DE102018109286A1

DE102018109286A1 - Unrundes zahnrad für ein rotierendes ladedruckregelventilstellglied

Info

Publication number: DE102018109286A1
Application number: DE102018109286.5A
Authority: DE
Inventors: Mark R. Claywell; Dale A. Frank; Maqsood Rizwan ALI KHAN
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-04-20
Filing date: 2018-04-18
Publication date: 2018-10-25
Also published as: US10443487B2; US20180306103A1; CN108730021A

Abstract

Ein Fahrzeugantriebsstrang beinhaltet einen Motor mit einem Luftansaugsystem und einem Abgassystem. Ein Turbolader beinhaltet einen mit dem Abgassystem verbundenen Turbinenabschnitt und einen mit dem Luft-Ansaugsystem verbundenen Verdichterabschnitt. Ein Ladedruckregelventil ist im Abgassystem angeordnet und zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Position durch ein Stellgliedsystem verstellbar. Das Stellgliedsystem beinhaltet einen Getriebemechanismus zum Bewegen des Ladedruckregelventils von einer geschlossenen in eine geöffnete Position und ein Paar unrunder Zahnräder.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Ladedruckregelventilstellglied und insbesondere ein Ladedruckregelventilstellglied mit einer verbesserten Regelauflösung und Drehmomentausgabe in der Nähe der geschlossenen Position des Ladedruckregelventils unter Verwendung von unrunden Zahnrädern.
HINTERGRUND UND KURZDARSTELLUNG
Der folgende Abschnitt bietet Hintergrundinformationen zur vorliegenden Offenbarung, wobei es sich nicht notwendigerweise um den Stand der Technik handelt.
Motorbaugruppen können die Verwendung von Turboladern einschließen, zur Komprimierung der in den Motor einströmenden Luft, um jedem einzelnen Zylinder eine größere Menge an Luft zuzuführen. Um den Luftstrom in den Motor zu komprimieren, verwendet der Turbolader aus dem Motor austretenden Abgasstrom, um eine Turbine zu drehen, welche ihrerseits eine Luftpumpe (oder Kompressor) dreht. Viele Turbolader werden mit einem Ladedruckregelventil versehen, welches als Ventil zum Ableiten von Abgasen weg von dem Turbinenrad in ein turboaufgeladenes Motorsystem, zur Regelung der Turbinendrehzahl, wirkt. Ein Ladedruckregelventil wird üblicherweise durch ein Stellglied gesteuert. Ein Ladedruckregelventil ist normalerweise geschlossen und wird von einem Stellglied geschlossen gehalten. Wenn eine voreingestellte Druckgrenze überschritten wird, öffnet das Stellglied das Ladedruckregelventil schrittweise und ermöglicht, dass ein Abgasstrom an der Turbine vorbeigeleitet wird, wodurch der Ladedruck des Ansaugkrümmers reguliert wird. Ein Turbolader-Ladedruckregelventilstellglied wird ausgewählt oder konzipiert für spezifische Ladedruck-Pegel und Turbinen-Zulaufdruck. Die präzise Steuerung des Ladedrucks in der Nähe der geschlossenen Position des Ladedruckregelventils ist eine ständige Herausforderung, die oft durch das Design des Ladedruckregelventils und nicht durch das Design des Stellglieds gelöst wird.
Dementsprechend ist es in der Technik wünschenswert, ein verbessertes Ladedruckregelventilstellglied bereitzustellen, um die Auflösung und das Drehmoment des Ladedruckregelventils in einer nahezu geschlossenen Position genau zu steuern.
Ein Fahrzeugantriebsstrang beinhaltet einen Motor mit einem Luftansaugsystem und einem Abgassystem. Ein Turbolader beinhaltet einen mit dem Abgassystem verbundenen Turbinenabschnitt und einen mit dem Luft-Ansaugsystem verbundenen Verdichterabschnitt. Ein Ladedruckregelventil ist im Abgassystem angeordnet und zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Position durch ein Stellgliedsystem verstellbar. Das Stellgliedsystem beinhaltet ein Getriebemechanismus zum Bewegen des Ladedruckregelventils von einer geschlossenen in eine geöffnete Position und ein Paar unrunder Zahnräder.
Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hier dargebotenen Beschreibung ersichtlich. Die Beschreibung und speziellen Beispiele in dieser Kurzdarstellung dienen ausschließlich zum Veranschaulichen und sollen keinesfalls den Umfang der vorliegenden Offenbarung einschränken.
Figurenliste
Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen ausschließlich dem Veranschaulichen ausgewählter Ausführungsformen und stellen nicht die Gesamtheit der möglichen Realisierungen dar und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.

