DE102011118895A1

DE102011118895A1 - Elektrischer Waste-Gate-Aktuator für einen Turbolader

Info

Publication number: DE102011118895A1
Application number: DE102011118895A
Authority: DE
Inventors: Jin Ra KIM
Original assignee: Mando Corp
Current assignee: Asentec Co Ltd
Priority date: 2010-11-19
Filing date: 2011-11-18
Publication date: 2012-05-24
Anticipated expiration: 2031-11-19
Also published as: DE102011118895B4; US20120124993A1; US8770544B2; KR20120054410A

Abstract

Es wird ein elektrischer Waste-Gate-Aktuator für einen Turbolader bereitgestellt, in dem das Innere eines Gehäuses in einen oberen Abschnitt und einen unteren Abschnitt unterteilt ist, um dadurch zu verhindern, dass Fremdkörper, die in einem Verzögerer erzeugt werden, in einen Antriebsmotor eingeführt werden. Der elektrische Waste-Gate-Aktuator für einen Turbolader umfasst Folgendes: ein Gehäuse, das im Innern einen Installationsraum aufweist; einen Verzögerer, der in einem oberen Abschnitt des Installationsraums installiert ist; einen Hebel, der mit einem oberen Ende des Verzögerers gekoppelt ist und außerhalb des Installationsraums installiert ist; einen Antriebsmotor, der in einem unteren Abschnitt des Installationsraums installiert ist; eine Sperrplatte, die den Installationsraum in den oberen Abschnitt, in dem der Verzögerer installiert ist, und den unteren Abschnitt unterteilt, in dem der Antriebsmotor installiert ist, und die verhindert, dass Fremdkörper, die in dem Verzögerer erzeugt werden, in den unteren Abschnitt des Installationsraums eingeführt werden; und eine Sensoreinheit, die unter der Sperrplatte installiert ist, um einen Rotationswinkel des Verzögerers zu messen.

