KR20120100960A - 액추에이터용 조절 장치 - Google Patents

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KR20120100960A
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Abstract

본 발명은 전기 서보 모터(32), 액추에이터(24)와 결합된 조절 부재(34), 및 상기 서보 모터(32)와 상기 조절 부재(34) 사이에 배치된 다단 트랜스미션(33)을 포함하는, 내연기관의 가스 통로 내에 배치된 액추에이터용, 특히 배기 터보 과급기 내에 배치된 바이패스 플랩용 조절 장치에 관한 것이다. 소수의 트랜스미션 기어로 큰 변속비 범위를 얻기 위해, 트랜스미션 기어들(35) 중 적어도 하나에서 2개의 트랜스미션 휠들(37, 38)이 에볼로이드 톱니들(371, 381)을 통해 상호 작용한다.

Description

액추에이터용 조절 장치{REGULATING DEVICE FOR AN ACTUATOR}
본 발명은 청구항 제 1항의 전제부에 따른, 내연기관의 가스 통로 내에 배치된 액추에이터용, 특히 배기 터보 과급기 내에 배치된 바이패스 플랩용 조절 장치에 관한 것이다.
내연기관의 배기 터보 과급기 내 바이패스 플랩용 공지된 조절 장치(DE 10 2004 056 897 A1)는 전기 서보 모터와 조절 부재 사이에 배치된, 다단 트랜스미션을 포함하고, 상기 트랜스미션은 입력 트랜스미션 기어, 비선형 출력 트랜스미션 기어, 및 상기 입력 트랜스미션 기어와 출력 트랜스미션 기어 사이에 배치된 중간 트랜스미션 기어를 포함한다. 허용 가능한 조절 시간 내에 바이패스 플랩을 조절하기 위한 소형 전기 모터에 의해 큰 변속 범위를 얻기 위해, 중간 트랜스미션 기어는 구동 휠 및 상기 구동 휠과 맞물리는 출력 휠로 이루어지고, 구동 휠은 제 1 트랜스미션 샤프트 상에서 입력 트랜스미션 기어의 출력 휠과 상대 회전 불가능하게 배치되고, 출력 휠은 비선형 출력 트랜스미션 기어의 구동 세그먼트와 상대 회전 불가능하게 제 2 트랜스미션 샤프트 상에 배치된다. 제 1 트랜스미션 샤프트에 대해 평행하게 배치된 제 2 트랜스미션 샤프트는 조절 부재 상에 슬라이딩 지지된 중공 샤프트이다.
본 발명의 과제는 큰 변속 범위를 가진 다단 트랜스미션의 적어도 하나의 트랜스미션 기어에 에볼로이드 톱니들을 사용함으로써, 소정 최대 변속비를 유지하면서 필요한 트랜스미션 기어의 수를 줄이는 것이다.
상기 과제는 청구항 제 1항의 특징들을 포함하는 조절 장치에 의해 달성된다.
청구항 제 1항의 특징들을 포함하는 본 발명에 따른 조절 장치는 큰 변속 범위를 가진 다단 트랜스미션의 적어도 하나의 트랜스미션 기어에 에볼로이드 톱니들의 사용에 의해, 소정 최대 변속비를 유지하면서 필요한 트랜스미션 기어의 수가 줄어든다는 장점을 갖는다. 트랜스미션 기어의 수 감소에 의해 그리고 서로 맞물리는, 에볼로이드 톱니들을 가진 트랜스미션 휠들의 작은 축 간격에 의해, 트랜스미션의 컴팩트한 구성이 얻어진다. 에볼로이드 톱니들에 의해 큰 변속비가 구현될 수 있고, 에볼로이드 톱니들을 가진 트랜스미션 휠들이 큰 톱니 뿌리 강도를 가짐으로써 트랜스미션의 강성에 기여한다.
다른 청구항들에 제시된 조치들에 의해, 청구항 제 1항에 제시된 조절 장치의 바람직한 개선이 가능하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 추가 트랜스미션 기어가 바람직하게는 에볼로이드 톱니들을 가진 트랜스미션 기어와 조절 부재 사이에 배치되는 비선형 트랜스미션 기어로서 형성된다. 단 2개의 트랜스미션 기어를 가진 에볼로이드 톱니들을 가진 트랜스미션 기어와 함께 상기 비선형 트랜스미션 기어에 의해 매우 큰 변속비, 예컨대 i=90 이 달성되므로, 조절 장치에 낮은 출력을 가진, 그에 따라 소형의 전기 서보 모터가 사용될 수 있다. 트랜스미션의 컴팩트한 구성 및 소형 서보 모터에 의해, 전체적으로 단지 작은 조립 공간을 필요로 하는 조절 장치가 얻어진다. 본 발명에 따른 조절 장치는 특히 내연기관의 배기 터보 과급기 내 바이패스 플랩을 조절하기에 적합한데, 그 이유는 내연기관의 구동 트레인 내에 일반적으로 조립 공간이 거의 제공되지 않기 때문이다. 조절 장치의 컴팩트한 구성은 터보 과급기 가까이에 조절 장치의 배치를 가능하게 하므로, 조절 부재의 선회 운동을 터보 과급기의 터빈 하우징 내의 바이패스 플랩으로 전달하기 위해 짧은 레버 메커니즘만이 필요하다.
본 발명은 하기 설명에서 도면에 도시된 실시예를 참고로 상세히 설명된다.
도 1은 내연 기관의 배기 터보 과급기용 전기 서보 모터 및 기계적 트랜스미션을 구비한 조절 장치의 종단면도.
도 2는 도 2의 트랜스미션의 에볼로이드 톱니들을 구비한 트랜스미션 기어의 사시도.
도 3은 배기 터보 과급기의 개략적인 종단면도.
내연기관의 가스형 매체를 안내하는 통로, 약어로 가스 통로 내에 배치된, 액추에이터용 도 1에 종단면도로 도시된 조절 장치는 바람직하게 도 3에 개략적으로 일부가 도시된 바와 같은 배기 터보 과급기(10)에 바람직하게 사용된다. 대안으로서, 조절 장치는 내연기관의 공기 흡입 매니폴드 내에 스로틀 플랩을 조절하기 위해 사용될 수 있거나 또는 배기 가스 재활용 밸브 내에 액추에이터로서 사용될 수 있다.
