JP5809294B2 - アクチュエータ、流量制御弁、排気ターボ過給機 - Google Patents

Description

本発明は、排気ターボ過給機の制御要素、特に排気逃し弁を作動させるための強制誘導される連結棒と、電動機と、電動機により駆動可能な歯車駆動装置と、を有するアクチュエータであって、歯車駆動装置は、連結棒の駆動のために当該連結棒と作動的に連結される偏心的な軸受部を備えた、旋回自在に保持された出力側の噛合要素を有する、上記アクチュエータに関する。

本発明はさらに、アクチュエータにより操作可能な弁要素を備えた、特に排気ターボ過給機のための流量制御弁において、アクチュエータは、弁要素と連結された連結棒を有する、上記流量制御弁に関する。

本発明はさらに、少なくとも１つの操作可能な流量制御弁、特に排気逃し弁を備えた、特に車両のための排気ターボ過給機に関する。

冒頭で挙げた形態によるアクチュエータ、流量制御弁、及び排気ターボ過給機は、従来技術において公知である。近代的な内燃機関の場合、所謂排気逃し弁（Ｗａｓｔｅ−Ｇａｔｅ−Ｖｅｎｔｉｌ）を備えたターボ過給機が使用され、その際に、排気逃し弁は、排気ターボ過給機の過給圧に影響を与えるために、排気流中に設けられる。この種の流量制御弁を作動させるために通常では、電動機と、一段式から三段式のギア装置と、を備えたアクチュエータが設けられる。

独国特許出願公開第１０２００７０５４７６９号明細書にはさらに、二方向の操作部のためのアクチュエータが開示されている。このアクチュエータは、歯車駆動装置を介して連結棒を駆動する電動機を備える。その際に、歯車駆動装置と連結棒との間の作動的連結は、連結棒と、旋回自在に保持された出力側の噛合要素と、をピン接合するトグルリンクにより実現され、従って、連結棒は、その軸の伸長に沿って、噛合要素の動きに従って純粋な線運動を行う。その際の欠点は、制御の質の低下をもたらしうる連結棒とサーボモータとの間の遊隙である。さらに、トグルリンクの仕組み（Ｍｅｃｈａｎｉｋ）によって、高い摩擦力により効率が下がる。

本発明は、請求項１の特徴を備えたアクチュエータを構想する。このことには、電動機と連結棒との間の遊隙全体が減り、アクチュエータの効率が全体的に向上するという利点がある。このために、本発明に基づいて、連結棒が、旋回自在に保持される噛合要素の軸受部と直接的に連結されることが構想される。従って、通常では設けられるトグルリンクが無くなり、これにより軸受部が無くなり、遊隙全体が減って、アクチュエータの効率が向上する。連結棒を噛合要素に直接的に連結することで、排気ターボ過給機の制御すべき要素、例えば流量制御弁の厳密で確実な調整が可能となる。さらに、本発明に係るアクチュエータの設計及び製造は、従来技術よりも容易になる。

本発明に基づくアクチュエータの構成によって、連結棒はもはや二方向のみに案内されず、即ち直線的（ｌｉｎｅａｒ）にのみには案内されない。その代わりに、線運動は旋回運動により重畳される。好適に、アクチュエータは、少なくとも基本的に電動機と歯車駆動装置とがその中に配置されたハウジングであって、連結棒をハウジングから外へと案内する手段を有する上記ハウジングを有する。ハウジングは、その中に存在する構成要素の保持及び保護のために役立つ。従って、例えば、ハウジングが、歯車駆動装置の歯車及び／又は噛合要素を保持するための要素を有することが構想されうる。

従って特に好適に、上記手段は、噛合要素の運動に対応した連結棒の旋回を可能とするハウジング内の開口部と、当該開口部を密閉し上記操作部に密着するベローズと、を有する。ベローズは好適に、ハウジング内への汚物又は湿気の進入を防止するために、ハウジング及び連結棒と気密に接合される。ベローズの弾性的な変形可能性によって、連結棒側の末端は、連結棒と一緒に動くが、その際にベローズが連結棒又はハウジングから外れることはない。ハウジングの内部では噛合要素と連結しハウジングの外部では制御要素と連結するために連結棒がその中を通って案内されるハウジング内の開口部は、好適に、長孔形状の輪郭を有し、噛合要素の偏心的に配置された軸受部の移動に対応した、連結棒の横方向運動が可能となる。好適な発展形態によれば、長孔の幅は基本的に連結棒の幅に対応し、従って、連結棒が少なくとも一方向に、旋回方向に対して垂直にハウジングから案内されることが構想される。