1 ist eine schematische Darstellung einer Motoranordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung;
2 ist eine schematische Schnittdarstellung eines Turboladers mit einem Ladedruckregelventil, welches gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung in einer geschlossenen Position gehalten wird;
3 ist eine schematische Schnittdarstellung des Turboladers der 2 mit dem Ladedruckregelventil in einer geöffneten Position, gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
4 ist eine schematische Seitenansicht eines Turboladers mit einem Ladedruckregelventilstellglied, gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung; und
5 ist eine schematische Ansicht eines Ladedruckregelventilstellglieds gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung.

Gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen beziehen sich auf die gleichen Teile.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es werden nun exemplarische Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlicher beschrieben.
Es werden exemplarische Ausführungsformen bereitgestellt, damit diese Offenbarung gründlich ist und den Fachleuten deren Umfang vollständig vermittelt. Es werden zahlreiche spezifische Details dargelegt, wie etwa Beispiele für spezifische Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren, um ein tiefgreifendes Verständnis für die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu vermitteln. Fachleute werden erkennen, dass spezifische Details möglicherweise nicht erforderlich sind, dass exemplarische Ausführungsformen in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden können und dass keine der Ausführungsformen dahingehend ausgelegt werden soll, dass sie den Umfang der Offenbarung einschränkt. In manchen exemplarischen Ausführungsformen sind wohlbekannte Verfahren, wohlbekannte Vorrichtungsstrukturen und wohlbekannte Techniken nicht ausführlich beschrieben.
Die hier verwendete Terminologie dient ausschließlich der Beschreibung bestimmter exemplarischer Ausführungsformen und soll in keiner Weise einschränkend sein. Die hier verwendeten Singularformen, z. B. „ein“, „der/die/das“, schließen ggf. auch die Pluralformen ein, sofern der Kontext dies nicht klar ausschließt. Die Begriffe „umfasst“, „beinhaltend“, „einschließlich“ und „hat“ sind nicht ausschließlich und geben daher das Vorhandensein der angegebenen Funktionen, ganzheitlichen Einheiten, Schritte, Vorgänge, Elemente und/oder Bauteile an, schließen aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen von weiteren Funktionen, ganzheitlichen Einheiten, Schritten, Vorgängen, Elementen, Bauteilen und/oder Gruppen hiervon aus. Die hier beschriebenen Verfahrensschritte, Prozesse und Vorgänge sind nicht so auszulegen, dass die beschriebene oder dargestellte Reihenfolge unbedingt erforderlich ist, sofern diese nicht spezifisch als Reihenfolge der Ausführung angegeben ist. Es sei außerdem darauf hingewiesen, dass zusätzliche oder alternative Schritte angewendet werden können.
Wenn Elemente oder Ebenen als „an/auf“, „in Verbindung mit“, „verbunden mit“ oder „gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer Ebene beschrieben werden, können sie entweder direkt mit anderen Elementen oder Ebenen in Verbindung stehen oder gekoppelt sein oder es können zwischenliegende Elemente oder Ebenen vorhanden sein. Wenn ein Element im Gegenzug als „direkt an/auf“, „direkt in Verbindung mit“ oder „direkt gekoppelt mit“ anderen Elementen oder Ebenen beschrieben wird, sind ggf. keine zwischenliegenden Elemente oder Ebenen vorhanden. Andere Wörter, die zum Beschreiben des Verhältnisses zwischen Elementen verwendet werden, sind in gleicher Weise zu verstehen (z. B. „zwischen“ und „direkt zwischen“, „angrenzend“ und „direkt angrenzend“ usw.). Der Begriff „und/oder“ schließt alle Kombinationen der zugehörigen aufgelisteten Elemente ein.
Obwohl die Begriffe erste, zweite, dritte usw. hierin verwendet werden können, um verschiedene Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Abschnitte zu beschreiben, sollten diese Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Abschnitte nicht durch diese Begriffe beschränkt werden. Diese Begriffe können nur verwendet werden, um ein Element, eine Komponente, Region, Schicht oder einen Abschnitt von einem anderen Bereich, Schicht oder Abschnitt zu unterscheiden. Begriffe, wie „erste“, „zweite“ und andere Zahlenbegriffe, wenn hier verwendet, implizieren keine Sequenz oder Reihenfolge, es sei denn, dies wird eindeutig durch den Kontext angegeben. Somit könnte ein weiter unten erörtertes erstes Element, Komponente, Bereich, Schicht oder Abschnitt als ein zweites Element, Komponente, Bereich, Schicht oder Abschnitt bezeichnet werden, ohne von den Lehren der exemplarischen Ausführungsformen abzuweichen.
Raumbezogene Begriffe, wie „innere“, „äußere“, „unterhalb“, „unter“, „untere“, „über“, „obere“ und dergleichen, können hier zur besseren Beschreibung der Beziehung von einem Element oder einer Ausrüstung zu anderen Elementen oder Eigenschaften, wie in den Figuren dargestellt, verwendet werden. Räumlich relative Begriffe können bezwecken, unterschiedliche Ausrichtungen der Vorrichtung im Gebrauch oder Betrieb neben der in den Figuren dargestellten Orientierung zu umspannen. Wird beispielsweise die Vorrichtung in den Figuren umgedreht, würden Elemente, die als „unterhalb“ von oder „unter“ anderen Elementen oder Eigenschaften beschrieben werden, dann „oberhalb“ anderer Elemente oder Eigenschaften ausgerichtet sein. Daher kann der Beispielbegriff „unterhalb“ sowohl eine Orientierung von oberhalb als auch von unterhalb beinhalten. Die Vorrichtung kann anderweitig ausgerichtet werden (um 90 Grad gedreht oder in andere Richtungen) und die hierin verwendeten räumlich bezogenen Schlagworte können dementsprechend interpretiert werden.