배기 터보 과급기들은 예컨대 보쉬 "Kraftfahrttechnisches Taschenbuch "ISBN-3-528-23876-3, 페이지 532 이하에 개시되어 있다. 배기 터보 과급기(10)는 2개의 터보 기계, 터빈(11) 및 압축기(12)로 이루어지고, 이들은 공통의 샤프트(13) 상에 배치된다. 터빈(11)은 터빈 하우징(14) 내에 배치된 압축기 휠(17)을 포함하며, 압축기(12)는 압축기 하우징(16) 내에 배치된 압축기 휠(17)을 포함한다. 터빈 휠(15)은 유입 배기 가스(18)에 의해 구동되고, 터빈 휠(15)에 의해 구동된 압축기 휠(17)은 대기의 신선한 공기(19)를 흡입하여 예비 압축된 신선한 공기(20)를 내연기관의 연소실 내로 블로우-인 한다. 터빈 휠(15)을 벗어난, 배출 배기 가스(21)는 터빈 하우징(14)으로부터 배출된다.
내연기관에서 큰 회전수 범위로 인해 합리적인 회전 모멘트 설계가 달성될 수 있도록, 급기압 조절이 이루어짐으로써, 최대 허용 급기압이 유지된다. 소정 급기압은 터빈(11)의 배기 가스 측 출력 조절에 의해 달성된다. 이를 위해, 터빈 하우징(14) 내에 바이패스(22)가 제공되며, 상기 바이패스에 의해, 유입되는 배기 가스(18)의 일부가 터빈 휠(15)를 통해 안내되고, 직접 배출 배기 가스(21)로 배출된다. 바이패스(22)는 바이패스 플랩(24) 형태의 액추에이터에 의해 제어된다. 액추에이터(23) 또는 바이패스 플랩(24)은 레버 메카니즘(25)을 통해 도 1에 따른 조절 장치에 의해 작동되고, 상기 레버 메커니즘 중 2차 레버(253) 및 부분적으로 연결 레버(252)가 도 3에 도시된다.
도 1에 종단면도로 도시된 조절 장치는 2 부분의 조절기 하우징(31)을 포함하고, 상기 조절기 하우징은 포트형 베이스 바디(31) 및 상기 베이스 바디(31)를 커버하는 커버(312)로 이루어진다. 커버(312)에는 덕트(312a)가 일체형으로 형성되고, 상기 덕트 내로 전기 서보 모터(32)가 상기 베이스 바디(311) 내로 삽입된 출력 샤프트(36)와 함께 삽입된다. 베이스 바디(31) 내에는 2단 트랜스미션(33)이 배치되고, 상기 트랜스미션을 통해 서보 모터(30)가 조절 부재(34)를 구동시킨다. 베이스 바디(31)로부터 배출되는 조절 부재(34)는 레버 메커니즘(25)의 1차 레버(251)와 결합된다.
2 개의 트랜스미션 기어 중 입력 트랜스미션 기어(35)는 에볼로이드 톱니들을 통해 상호 작용하는 2개의 트랜스미션 휠들을 포함하고, 하나의 트랜스미션 휠은 서보 모터(32)의 출력 샤프트(36) 상에 상대 회전 불가능하게 놓인, 에볼로이드 톱니들(371)을 가진 피니언(37)이고, 다른 트랜스미션 휠은 샤프트(39) 상에 회전 가능하게 놓인, 기어 축에 대해 경사진 에볼로이드 톱니들(381)을 가진 스퍼 기어(38)이다. 도 2에는 피니언(37) 및 스퍼 기어(38)가 사시도로 도시된다. 피니언(37)은 최대로 3개의 에볼로이드 톱니들(371)을 포함하고, 상기 에볼로이드 톱니들은 항상 각각 적어도 하나의 에볼로이드 톱니들(371)이 스퍼 기어(38)에 있는 에볼로이드 톱니들 내로 맞물리도록 경사진다. 입력 트랜스미션 기어(35)와 조절 부재(34) 사이에 배치된 출력 트랜스미션 기어(40)는 더 넓은 변속 범위를 얻기 위해 조절 부재(34)에 작용하는 비선형 트랜스미션 기어로서 형성된다. 비선형 출력 트랜스미션 기어(40)는 예컨대 DE 10 2004 056 897 A1 에 도시되고 설명된 바와 같이 구현될 수 있다. 상기 비선형 출력 트랜스미션 기어는 입력 트랜스미션 기어(35)의 스퍼 기어에 의해 구동되는 구동 세그먼트(41), 및 조절 부재(34)와 결합된 출력 세그먼트(42)를 포함하고, 상기 세그먼트들의 외부 톱니들은 롤링 곡선 상에서 롤링하며, 상기 롤링 곡선의 반경은 세그먼트들(41, 42)의 회전 범위에 걸쳐 계속 변한다.
매우 큰 변속비를 가진 서보 모터(32)의 출력 샤프트(36)의 회전이 2개의 트랜스미션 기어(35, 40)를 통해 조절 부재(34)로 전달되고, 상기 조절 부재는 레버 메커니즘(25)의 1차 레버(251)를 예컨대 약 140°의 선회 범위에서 선회시키고, 최대 선회 후에 터빈 하우징(14) 내의 바이패스(22)가 폐쇄된다. 2개의 트랜스미션 기어들(35, 40)에 의해 매우 큰 변속비, 예컨대 i=90 가 구현될 수 있으므로, 조절 부재(34)의 선회를 위해 작은 출력의, 작은 구성의 전기 서보 모터(32)만이 필요하며, 이러한 서보 모터는 밀봉 시트를 가진 바이패스 플랩(24)을 유입 배기 가스(18)의 압력에 대항해서, 바이패스(22)의 폐쇄시 바이패스 플랩(24)이 놓이는 스토퍼(26)에 압착시키기에 충분한 회전 모멘트를 변속비에 의해 발생시킨다.
10 배기 터보 과급기
23 액추에이터
24 바이패스 플랩
25 레버 메커니즘
31 조절기 하우징
32 서보 모터
34 조절 부재
36 출력 샤프트
37 피니언
40 출력 트랜스미션 기어
311 베이스 바디
312 커버
312a 덕트
371, 381 에볼로이드 톱니

