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Die Erfindung betrifft einen Abgasklappenaktuator beinhaltend ein Getriebe, das getriebeabtriebsseitig mit einer verstellbaren Abgasklappe verbindbar ist und getriebeantriebsseitig mit einem Stellmotor in Wirkverbindung steht, wobei die Abgasklappe von dem Stellmotor ausgehend von einer Grundstellung in wenigstens eine, von der Grundstellung verschiedene Stellung verstellbar ist.
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Die Erfindung betrifft außerdem ein Abgasklappensystem mit einem solchen Abgasklappenaktuator.
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Abgasklappensysteme dieser Art werden häufig in Verbrennungsmotoren eingesetzt. Dies beispielsweise, um die Betriebsparameter des Verbrennungsmotors an die jeweils aktuellen Anforderungen anzupassen und/oder um einen besonderen Klang des Verbrennungsmotors zu bewirken.
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Insbesondere bei Abgasklappen mit einem elektrisch betriebenen Stellmotor ist es erforderlich, dass die Klappe in eine Notstellung innerhalb des Auspuffrohrquerschnitts überführt wird, wenn der Stellmotor beispielsweise bei Abschaltung oder Ausfall von dessen Stromversorgung, ausfällt. Das ist notwendig, damit der Betrieb des Verbrennungsmotors nicht behindert oder wenigstens ein Notbetrieb des Verbrennungsmotors möglich ist.
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Aus
DE 10 2009 006 013 A1 ist eine Abgasklappenvorrichtung für Verbrennungskraftmaschinen mit einem ersten Gehäuse, in dem ein erster Abgaskanal ausgebildet ist, in dem eine erste Regelklappe mit einem ersten Klappenkörper angeordnet ist, und mit einem zweiten Gehäuse, in dem ein zweiter Abgaskanal ausgebildet ist, in dem eine zweite Regelklappe mit einem zweiten Klappenkörper angeordnet ist, bekannt, wobei die erste Regelklappe und die zweite Regelklappe gemeinsam über eine Stellvorrichtung mechanisch gekoppelt abhängig voneinander betätigbar sind. Die Regelklappen bestehen jeweils aus einem Klappenkörper, wobei die Klappenkörper auf einer gemeinsamen Welle befestigt sind, die im Gehäuse drehbar gelagert ist und deren erstes Ende sich durch eine Kanalwand des ersten Abgaskanals in Richtung der Stellvorrichtung erstreckt, über die die Welle und damit die Regelklappen in Drehung versetzbar sind. Als Antrieb der Stellvorrichtung dient ein Elektromotor, der mit einem Getriebe in einer Aufnahmekammer eines Stellergehäuses angeordnet ist, welche über einen Deckel verschlossen ist. Zusätzlich ist zwischen der Welle und dem Stellergehäuse, also getriebeabtriebsseitig, eine Drehfeder angeordnet, die als Notlauffeder dient und somit bei Ausfall der Stellvorrichtung die Regelklappen in eine Notlaufstellung zurückdreht.
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Eine ähnliche Vorrichtung, bei der getriebeabtriebsseitig eine Rückstellfeder angeordnet ist, ist aus
DE 10 2006 043 559 A1 bekannt. Diese Stellvorrichtung besteht im Wesentlichen aus einem Stellergehäuse, in dem ein nicht dargestellter Elektromotor sowie eine Getriebeeinheit angeordnet sind, wobei das Stellergehäuse durch einen Deckel verschlossen wird. Die Drehung des Elektromotors wird bei Bestromung über die Getriebeeinheit auf eine getriebeabtriebsseitige Antriebswelle der Drosselklappe übertragen, welche in Richtung zur Drosselklappe aus dem Stellergehäuse herausragt. Die Antriebswelle ist über ein Lager im Stellergehäuse gelagert, welches von einer Rückstellfeder umgeben ist, die zum Zurückdrehen der Antriebswelle der Drosselklappe und somit der damit verbundenen Drosselklappe in eine Notlaufposition dient.
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Die vorgenannten Vorrichtungen haben den Nachteil, dass die Rückstellfeder viel Bauraum beansprucht und allenfalls nur sehr umständlich in einem Aktuatorgehäuse angeordnet werden kann.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Abgasklappenaktuator anzugeben, der kompakter aufgebaut sein kann und bei dem es ermöglicht ist, die für die Notrückstellung erforderlichen Teile auf einfache Weise geschützt anordnen zu können.
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Die Aufgabe wird durch einen Abgasklappenaktuator gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, dass getriebeantriebsseitig eine Federvorrichtung angekoppelt ist, die bei einem Ausfall des Stellmotors ein Drehmoment auf den Getriebeantrieb ausübt und so die Abgasklappe in die Grundstellung zurück verstellt.
