierbei wird das elastische Element 6 um den Betrag a gespannt. Das Abgasventil 3 verbleibt in seiner geschlossenen Endstellung. Der Stellhebel 5 und die Schubstange 4 liegen in dieser Position parallel übereinander. Die Position III kennzeichnet einen Totpunkt des Kurbeltriebs 2.
3 zeigt die Einrichtung aus den 1 und 2 nach einem Antrieb des Stellhebels 5 durch den Stellantrieb 1 gegen den Uhrzeigersinn in die Position IV. Der Stellhebel 5 liegt seitlich an einem Anschlag 12 an. Das elastische Element 6 ist nur noch um den Betrag b gespannt. Das Abgasventil 3 wird damit von dem Anschlag 12 und dem elastischen Element 6 in der geschlossenen Endstellung gehalten. Ein von dem Abgas in dem Abgaskanal 10 auf die Abgasklappe 11 wirkender Druck führt dazu, dass der Stellhebel 5 weiter gegen den Anschlag 12 gezogen wird. Aus der an dem Anschlag 12 anliegenden Stellung IV lässt sich der Stellhebel 5 nur mittels des Stellantriebs 1 heraus antreiben.
4 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 13, welcher über ein Getriebe 14 mit dem Kurbeltrieb 2 verbunden ist. Die Schubstange 4 hat jeweils ein Kugelgelenk 15, 16 zur Anbindung an dem Stellhebel 5 und an dem in 1 dargestellten Stellarm 8 des Abgasventils 3. Weiterhin hat die Schubstange 4 ein inneres Element 17 und ein das innere Element 17 übergreifendes äußeres Element 18. Die Elemente 17, 18 der Schubstange 4 sind teleskopartig ineinanderschiebbar und weisen Absätze 19, 20 zur Abstützung des elastischen Elementes 6 auf. Das elastische Element 6 ist als zwischen den Elementen 17, 18 der Schubstange 4 angeordnete Schraubenfeder ausgebildet.
Bezugszeichenliste

1: Stellantrieb
2: Kurbelantrieb
3: Abgasventil
4: Schubstange
5: Stellhebel
6: elastisches Element
7: Gelenk
8: Stellarm
9: Öffnung
10: Abgaskanal
11: Abgasklappe
12: Anschlag
13: Elektromotor
14: Getriebe
15, 16: Kugelgelenk
17, 18: Element
19, 20: 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) und mit einer die Bewegung des Stellhebels (5) auf das Abgasventil (3) übertragenden Schubstange (4), dadurch gekennzeichnet, dass in einer der Endstellungen des Abgasventils (3) der Stellhebel (5) oder die Schubstange (4) seitlich an einem Anschlag (12) abgestützt sind.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schubstange (4) ein elastisches Element (6) aufweist und dass das elastische Element (6) in der einen Endstellung des Abgasventils (3) gespannt ist.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schubstange (4) mit dem Stellhebel (5) einen Kurbeltrieb (2) bildet und dass in einem Totpunkt des Kurbeltriebs (3) das Abgasventils (3) die eine Endstellung hat und der Stellhebel (5) oder die Schubstange (4) bei dem Antrieb des Kurbeltriebs (2) über den Totpunkt hinaus an dem Anschlag (12) abgestützt ist.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schubstange (4) und der Stellhebel (5) in der einen Endstellung des Abgasventils (3) parallel übereinander liegen.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Endstellung der geschlossenen Stellung des Abgasventils (3) entspricht.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schubstange (4) ein inneres Element (17) und ein das innere Element (17) teleskopartig übergreifendes äußeres Element (18) hat und dass das elastische Element (6) zwischen dem inneren und dem äußeren Element (17, 18) angeordnet ist und sich an Absätzen (19, 20) des inneren und äußeren Elements (17, 18) abstützt.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (6) als Schraubenfeder ausgebildet ist.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellhebel (5) und die Schubstange (4) über ein Kugelgelenk (15) miteinander verbunden sind.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasventil (3) eine senkrecht gegen eine Öffnung eines Abgaskanals (10) schwenkbare Abgasklappe (11) hat.
Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schubstange (4) über ein Kugelgelenk (16) mit einem Stellarm (8) der Abgasklappe (11) des Abgasventils (3) verbindbar ist.