Description

QUERVERWEIS AUF EINE DAMIT IN BEZIEHUNGSTEHENDE PATENTANMELDUNG
Die vorliegende Patentanmeldung beansprucht die Priorität aus der koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2010-0115767 , eingereicht am 19. November 2010 beim Koreanischen Patentamt, die hiermit durch Bezugnahme darauf in ihrer Gesamtheit für alle Zwecke zum Bestandteil der vorliegenden Patentanmeldung gemacht wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Waste-Gate-Aktuator für einen Turbolader und insbesondere auf einen elektrischen Waste-Gate-Aktuator für einen Turbolader, in dem das Innere eines Gehäuses in einen oberen Abschnitt und einen unteren Abschnitt unterteilt ist, um dadurch zu verhindern, dass Fremdkörper, die in einem Verzögerer erzeugt werden, in einen Antriebsmotor eingeführt werden.
Beschreibung des Standes der Technik
Im Allgemeinen hängt die Leistung, die von einer Verbrennungskraftmaschine erzeugt wird, von einer Luftmasse und einer Kraftstoffmenge ab, die der Verbrennungskraftmaschine zugeführt werden können. Um die Leistung der Verbrennungskraftmaschine zu steigern, ist es notwendig, eine größere Menge an Verbrennungsluft und Kraftstoff zuzuführen. Die Steigerung der Leistung der Verbrennungskraftmaschine kann erreicht werden, indem ein Hubraum eines Saugmotors vergrößert oder eine Drehzahl eines Saugmotors erhöht wird. Aber die Vergrößerung des Hubraums führt zu einer teuren Verbrennungskraftmaschine, die ein relativ schweres Gewicht und eine große Größe aufweist. Insbesondere die Erhöhung der Drehzahl bringt ernsthafte Probleme und Nachteile in einer relativ großen Verbrennungskraftmaschine mit sich.
Aufladung wird oft als eine technische Lösung für die Steigerung der Leistung einer Verbrennungskraftmaschine gewählt. Die Aufladung bezieht sich auf das Vorverdichten von Verbrennungsluft unter Verwendung eines Abgasturboladers oder eines Verdichters bzw. Kompressors, der mechanisch von einem Motor angetrieben wird. Der Abgasturbolader umfasst im Wesentlichen eine Turbine und einen Verdichter, die mit einer gemeinsamen Welle verbunden sind und sich mit einer konstanten Drehzahl drehen. Die Turbine wandelt nutzlos ausgestoßene Energie durch Abgas in eine Rotationsenergie um. Die Turbine treibt den Verdichter an. Der Verdichter saugt frische Luft an und führt vorverdichtete Luft zu den einzelnen Zylindern eines Motors zu. Eine größere Menge an Kraftstoff wird einer relativ großen Menge an Luft in dem Zylinder zugeführt. Dies führt dazu, dass die Verbrennungskraftmaschine eine höhere Leistung ausgibt. Deshalb wird auch ein Verbrennungsvorgang zusätzlich vorteilhaft beeinflusst, und die Verbrennungskraftmaschine hat einen höheren Gesamtwirkungsgrad. Außerdem kann ein Drehmomentprofil der Verbrennungskraftmaschine, die durch den Turbolader aufgeladen wird, sehr günstig gestaltet werden.
Da ein Seriensaugmotor von einem Fahrzeughersteller einen Abgasturbolader verwendet, kann dieser beträchtlich optimiert werden, ohne dass es in großem Umfang zu einem Eingriff in die Bauweise einer Verbrennungskraftmaschine kommt. In der Regel hat die aufgeladene Verbrennungskraftmaschine einen relativ niedrigen spezifischen Kraftstoffverbrauch und eine geringere Schadstoffemissionsrate. Darüber hinaus ist der Turbomotor beim gleichen Leistungsniveau leiser als ein typischer Saugmotor, da der Abgasturbolader selbst wie ein zusätzlicher Schalldämpfer wirkt.
Bei einer Verbrennungskraftmaschine, die einen breiten Drehzahlbereich aufweist (zum Beispiel eine Verbrennungskraftmaschine für ein Auto), wird ein hoher Ladedruck bei einer niedrigen Drehzahl eines Motors benötigt. Zu diesem Zweck ist ein Ladedruck-Regelventil, das auch als Waste-Gate-Ventil bezeichnet wird, bei einem Turbolader eingeführt worden. Durch das Auswählen eines entsprechenden Turbinengehäuses wird bei einer niedrigen Drehzahl eines Motors ein hoher Ladedruck gebildet. Das Waste-Gate-Ventil begrenzt einen Ladedruck auf ein vorbestimmtes Niveau entsprechend dem Anstieg der Drehzahl eines Motors.