好適に、噛合要素に割り当てられた連結棒の末端は、噛合要素の片側で軸受部と連結される。このために噛合要素は、有利に１つの端面上にピボットを有し、このピボットは、例えば孔のような、連結棒のピボット収容部と相互作用する。当然のことながら、連結棒上にピボットを設け、噛合要素に孔を設けて、連結棒のピボットが噛合要素の孔に係合することも構想されうる。

好適な実施形態によれば、噛合要素に割り当てられた末端は、噛合要素の両側で軸受部と連結するために、フォーク形状に形成されて噛合要素を両側で把持することが構想される。この場合に好適に、噛合要素は両側に、即ち２つの端面上にそれぞれ１つずつ、有利に噛合要素の旋回軸に対して平行な軸受ピボットを有する。その際に、軸受ピボットは互いに一直線上に方向付けられ、好適に、噛合要素と一体に形成される。代替的に、両側に軸受部を形成するために、噛合要素の貫通孔内に軸受ピンを挿入することも構想されうる。連結棒の末端のフォーク形状の構成により、上記末端は噛合要素を把持し、従って、上記末端は２つの端面上で、各軸受ピボット又は軸受ピボット部分と係合可能であり又は係合する。両側での連結によって、連結棒の案内の改善、及び、噛合要素へのより好都合な負荷が保証される。

本発明の好適な発展形態によれば、噛合要素には、当該噛合要素を旋回可能に保持するために軸が割り当てられることが構想される。この軸は好適に、噛合要素と一体に形成され、又は、別体の構成要素として設けられる。好適に、軸は、アクチュエータのハウジング内に回転自在に保持される。代替的に、軸は、ハウジング内に好適に相対回転不能に（ｄｒｅｈｆｅｓｔ）に配置され、噛合要素は軸上に回転自在に保持されて配置される。

好適に、連結棒は、少なくとも領域単位で軸を収容するための穴又は外形を有する。これにより、制御すべき要素の方向から見て、軸受部が噛合要素の軸の後ろの少なくとも１つの作動ポジションに配置されることで、連結棒の作動経路が拡大される。このために連結棒は、好適に領域単位でアーチ形状に形成され、従って、これにより連結棒は、第１の最終ポジションにおいて、軸の周りを通るように案内され、噛合要素は少なくとも１８０°ごとに旋回可能である。これにより、連結棒のための可能な限りに大きな作動経路が提供される。

本発明の好適な発展形態によれば、軸は、クランク軸形状に形成され、クランク軸形状の軸の一部は、偏心的な軸受部を形成するピボットにより形成される。クランク軸形状の構成によって、軸を収容するための穴又は外形を設けることが不要となる。その代わりに、連結棒は、噛合要素上のクランク軸形状によって完全に真直ぐに形成されうる。この場合、連結棒は、コネクティングロッド（連接棒）のように機能する。その際に、噛合要素のクランク軸形状の軸は、好適に複数の構成要素から構成されるが、単体で設けることも可能である。

本発明に係る流量制御弁は、先に記載したようなアクチュエータにより優れている。その際に連結棒は、噛合要素と流量制御弁の弁要素とのそれぞれと直接的に連結され、従って、効率損失が僅かで、遊隙が小さい直接的な力の伝達が保証される。

本発明に係る排気ターボ過給機は、先に記載したような流量制御弁により優れている。有利な構成によって、駆動中に常に弁要素の正確な調整が獲得される。

以下では、本発明が図面を用いてより詳細に解説される。
好適なアクチュエータの第１の実施例を示す。 好適なアクチュエータの第１の実施例を示す。 好適なアクチュエータの第１の実施例を示す。 好適なアクチュエータの第２の実施例を示す。 好適なアクチュエータの第２の実施例を示す。 好適なアクチュエータの第２の実施例を示す。 好適なアクチュエータの第３の実施例を示す。 好適なアクチュエータの第３の実施例を示す。 好適なアクチュエータの第３の実施例を示す。 アクチュエータ１の原則的な構成を簡素化した図である。