Claims (8)

  1. 전기 서보 모터(32), 액추에이터(24)와 결합된 조절 부재(34), 및 상기 서보 모터(32)와 상기 조절 부재(34) 사이에 배치된 다단 트랜스미션(33)을 포함하는, 내연기관의 가스 통로 내에 배치된 액추에이터용, 특히 배기 터보 과급기(10) 내에 배치된 바이패스 플랩(24)용 조절 장치에 있어서,
    트랜스미션 기어들(35) 중 적어도 하나에서 2개의 트랜스미션 휠들(37, 38)이 에볼로이드 톱니들(371, 381)을 통해 상호 작용하는 것을 특징으로 하는 조절 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 하나의 트랜스미션 휠은 상기 서보 모터(32)의 출력 샤프트(36) 상에 상대 회전 불가능하게 놓인, 에볼로이드 톱니들(371)을 가진 피니언(37)이고, 다른 하나의 트랜스미션 휠은 기어 축에 대해 경사진 에볼로이드 톱니들(381)을 가진 회전 가능하게 지지된 스퍼 기어(38)인 것을 특징으로 하는 조절 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 피니언(37)의 상기 에볼로이드 톱니들(371)의 수는 최대 3개인 것을 특징으로 하는 조절 장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 에볼로이드 톱니들을 가진 상기 트랜스미션 기어는 상기 서보 모터(32)의 상기 조절 부재(34)에 의해 구동되는 입력 트랜스미션 기어(35)를 형성하는 것을 특징으로 하는 조절 장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 트랜스미션(33)이 비선형 추가 트랜스미션 기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 조절 장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 비선형 트랜스미션 기어는 상기 조절 부재(34)를 구동시키는 출력 트랜스미션 기어(40)를 형성하는 것을 특징으로 하는 조절 장치.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액추에이터(23)와 상기 조절 부재(34)의 커플링은 레버 메커니즘(25)에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 조절 장치.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 베이스 바디(311) 및 상기 베이스 바디를 폐쇄하는 커버(312)를 포함하는 2 부분의 조절기 하우징(31)이 제공되고, 이로 인해 상기 트랜스미션(33)이 상기 베이스 바디(311) 내에 상기 베이스 바디로부터 돌출한 조절 부재(34)와 함께 수용되고, 상기 서보 모터(32)는 상기 커버(312)에 일체로 형성된 덕트(312a) 내에 상기 덕트로부터 돌출한 출력 샤프트(36)와 함께 수용되는 것을 특징으로 하는 조절 장치.
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