Bei dem herkömmlichen elektrischen Waste-Gate-Aktuator, der die oben beschriebenen Funktionen aufweist, sind Zahnräder bzw. Zahnradgetriebe auf einem Motor, einem Sensor und einem elektronischen Steuergerät (ECU) angeordnet, und deshalb werden Fremdkörper, die in dem Schmierfett erzeugt werden, das in den Zahnrädern verwendet wird, und die durch den abrasiven Verschleiß der Zahnräder erzeugt werden, in einen Motoranschluss, ein ECU und einen Sensor eingeführt, wodurch eine Leistungsverschlechterung verursacht wird. Außerdem ist es, wenn auf Grund von räumlichen Begrenzungen ein Sensor verwendet wird, der eine Rotation einer Ausgangswelle direkt misst, baulich bzw. von der Bauweise her schwierig, beide Enden eines Zahnrads bzw. Zahnradgetriebes abzustützen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf einen elektrischen Waste-Gate-Aktuator für einen Turbolader gerichtet, in dem beide Enden eines Verzögerers zwischen einem Gehäuse und einem Deckel befestigt sind und ein Motor und ein ECU von dem Verzögerer getrennt sind, wodurch verhindert wird, dass Fremdkörper in den Motor und in das ECU eingeführt werden.
In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein elektrischer Waste-Gate-Aktuator für einen Turbolader Folgendes: ein Gehäuse, das im Innern einen Installationsraum aufweist; einen Verzögerer, der in einem oberen Abschnitt des Installationsraums installiert ist; einen Hebel, der mit einem oberen Ende des Verzögerers gekoppelt ist und außerhalb des Installationsraums installiert ist; einen Antriebsmotor, der in einem unteren Abschnitt des Installationsraums installiert ist; eine Sperrplatte, die den Installationsraum in den oberen Abschnitt, in dem der Verzögerer installiert ist, und in den unteren Abschnitt unterteilt, in dem der Antriebsmotor installiert ist, und die verhindert, dass Fremdkörper, die in dem Verzögerer erzeugt werden, in den unteren Abschnitt des Installationsraums eingeführt werden; und eine Sensoreinheit, die unter der Sperrplatte installiert ist, um einen Rotationswinkel des Verzögerers zu messen.
Der Verzögerer kann eine Hauptrotationswelle und eine Vielzahl von Zahnrädern, die mit der Hauptrotationswelle gekoppelt sind, umfassen, und die Hauptrotationswelle erstreckt sich durch die Sperrplatte derart, dass ein unteres Ende der Hauptrotationswelle unter einer Oberseite der Blockierplatte angeordnet ist.
Die Sensoreinheit kann Folgendes umfassen: einen Magneten, der an einem unteren Ende der Hauptrotationswelle derart installiert ist, dass der Magnet unter der Oberseite der Sperrplatte angeordnet ist; und einen Sensor, der in dem unteren Abschnitt des Installationsraums unter dem Magneten installiert ist und den Rotationswinkel des Verzögerers misst, indem er eine Variation in einem Fluss des Magneten erfasst.
Ein oberes Ende einer obersten Rotationswelle von Rotationswellen, die mit der Vielzahl von Zahnrädern verbunden sind, kann sich durch ein oberes Ende des Gehäuses erstrecken und kann mit dem Hebel an der Außenseite des Gehäuses gekoppelt sein.
Der Motor kann eine vertikal vorstehende Motorwelle an einem oberen Ende aufweisen, und die Motorwelle kann sich durch die Sperrplatte erstrecken und kann mit dem Verzögerer in dem oberen Abschnitt des Installationsraums gekoppelt sein.
Die Sperrplatte kann Folgendes umfassen: einen Motoranschluss, der auf einer Oberseite des Antriebsmotors installiert ist und eine erste Durchgangsbohrung zum Befestigen des Antriebsmotors aufweist; und eine Platte, die mit einer Oberseite des Motoranschlusses gekoppelt ist und eine zweite Durchgangsbohrung aufweist, die mit der der ersten Durchgangsbohrung gekoppelt ist.
Der elektrische Waste-Gate-Aktuator kann des Weiteren ein elektronisches Steuergerät (ECU) umfassen, das an dem Gehäuse auf der Außenseite des Installationsraums installiert ist.
Ein externer Raum, der direkt unter dem Verzögerer in einer seitlichen Richtung des Motors ausgespart ist, kann an der Außenseite des Gehäuses bereitgestellt sein, und das elektronische Steuergerät kann in dem externen Raum installiert sein.
Das Gehäuse kann Folgendes umfassen: einen Körper, der ein geöffnetes oberes Ende aufweist; und einen Deckel, der das geöffnete obere Ende des Körpers verschließt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine auseinandergezogene, perspektivische Ansicht, die einen elektrischen Waste-Gate-Aktuator für einen Turbolader in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine teilweise weggeschnittene Querschnittansicht, die schematisch einen elektrischen Waste-Gate-Aktuator für einen Turbolader in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Bezugszeichenliste