図１Ａ〜１Ｃは、第１の実施例に係るアクチュエータ１を示している。アクチュエータ１は、図１Ａでは断面斜視図で、図１Ｂでは断面図で、図１Ｃでは上面図で示されている。アクチュエータ１は、電動機３と歯車駆動装置４とがその中で保持されるハウジング２を備える。歯車駆動装置４は、電動機３の出力軸上に配置され第１の中間歯車６と係合する入力側の歯車５を有する。第１の中間歯車６は、入力側の歯車５よりも明らかに多い歯数及び明らかに大きな半径を有する。これにより、第１の伝達段が提供される。第１の中間歯車６は、図１Ａの第１の中間歯車６の下に同じ軸上に配置された第２の中間歯車と接続される。第２の中間歯車は、第１の中間歯車に比べて小さな直径及び少ない歯数を有するので図１Ａでは見えないが、図２Ａに、符号２２で示されている。第２の中間歯車は、第１の中間歯車６で隠れている。これにより、第２の伝達段が形成される。第２の中間歯車２２は、出力側の噛合要素７と係合する。以前に記載した歯車とは異なって、噛合要素７は歯車としてではなく、ハウジング２内に旋回自在に配置される基本的にＶ字形状の歯部セグメントとして形成される。その際に、図１Ｃに示すように、噛合要素７の旋回軸８は、偏心的に配置され、特に、基本的にＶ字形状に形成された噛合要素７の鋭角のところに配置される。噛合要素７は外周部に沿って、第２の歯車２２と係合する噛合い９を有する。

噛合要素７は、旋回軸８に対して偏心的に配置された軸受部１０を有し、この軸受部１０で、連結棒１１が噛合要素７と連結される。連結棒１１は、ハウジング２の壁を通って外へと案内され、噛合要素７とは反対のその末端は、作動すべき制御要素、特に作動可能な流量制御弁の弁要素と連結される。

噛合要素７は、軸受部１０上に、軸受ピボット１３がはめ込まれる収容孔１２を有し、軸受ピボット１３は、連結棒１１としっかりと連結され、基本的に連結棒１１の主縦軸に対して直交するように方向付けられる。軸受ピボット１３は、収容孔１２内に回転自在に保持される。その際に、軸受ピボット１３は、連結棒１１の収容部１４内では好適に相対回転不能に保持される。ピストン棒（連結棒）１１の方向に横断面を拡張することにより、軸受ピボット１３は、噛合要素７のための軸方向ストッパを形成し、その際に、噛合要素７は、収容孔１２の領域内に円形状の隆起を有し、この隆起上に、図１Ｂが一番良く示すように、軸受ピボット１３がその軸方向ストッパと共に載っている。

噛合要素７の旋回軸８は、軸受ピボット１３の軸に対して少なくとも基本的に平行に方向付けられた軸１５であって、ハウジング２内で保持される上記軸１５により形成される。その際に軸１５は、噛合要素７の両側で、ハウジング２内、及び／又は、軸１５を収容する噛合要素の軸受孔１６内で回転自在に保持される。

図１Ｃで一番良く分かるように、連結棒１１の、噛合要素７の方を向いた末端１７は、ほぼ腎臓形状の部分１８を有し、この部分１８内に、軸受ピボット１３が保持される。その際に、軸受ピボット１３と、連結棒１１と、軸１５とは、軸１５が軸受ピボット１３と連結棒１１の基本的な部分との間に配置されるように互いに配置され、従って、連結棒１１から見て、軸受ピボット１３又は軸受部１０は、軸１５の後ろの噛合要素７上に存在する。その際に上記部分１８は、長孔形状に形成された穴１９であって、図１Ｂでも分かるように軸１５がその中を通る上記穴１９を有する。その際に上記穴１９はその縦方向の伸長において、噛合要素７が歯車駆動装置４により駆動され旋回軸８の周りを旋回する場合には連結棒１１が穴１９によって軸１５の周りを一緒に旋回するように、アーチ形状に形成される。従来技術による公知のアクチュエータとは異なって、連結棒１１は線運動のみ行うのではなく、軸受部１０での噛合要素７への直接的な連結に基づいて、横方向にも旋回し又は移動する。上記穴１９によって、少なくとも示される作動ポジションでは軸受部１０が軸１５の後ろに存在するにも関わらず、上記旋回及び移動が行われる。この構成によって、連結棒１１のための特に大きな作動経路が可能となる。