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Erfindungsgemäß wurde zunächst erkannt, dass die aus dem Stand der Technik bekannten, getriebeabtriebsseitig angekoppelten Rückstellfedern eine große Federkonstante aufweisen müssen, um im Notfall ein ausreichend großes Drehmoment aufbringen zu können, um die Abgasklappe und den gesamten, mit ihr verbundenen Antriebsstrang in eine Notlaufstellung verstellen zu können. Hierzu müssen die Rückstellfedern relativ große Materialquerschnitte aufweisen und können insgesamt nicht sehr kompakt aufgebaut sein.
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Darüber hinaus ist es, wie bereits erwähnt, nur äußerst umständlich möglich, eine getriebeabtriebsseitig angeordnete Rückstellfeder beispielsweise zusammen mit dem Getriebe und dem Stellmotor einzuhausen. Dies insbesondere aufgrund der Tatsache, dass oft zwischen dem Getriebeaktuator und dem die Abgasklappe beinhaltenden Abgasrohr lediglich wenig Bauraum zur Verfügung steht. Aus diesem Grund weist beispielweise die eingangs bereits erwähnte, aus
DE 10 2006 043 559 A1 bekannte Vorrichtung ein umständlich ausgebuchtetes Gehäuse auf.
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In erfindungsgemäßer Weise wurde darüber hinaus erkannt, dass Federvorrichtungen mit geringerer Federkonstante verwendet werden können, wenn die Federvorrichtung nicht getriebeabtriebsseitig, sondern getriebeantriebsseitig angekoppelt ist. Darüber hinaus wurde erkannt, dass für eine Federvorrichtung, die getriebeantriebsseitig, beispielsweise an die Abtriebswelle des Stellmotors, angekoppelt wird, weitgehend keine Bauraumbeschränkungen vorhanden sind. Dies insbesondere, weil die Vorrichtung auf diese Weise nicht zwingend in dem räumlich zumeist begrenzten Bereich zwischen Getriebe und Abgasklappe angeordnet werden muss.
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Die Erfindung hat daher einerseits den Vorteil, dass Federn mit kleinerer Federkonstante, jedoch ggf. mit verlängertem Federweg, verwendet werden können, die in aller Regel weniger Bauraum beanspruchen und die andererseits einfach in ein Gehäuse, beispielsweise zusammen mit dem Stellmotor und/oder dem Getriebe, angeordnet sein können.
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Bei einer besonderen Ausführung ist die Federvorrichtung unmittelbar an eine Antriebswelle des Getriebes angekoppelt. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Federvorrichtung mittelbar, beispielsweise über eine Abtriebswelle des Stellmotors, die in Wirkverbindung mit der Antriebswelle des Getriebes steht, an das Getriebe angekoppelt ist. Insoweit kann im Sinne der vorliegenden Erfindung sowohl eine direkte getriebeantriebsseitige Ankopplung der Federvorrichtung, als auch eine indirekte getriebeantriebsseitige Ankopplung der Federvorrichtung vorliegen.
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Bei einer besonderen Ausführungsform ist die Federvorrichtung derart angeordnet, dass der Stellmotor die Federvorrichtung bei einer sich von der Grundstellung entfernenden Verstellung spannt. Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass der Stellmotor die Abgasklappe ausgehend von der Grundstellung gegen die Kraft der Federvorrichtung verstellt.
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Nach einem eigenständigen Erfindungsgedanken, der auch losgelöst und ohne das Merkmal einer Federvorrichtung, die bei einem Ausfall des Stellmotors ein Drehmoment auf den Getriebeantrieb ausübt und so die Abgasklappe in die Grundstellung zurück verstellt, vorteilhaft umsetzbar ist, ist das Getriebe als selbsthemmendes Getriebe ausgeführt.
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Insbesondere kann das Getriebe ein Schneckengetriebe sein oder ein Schneckengetriebe beinhalten. Diese Ausführungsform ermöglicht es in vorteilhafter Weise, die gegenüber anderen Getrieben besondere Kompaktheit von Schneckengetrieben ausnutzen zu können.
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Ein selbsthemmendes Getriebe bietet darüber hinaus den ganz besonderen Vorteil, dass die Position der Klappe nicht durch vorbeiströmendes Abgas verstellt werden kann. Das kann insbesondere auftreten, wenn es zu Verwirbelungen im Abgasstrom kommt.
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Die Verwendung von selbsthemmenden Getrieben ist bei den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen unmöglich, weil die dort für den Notfall vorgesehene Federvorrichtung zum Verstellen der Abgasklappe in eine Notfallstellung durch die Selbsthemmung des Getriebes blockiert wäre.