10: Gehäuse
20: Sperrplatte
30: Antriebsmotor
40: Sensoreinheit
50: Verzögerer
60: ECU

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON EXEMPLARISCHEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Exemplarische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unten im Einzelnen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden. Die vorliegende Erfindung soll jedoch nicht als auf die hier dargelegten exemplarischen Ausführungsformen beschränkt ausgelegt werden. Durch die ganze Offenbarung hindurch beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Teile in den Zeichnungen und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
1 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die einen elektrischen Waste-Gate-Aktuator für einen Turbolader in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 2 ist eine teilweise weggeschnittene Querschnittansicht, die schematisch einen elektrischen Waste-Gate-Aktuator für einen Turbolader in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Es sei darauf hingewiesen, dass 2 eine teilweise weggeschnittene Ansicht eines elektrischen Waste-Gate-Aktuators für einen Turbolader in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist und somit ein Teil eines Verzögerers hier nicht gezeigt ist.
Außerdem sei angemerkt, dass die nachfolgende Beschreibung unter Bezugnahme auf 2 erstellt wird und auf die Installationsrichtungen der Elemente fokussiert ist.
Unter Bezugnahme auf 1 und 2 umfasst ein elektrischer Waste-Gate-Aktuator für einen Turbolader in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Gehäuse 10, das im Innern einen Installationsraum aufweist. Ein Verzögerer 50 ist in einem oberen Abschnitt des Installationsraums 13 installiert. Ein Hebel 70 ist auf der Außenseite derart installiert, dass er mit einem oberen Ende des Verzögerers 50 gekoppelt ist. Ein Antriebsmotor 30 ist in einem unteren Abschnitt des Installationsraums 13 installiert. Eine Sperrplatte 20 unterteilt den Installationsraum in den oberen Abschnitt und in den unteren Abschnitt. Das ECU 60 ist an dem äußeren Umfang des Gehäuses 10 installiert.
Das Gehäuse 10 umfasst einen zylinderförmigen Körper 12 und einen Deckel 11. Der Körper 12 weist ein geöffnetes oberes Ende auf und bildet den Installationsraum 13. Der Deckel verschließt das geöffnete obere Ende des Körpers 12. Der Deckel 11 hat die Form einer Platte, und ein Einführungsloch 11a ist auf einer Seite des Deckels 11 ausgebildet.
Der Antriebsmotor 30 ist in dem unteren Abschnitt des Installationsraums 13 installiert und erzeugt ein Drehmoment.
Der Verzögerer 50 umfasst eine Vielzahl von Zahnrädern G, eine Hauptrotationswelle S1 sowie Unterrotationswellen S2, die die Wellen der Zahnräder G bilden, und eine Rückstellfeder 55. Eine Motorwelle 31 ist mit dem oberen Abschnitt des Installationsraums 13 derart gekoppelt, dass sie organisch mit dem Zahnrad G gekoppelt ist, das sich an einem unteren Abschnitt von den Zahnrädern G des Verzögerers 50 befindet. Der mit dem Antriebsmotor 30 gekoppelte Verzögerer 50 erzeugt ein im Verhältnis höheres Drehmoment als dasjenige, das von dem Antriebsmotor 30 erzeugt wird. In der Zwischenzeit erstreckt sich das obere Ende der Hauptrotationswelle S1 durch das Einführungsloch 11a und liegt zu der Außenseite hin frei, und das freiliegende obere Ende der Hauptrotationswelle S1 ist mit dem Hebel 70 gekoppelt. Deshalb kann der Verzögerer 50 ein Drehmoment zu dem Turbolader übertragen.