Eine Motoranordnung 10 ist in 1 dargestellt und kann eine Motorstruktur 12 beinhalten, die die Zylinder 14 und die Einlass- und Auslassöffnungen 16, 18 in Verbindung mit dem Zylinder 14, einem Einlassverteiler 20, einem Auslassverteiler 22, einer Drosselklappe 24 und einem Turbolader 26 definiert. Die Motoranordnung 10 zur Vereinfachung als Reihenvierzylinderanordnung dargestellt. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegenden Lehren für eine beliebige Anzahl an Kolben-Zylinder-Anordnungen und eine Vielzahl von wechselseitigen Motorkonfigurationen gelten, einschließlich, aber nicht beschränkt auf V-Motoren, Reihenmotoren und horizontal gegenüberliegende Motoren sowie beide obenliegende Nockenwellen- und Blocknockenwellen-Konfigurationen.
Der Turbolader 26 beinhalt einen Turbinenabschnitt 28 in Verbindung mit dem Abgaskrümmer 22 und einen Verdichterabschnitt 30 in Verbindung mit dem Ansaugkrümmer 20. Unter Bezugnahme auf 2 beinhaltet eine Querschnittsansicht des Turbinenabschnitts 28 einen Turbinendurchgang 32 in Kommunikation mit einem Turbinenrad 34. Wie in der Technik bekannt ist, ist das Turbinenrad 34 mit einer Welle 36 verbundenen, die ein Verdichterrad innerhalb des Verdichterabschnitt 30 antreibt. Ein Ladedruckregelventil 40 ist mittels einer Schwenkwelle 42 schwenkbar auf dem Turbinenabschnitt 28 angebracht. Das Ladedruckregelventil 40 schließt eine Öffnung 44 in Verbindung mit einem Bypasskanal 46. Wie in 3 dargestellt, kann das Ladedruckregelventil 40 in eine offene Position verstellt werden, sodass Abgase an dem Turbinenrad 34 in Richtung des Pfeils A vorbeigeleitet werden können.
Unter Bezugnahme auf 4 wird ein Stellglied 50 dargestellt, welches einen Arm 52 beinhaltet, der in eine Schubstange 54 und einen Hebel 56 greift, der fest an der Schwenkwelle 42 befestigt ist. Unter Bezugnahme auf 5 beinhaltet das Stellglied 50 einen Elektromotor 62, dessen Abtriebswelle 64 mit einem Antriebszahnrad 66 verbunden ist. Das Antriebszahnrad 66 greift in ein Untersetzungsgetriebesystem 68 ein, das ein erstes Untersetzungsgetriebe 70 beinhaltet, das mit dem Antriebszahnrad 66 verzahnt ist und größer als das Antriebszahnrad 66 ist, um eine Getriebeuntersetzung zu ermöglichen. Optional kann das Untersetzungsgetriebesystem auch ein zweites, kleineres Antriebszahnrad 72 beinhalten, das mit dem ersten Untersetzungsgetriebe 70 rotiert oder von diesem angetrieben wird. Das zweite kleinere Antriebszahnrad 72 kann ein zweites Untersetzungsgetriebe 74 antreiben, das größer als das zweite kleinere Antriebszahnrad 72 ist, um eine zweite Getriebeuntersetzung zu ermöglichen. Das Untersetzungsgetriebesystem 88 beinhaltet weiterhin ein Paar unrunde Zahnräder 76, 78. Ein erstes der unrunden Zahnräder 76 kann mit dem zweiten Untersetzungsgetriebe 74 koaxial sein und von diesem angetrieben werden und ist in Eingriff mit dem zweiten der unrunden Zahnräder 68. Die unrunden Zahnräder 76, 78 sind für eine genaue Steuerung des Schließvorgangs des Ladedruckregelventils 40 ausgelegt.
Das nicht konstante Übersetzungsverhältnis der unrunden Zahnräder 76, 78 wird innerhalb des Stellglieds verwendet, um das Drehmomentverhalten des Ladedruckregelventils zum Stellgliedsteuereingang zu variieren. Das nicht konstante Übersetzungsverhältnis bewirkt eine erhöhte Übersetzung in Richtung der Schließrichtung des Stellglieds und verbessert die Drehmomentabgabe und Regelgenauigkeit in der Nähe der Schließstellung des Ladedruckregelventils, während eine höhere Betätigungsgeschwindigkeit in der Nähe der offenen Position des Ladedruckregelventils erreicht wird. Die Gestaltung der vorliegenden Offenbarung kann eine Verkleinerung des Elektromotors 62 gegenüber einem herkömmlichen Elektromotor ermöglichen, da die vorliegende Offenbarung die Drehmomentanforderung reduziert. Die Form der unrunden Zahnräder kann je nach gewünschter Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit des Ladedruckregelventils an verschiedenen Positionen variieren. Die unrunden Zahnräder können einen Bereich mit konstantem Radius in der Nähe des geschlossenen Abschnitts des Weges des Ladedruckregelventils aufweisen, um eine konstante Betätigungskraft aufrechtzuerhalten, wenn sich die geschlossene Position des Ladedruckregelventils über die Lebensdauer des Turboladers aufgrund von Abnutzungserscheinungen bewegt.
Darüber hinaus können die unrunden Zahnräder entworfen werden, um den Durchfluss des Ladedruckregelventils innerhalb der Grenzen der Übersetzungsverhältnisänderung zu linearisieren. Insbesondere kann diese lineare Beziehung durch Einstellen des Übersetzungsverhältnisses gemäß der Beziehung hergestellt werden $d (Übersetzungsverhältnis) / (Motorwinkel) = invers [d (Cd) / d (Stellgliedwinkel)],$
wobei Cd der Durchflusskoeffizient der Öffnung des Ladedruckregelventils ist.
Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen dient lediglich der Veranschaulichung und Beschreibung. Sie ist nicht erschöpfend und soll die Offenbarung in keiner Weise beschränken. Einzelne Elemente oder Merkmale einer bestimmten Ausführungsform sind im Allgemeinen nicht auf diese bestimmte Ausführungsform beschränkt, sondern gegebenenfalls gegeneinander austauschbar und in einer ausgewählten Ausführungsform verwendbar, auch wenn dies nicht gesondert dargestellt oder beschrieben ist. Auch diverse Variationen sind denkbar. Diese Variationen stellen keine Abweichung von der Offenbarung dar, und alle Modifikationen dieser Art verstehen sich als Teil der Offenbarung und fallen in ihren Schutzumfang.