連結棒１１の旋回運動を可能にするために、ハウジング２は貫通領域内に、連結棒１１の横方向運動を可能とするために、好適に長孔形状に形成された開口部を有する。好適にベローズ２０が、図１Ａで示すように、一方ではハウジング２の開口部を密閉し、他方では連結棒１１を包囲することが構想される。その際に有利に、ベローズ２０は、連結棒１１及びハウジング２と気密に接合されるため、汚物や湿気がハウジング２の開口部を通ってハウジング内部に到達しえないが、連結棒１１が旋回又は移動しうることは保証される。好適に、ハウジング２はさらに、開口部の領域内に、ハウジング外壁から張出した結合管２１を有し、この結合管２１を介して、弾性的に変形可能なベローズ２０の末端が挿入される。

以上、本実施例に係るアクチュエータ１の好適な構成によって、電動機３から、例えば上記の弁要素のような調整すべき制御要素への、特に遊隙の無い直接的な連結が保証され、制御要素は常に非常に正確に調整されうる。さらに、有利な構成により、アクチュエータ１は効率が良い。なぜならば、従来のアクチュエータと比較して、連結棒１１を作動させるために、トータルでより小さな摩擦しか克服する必要がないからである。

図２Ａ〜２Ｃは、アクチュエータ１の第２の実施例を示し、その際に、既出の構成要素には同じ符号が付され、その限りにおいて上記の記載が参照される。以下では、基本的に相違のみに言及する。図２Ａは断面斜視図、図２Ｂは断面図、図２Ｃは上面図を示す。分かり易いように、図２Ａには、ベローズ２０が記載されていない。

連結棒１１が噛合要素７の片側に旋回自在に配置される上述の実施例とは異なって、第２の実施例に基づいて、連結棒１１が噛合要素７の両側に連結することにより、アクチュエータ１のより高い安定性が提供される。そのために、本実施例に係る連結棒１１の末端１７は、フォーク形状に形成され、噛合要素７を両側で把持する。

図２Ｂから分かるように、軸受部１０は、軸受ピン２３として構成され連結棒１１のフォーク形状の末端１７の２つの脚部及び噛合要素７を貫通する軸受ピボットによって構成される。好適に軸受ピン２３は、玉軸継手２４によって噛合要素７内に保持され、噛合要素７に対するピストン棒の斜めのポジション（Ｓｃｈｒａｅｇｓｔｅｌｌｕｎｇ）が可能となり、従って固定され又は挟まって動かなくなることが防止される。この種の玉軸継手は、好適に他の実施例においても、各実施例を明示的に記載さないが設けることが可能である。

上記の実施例とは異なって、末端１７は穴１９を有さずに、アーチ形状、鈎形状の輪郭２５を有し、従って、連結棒１１は、その末端１７が軸１５の周りを迂回するように案内され、示される作動ポジションにおいて軸１５の後ろの軸受部１０に係合する。

図３Ａ〜図３Ｃは、アクチュエータの第３の実施例を示し、その際に、同じ構成要素には同じ符号が付され、その限りにおいて上記の記載が参照される。以下では、基本的に相違のみに言及する。その際に、図３Ａは、噛合要素７及び連結棒１１を斜視図で示し、図３Ｂ及び図３Ｃは、断面図（図３Ｂ）、上面図（図３Ａ）を示す。

上記の実施例との、第３の実施例に係るアクチュエータ１の基本的な相違は、噛合要素７を保持する軸１５がクランク軸形状に形成され、その際に、軸１５の一部が、軸受部１０を画定するピボット２６により形成されることである。