Die Sperrplatte 20 umfasst einen Motoranschluss 23 und eine Platte 21. Der Motoranschluss 23 hat die Form einer Platte, in die eine erste Durchgangsbohrung 23a gebohrt ist. Der Motoranschluss 23 ist dicht an dem oberen Ende des Antriebsmotors 30 derart installiert, dass der Motoranschluss 23 die Position des Antriebsmotors 30 fixiert, und die Platte 21 ist nahe an der Oberseite des Motoranschlusses 23 installiert. Die Platte 21 hat die Form einer Platte, in die eine zweite Durchgangbohrung 21a gebohrt ist. Die Platte 21 ist dicht an der Oberseite des Motoranschlusses 23 installiert. Die erste Durchgangsbohrung 23a und die zweite Durchgangsbohrung 21a sind vertikal miteinander verbunden. Deshalb erstreckt sich die Motorwelle 31, die vertikal ausgehend von dem oberen Ende des Antriebsmotors 30 vorsteht, durch die ersten und zweiten Durchgangsbohrungen 23a und 21a und ist mit dem oberen Abschnitt des Installationsraums 13 gekoppelt. Die Sperrplatte 20 unterteilt den Installationsraum 13 in den oberen Abschnitt und den unteren Abschnitt.
Des Weiteren erstreckt sich das untere Ende der Hauptrotationswelle S1 des Verzögerers 50 durch einen Abschnitt der Sperrplatte 20 und ist mit dem unteren Abschnitt des Installationsraums 13 gekoppelt. Ein Magnet 41 ist an dem unteren Ende der Hauptrotationswelle S1 installiert, und ein Sensor 43 ist in dem unteren Abschnitt des Installationsraums 13 unter dem Magneten 41 installiert. Der Magnet 41 und der Sensor 43 bilden eine Sensoreinheit 40.
Der Sensor 43 ist vom kontaktfreien Typ und ist unter dem Magneten 41 installiert. Der Magnet 41 wird mit der Rotation der Hauptrotationswelle S1 gedreht und der Sensor 43 misst einen Rotationswinkel durch das Erfassen einer Variation eines magnetischen Flusses.
Das ECU 60 ist an dem äußeren Umfang des Gehäuses 10 angeordnet. Insbesondere ist das ECU 60 an einer Seite des Antriebsmotors 30 unter des Sensors 43 angeordnet.
Da die Sperrplatte 20 den Installationsraum 13 in den oberen Abschnitt und den unteren Abschnitt unterteilt, wie dies oben beschrieben ist, ist der Verzögerer 50 von dem Antriebsmotor 30, der Sensoreinheit 40 und dem ECU 60 getrennt. Deshalb ist es möglich, eine Funktionsstörung oder eine Leistungsverschlechterung zu verhindern, die verursacht werden können, wenn Fremdkörper, die durch den abrasiven Verschleiß der Zahnräder G und durch Schmierfett, das in den Zahnrädern G verwendet wird, verursacht werden, in den Antriebsmotor 30, die Sensoreinheit 40 und das ECU 60 eingeführt werden. Da darüber hinaus der Sensor 43 eine kontaktfreie Struktur aufweist, wird die räumliche Begrenzung des Installationsraums 13 baulich gesehen verringert. Deshalb ist es leicht, beide Enden des Verzögerers 50 abzustützen. Das heißt, die Unterrotationswellen S2 und die Hauptrotationswelle S1, die die beiden Enden des Verzögerers 50 bilden, können an der Sperrplatte 20 abgestützt werden.
Da in der Zwischenzeit das ECU 60 separat an dem äußeren Umfang des Gehäuses 10 installiert ist, sickert Wasser nicht direkt in das ECU 60 ein. Auch das Bürstenpulver, das in dem Antriebsmotor 30 erzeugt wird, bleibt nicht an dem Schmierfett, das in den Zahnrädern benutzt wird, kleben.
In dem elektrischen Waste-Gate-Aktuator für einen Turbolader in Übereinstimmung mit der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind beide Enden des Verzögerers zwischen dem Gehäuse und dem Deckel befestigt, und der Motor und das ECU sind von dem Verzögerer getrennt. Deshalb kann das Einführen von Fremdköpern in den Motor und in das ECU verhindert werden und kann die Lebensdauer des Aktuators verlängert werden.
Des Weiteren sickert Wasser nicht direkt in das ECU ein.
Darüber hinaus bleibt das Bürstenpulver, das in dem Motor erzeugt wird, nicht an dem Schmierfett kleben, das in den Zahnrädern verwendet wird.
Obwohl die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die spezifischen Ausführungsformen beschrieben worden sind, wird es den Fachleuten auf dem Gebiet klar sein, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne dass von dem Geist und dem Schutzumfang der Erfindung, wie sie in den nachfolgenden Ansprüchen definiert ist, abgewichen wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KP 10-2010-0115767 [0001]