Claims

Fahrzeugantriebsstrang, umfassend: einen Motor mit einem Luft-Ansaugsystem und einem Abgassystem; einen Turbolader, der einen mit dem Abgassystem verbundenen Turbinenabschnitt und einen mit dem Luft-Ansaugsystem verbundenen Verdichterabschnitt beinhaltet; und ein im Abgassystem angeordnetes Ladedruckregelventil, das durch ein Stellgliedsystem zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position bewegbar ist, wobei das Stellgliedsystem einen Getriebemechanismus zum Bewegen des Ladedruckregelventils von einer geschlossenen in eine offene Position und ein Paar unrunder Zahnräder beinhaltet, die eine Betätigung des Ladedruckregelventils in einer hinteren geschlossenen Position langsamer als in einer nahezu offenen Position bewirken.
Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 1, worin der Getriebemechanismus weiterhin ein Untersetzungsgetriebe beinhaltet.
Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 2, worin das Untersetzungsgetriebe von einem Elektromotor angetrieben wird und das Untersetzungsgetriebe das Paar unrunder Zahnräder antreibt.
Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 1, worin das Stellgliedsystem mit einem Antriebsarm verbunden ist, der wiederum mit einer Schubstange verbunden ist, die mit dem Ladedruckregelventil verbunden ist.
Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 1, worin das Paar unrunder Zahnräder angepasst ist, um einen im Allgemeinen linearen Durchfluss des Ladedruckregelventils gegenüber dem Verfahrweg des Stellgliedsystems bereitzustellen.
Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 1, worin das Paar unrunder Zahnräder einen Bereich mit einem konstanten Radius nahe dem geschlossenen Abschnitt des Ladedruckregelventil-Verfahrweges aufweist.