軸受要素（噛合要素）７は、それと一体に形成された軸受ピボット２６を有し、この軸受ピボット２６は、旋回軸８に対して平行に伸びている。軸１５は複数の部分に分けられ、その際に、第１の部分２７は、噛合要素７と一体に形成され、軸上ピボット２６と対向するように方向付けられる。第２の部分は、軸受ピボット３０によって形成され、第３の部分２９は、部分２７と一直線上に伸びている。このために、レバー要素３３が設けられる。従って、先に記載したような、旋回軸８に対する軸受部１０の偏心的な構成によって、軸１５のクランク軸形状の経路が得られる。これにより、連結棒１１の末端１７の特別な成形を省略することが可能であり、連結棒１１は、好適にその末端１７に、軸受ピボット２６のための収容部１４のみを有し、それ以外は真っ直ぐに（伸びるように）形成される。軸１５のクランク軸形状の構成によって、特別に安価で、特にコンパクトなアクチュエータ１が提供される。

概観するために、図４は、アクチュエータ１の原則的な構成を簡素化した図で示している。さらに、図４の概略図は、軸１５の回転運動及び連結棒１１の位置を検出するセンサ３０を示す。さらに、軸１５は、センサ３０の方を向いた末端に、その磁場がセンサ３０により検出される永久磁石３１が設けられる。好適に、１つ以上の、特に好適に複数の磁石が、軸１５上に配置されるディスク３２の円周上に配置され、従って、センサ３０は、軸１５及び連結棒１１の位置を正確に決定することが可能である。通常のトグルリンクが無いことにより、センサにより収集された値は、特に遊隙が減ったことに基づいてより正確でより信頼性が高い。

Claims (11)

1. 排気ターボ過給機の制御要素である連結棒（１１）と、電動機（３）と、前記電動機（３）により駆動可能な歯車駆動装置（４）と、を有するアクチュエータ（１）であって、前記歯車駆動装置（４）は、前記連結棒（１１）の駆動のために前記連結棒（１１）と作動的に連結される偏心的な軸受部（１０）を備えた、旋回自在に保持された出力側の噛合要素（７）を有する、前記アクチュエータ（１）において、前記連結棒（１１）は、前記軸受部（１０）と直接的に連結され、
   前記噛合要素（７）には、当該噛合要素（７）を旋回可能に保持するために軸（１５）が割り当てられ、
   前記連結棒（１１）は、前記軸（１５）を少なくとも領域単位で収容するための穴又は外形を有する、又は、前記軸（１５）は、クランク軸形状に形成され、前記クランク軸形状の軸（１５）の一部は、前記偏心的な軸受部（１０）を形成するピボットにより形成される、ことを特徴とする、アクチュエータ（１）。
2. 少なくとも基本的に前記電動機と前記歯車駆動装置（４）とがその中に配置されたハウジング（２）であって、前記連結棒（１１）を前記ハウジングから外へと案内する手段を有する前記ハウジング（２）を特徴とする、請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記ハウジング（２）内の前記手段は、前記連結棒（１１）の旋回を可能とする開口部と、前記開口部を密閉し操作部に密着するベローズ（２０）と、を備えることを特徴とする、請求項２に記載のアクチュエータ。
4. 前記噛合要素（７）に割り当てられた前記連結棒（１１）の末端は、前記噛合要素（７）の片側で前記軸受部（１０）と連結されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
5. 前記噛合要素（７）に割り当てられた前記連結棒（１１）の末端は、前記噛合要素（７）の両側で前記軸受部（１０）と連結するために、フォーク形状に形成されて前記噛合要素（７）を両側で把持することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
6. 前記制御要素は、排気逃し弁を作動させるための強制誘導される連結棒（１１）である、請求項１〜５のいずれかに記載のアクチュエータ。
7. アクチュエータ（１１）により操作可能な弁要素を備えた流量制御弁において、前記アクチュエータは、前記弁要素と連結された連結棒（１１）を有する、前記流量制御弁において、請求項１〜６の１つ以上に記載の前記アクチュエータ（１）の構成を特徴とする、流量制御弁。
8. 前記流量制御弁は、排気ターボ過給機のための流量制御弁である、請求項７に記載の流量制御弁。
9. 少なくとも１つの操作可能な流量制御弁を備えた、排気ターボ過給機において、請求項７又は８に記載の流量制御弁の構成を特徴とする、排気ターボ過給機。
10. 前記流量制御弁が排気逃し弁である、請求項９に記載の排気ターボ過給機。
11. 請求項９又は１０に記載の排気ターボ過給機であって、車両のための排気ターボ過給機。

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