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Wie bereits erwähnt kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass die Federvorrichtung an eine Abtriebswelle des Stellmotors angekoppelt ist.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Antriebsmotor eine Abtriebswelle aufweist und dass ein Ende der Abtriebswelle an das Getriebe gekoppelt ist, während das andere Ende der Abtriebswelle an die Federvorrichtung angekoppelt ist. Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass der Antriebsmotor einen Grundkörper aufweist, durch den hindurch sich seine Abtriebswelle derart erstreckt, dass sie auf unterschiedlichen Seiten aus dem Grundkörper herausragt, wobei die Federvorrichtung und das Getriebe jeweils auf unterschiedlichen Seiten an die Abtriebswelle angekoppelt sind. Diese Ausführungen haben den ganz besonderen Vorteil, dass für die Federvorrichtung im Wesentlichen überhaupt keine Bauraumbeschränkungen bestehen. Dies insbesondere deshalb, weil die Federvorrichtung nicht zwingend zwischen dem Antriebskörper und dem Getriebe angeordnet werden muss. Insbesondere kann die Federvorrichtung auch in einem separaten Stellmotorgehäuse zusammen mit anderen Komponenten des Stellmotors angeordnet sein.
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Die Grundstellung, in die die Federvorrichtung die Abgasklappe bei Bedarf zurückverstellt, kann beispielsweise eine Offenstellung und/oder eine Notlaufstellung eines Verbrennungsmotors sein.
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Besonders vorteilhaft ist ein Verbrennungsmotor, insbesondere ein Kraftfahrzeugmotor mit einem erfindungsgemäßen Abgasklappensystem.
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Ein Kraftfahrzeug, das mit dem erfindungsgemäßen Abgasklappensystem ausgerüstet ist, kann bei kompaktem Aufbau des Abgasklappensystems in vorteilhafter Weise einerseits die Vorteile einer Abgasklappensteuerung, beispielsweise zur Erzielung eines bestimmten Motorsounds, ausnutzen, ohne dass bei einem Ausfall des Systems ein Ausfall des das Kraftfahrzeug antreibenden Verbrennungsmotors zu befürchten ist.
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Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
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Es zeigen:
- 1 Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abgasklappenaktuators und
- 2 eine Detaildarstellung des Stellmotors und er Federvorrichtung dieses Abgasklappenaktuators.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abgasklappenaktuators 1, der ein als Schneckengetriebe ausgebildetes Getriebe 2 beinhaltet. Es ist vorgesehen, dass eine verstellbare Abgasklappe (nicht dargestellt) an die nicht dargestellte Abtriebswelle des Getriebes 2 angekoppelt wird.
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Zum Verstellen der Abgasklappe ist ein Stellmotor 3 vorgesehen. An das Getriebe 2 ist der Stellmotor 3 getriebeantriebsseitig angekoppelt.
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Der Stellmotor 3 weist, was in 2 besonders deutlich zu erkenn ist, einen Grundkörper 4 auf, durch den hindurch sich seine Abtriebswelle 5 derart erstreckt, dass sie auf unterschiedlichen Seiten aus dem Grundkörper 4 herausragt. Ein Ende der Abtriebswelle 5 ist an das Getriebe 2 angekoppelt, während das andere Ende der Abtriebswelle 5 an eine Federvorrichtung 6 angekoppelt ist, die bei einem Ausfall des Stellmotors ein Drehmoment auf den Getriebeantrieb ausübt, um eine getriebeabtriebsseitig angekoppelte Abgasklappe in eine Grundstellung, insbesondere eine Offenstellung und/oder eine Notlaufstellung, zu verstellen.
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Die Federvorrichtung 6 beinhaltet eine aus einem Flachmaterial gebogene Spiralfeder 7, die die Abtriebswelle 5 des Stellmotors 3 konzentrisch umgibt und an diese angebunden ist. Zum Schutz der Spiralfeder 7 ist ein zusätzliches Federvorrichtungsgehäuse 8 vorgesehen.
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In der gezeigten Ausführung ist die Federvorrichtung 6 über die Abtriebswelle 5 des Stellmotors 3 getriebeantriebsseitig an das Getriebe 2 angekoppelt.
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Die Federvorrichtung 6 ist zusammen mit dem Stellmotor 3 und dem Getriebe 2 in einem gemeinsamen Gehäuse 9 angeordnet.
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Die Federvorrichtung 6 wird gespannt, wenn der Stellmotor eine angekoppelte Abgasklappe aus einer Grundstellung heraus verstellt. Hierbei erfolgt die Verstellung gegen die Kraft der Federvorrichtung 6. Bei einem Ausfall des Stellmotors 3 insbesondere bei einem Ausfall von dessen elektrischer Spannungsversorgung, dreht die Federvorrichtung 6 die Abtriebswelle 5 so lange zurück, bis die Abgasklappe ihre Grundstellung, die insbesondere eine Offenstellung und/oder eine Notlaufstellung sein kann, erreicht hat.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Abgasklappenaktuator
- 2
- Getriebe
- 3
- Stellmotor
- 4
- Grundkörper des Stellmotors 3
- 5
- Abtriebswelle des Stellmotors 3
- 6
- Federvorrichtung
- 7
- Spiralfeder
- 8
- Federvorrichtungsgehäuse
- 9
- Gehäuse