Claims

Elektrischer Waste-Gate-Aktuator für einen Turbolader, mit: einem Gehäuse, das im Innern einen Installationsraum aufweist; einem Verzögerer, der in einem oberen Abschnitt des Installationsraums installiert ist; einem Hebel, der mit einem oberen Ende des Verzögerers gekoppelt ist und außerhalb des Installationsraums installiert ist; einem Antriebsmotor, der in einem unteren Abschnitt des Installationsraums installiert ist; einer Sperrplatte, die den Installationsraum in den oberen Abschnitt, in dem der Verzögerer installiert ist, und den unteren Abschnitt, in dem der Antriebsmotor installiert ist, unterteilt, und die verhindert, dass Fremdkörper, die in dem Verzögerer erzeugt werden, in den unteren Abschnitt des Installationsraums eingeführt werden; und einer Sensoreinheit, die unter der Sperrplatte installiert ist, um einen Rotationswinkel des Verzögerers zu messen.
Elektrischer Waste-Gate-Aktuator nach Anspruch 1, wobei der Verzögerer eine Hauptrotationswelle und eine Vielzahl von mit der Hauptrotationswelle gekoppelten Zahnrädern aufweist und sich die Hauptrotationswelle durch die Sperrplatte derart erstreckt, dass ein unteres Ende der Hauptrotationswelle unter einer Oberseite der Sperrplatte angeordnet ist.
Elektrischer Waste-Gate-Aktuator nach Anspruch 2, wobei die Sensoreinheit Folgendes aufweist: einen Magneten, der an einem unteren Ende der Hauptrotationswelle derart angeordnet ist, dass der Magnet unter der Oberseite der Sperrplatte angeordnet ist; und einen Sensor, der in dem unteren Abschnitt des Installationsraums unter dem Magneten installiert ist und den Rotationswinkel des Verzögerers misst, indem er eine Variation in einem Fluss des Magneten erfasst.
Elektrischer Waste-Gate-Aktuator nach Anspruch 2, wobei sich ein oberes Ende einer obersten Rotationswelle von Rotationswellen, die mit der Vielzahl von Zahnrädern gekoppelt sind, durch ein oberes Ende des Gehäuses erstreckt und mit dem Hebel auf der Außenseite des Gehäuses gekoppelt ist.
Elektrischer Waste-Gate-Aktuator nach Anspruch 1, wobei der Motor eine vertikal vorstehende Motorwelle an einem oberen Ende aufweist und sich die Motorwelle durch die Sperrplatte hindurch erstreckt und mit dem Verzögerer in dem oberen Abschnitt des Installationsraums gekoppelt ist.
Elektrischer Waste-Gate-Aktuator nach Anspruch 1, wobei die Sperrplatte Folgendes aufweist: einen Motoranschluss, der auf einer Oberseite des Antriebsmotors installiert ist und eine erste Durchgangsbohrung zum Befestigen des Antriebsmotors aufweist; und eine Platte, die mit einer Oberseite des Motoranschlusses gekoppelt ist und eine zweite Durchgangsbohrung aufweist, die mit der ersten Durchgangsbohrung gekoppelt ist.
Elektrischer Waste-Gate-Aktuator nach Anspruch 1, der des Weiteren ein elektronisches Steuergerät (ECU) aufweist, das an dem Gehäuse auf der Außenseite des Installationsraums installiert ist.
Elektrischer Waste-Gate-Aktuator nach Anspruch 7, wobei ein externer Raum, der direkt unter dem Verzögerer in einer seitlichen Richtung des Motors ausgespart ist, an der Außenseite des Gehäuses bereitgestellt ist und das elektronische Steuergerät in dem externen Raum installiert ist.
Elektrischer Waste-Gate-Aktuator nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse Folgendes aufweist: einen Körper, der ein geöffnetes oberes Ende aufweist; und einen Deckel, der das geöffnete obere Ende des Körpers verschließt.