Beschreibung
Einrichtung zur Ansteuerung eines Abgasventils einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Ansteuerung eines Abgasventils einer Brennkraftmaschine mit einem ansteuerbaren Stellantrieb, mit einem von dem Stellantrieb antreibbaren Stellhebel, mit einer die Bewegung des Stellhebels auf das Abgasventil übertragenden Schubstange und mit einem elasti¬ schen Element zur Begrenzung von zwischen dem Stellantrieb und dem Abgasventil übertragenden Kräften.
Eine solche Einrichtung ist beispielsweise aus der
DE 10 2008 014 609 AI bekannt. Solche Einrichtungen werden häufig bei heutigen Brennkraftmaschinen eingesetzt, um beispielsweise Abgasrückführventile zu schalten, zum Verstellen der Leiterschaufeln eines Turboladers oder zum Betätigen eines Wastegateventils in einem Turbolader. Der Stellantrieb hat zu seiner Ansteuerung beispielsweise einen Elektromotor oder einen pneumatischen Aktor. Der Stellhebel wird bei der bekannten Einrichtung über ein Getriebe angetrieben. Die Schubstange ermöglicht eine räumlich getrennte Anordnung des Abgasventils von dem Stellantrieb.
Das elastische Element ist als Schenkelfeder ausgebildet und in dem Getriebe angeordnet und begrenzt eine zwischen dem Ab¬ gasventil und dem Stellantrieb übertragbare Maximalkraft. Da¬ mit werden das Abgasventil sowie das Getriebe und Lagerungen vor Überlastungen geschützt und ein Verschleiß möglichst ge¬ ring gehalten. Solche Überlastungen treten beispielsweise in Folge von Trägheiten des Stellantriebs und des Getriebes auf, wenn das Abgasventil in die Endstellungen bewegt wird. Nachteilig bei der bekannten Einrichtung ist, dass sie einen sehr großen Bauraum für und ein großes Gehäuse für den Stel-
lantrieb mit dem Getriebe und dem elastischen Element benö¬ tigt .
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art so weiter zu bilden, dass sie be¬ sonders kompakt aufgebaut ist.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das elastische Element in der Schubstange angeordnet ist.
Durch diese Gestaltung ist das elastische Element von dem Stellantrieb und einem mit diesem verbundenen Getriebe ge¬ trennt. Daher kann der Stellantrieb ein besonders kompaktes Gehäuse aufweisen. Das elastische Element kann in der meist ohnehin länglichen Schubstange lang gestreckt gestaltet sein und benötigt daher nur einen besonders geringen Bauraum. Die erfindungsgemäße Einrichtung ist hierdurch besonders kompakt aufgebaut. Ein weiterer Vorteil dieser Gestaltung besteht darin, dass das elastische Element zur Verringerung der Wär- meleitung von dem Abgasventil auf den Stellantrieb beiträgt.
Die Schubstange könnte beispielsweise eine elastisch nachgie¬ bige Verformung aufweisen und damit einstückig mit dem elastischen Element gefertigt sein. Die Schubstange weist jedoch gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung eine hohe Stabilität auf, wenn die Schubstange mehrteilig gestal¬ tet ist und das elastische Element zwischen zwei Teilen der Schubstange angeordnet ist. Die Schubstange lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung mit dem elastischen Element zu einer baulichen Einheit vormontieren, wenn die Schubstange ein inneres Element und ein das innere Element teleskopartig übergreifendes äußeres Element hat und wenn das elastische Element zwischen dem inneren und dem äußeren Element angeordnet ist.
Das elastische Element ermöglicht gemäß einer anderen vor¬ teilhaften Weiterbildung der Erfindung eine schnelle Übertragung von Kräften in eine vorgesehene Richtung, wenn das elastische Element einen inneren Anschlag zur Abstützung der Ele- mente der Schubstange hat, wenn das elastische Element in der am inneren Anschlag liegenden Stellung der Elemente der
Schubstange Zug- oder Druckkräfte unelastisch überträgt und in die entgegengesetzte Richtung wirkende Kräfte oberhalb ei¬ nes vorgesehenen Betrages elastisch verformend überträgt. Durch diese Gestaltung ist die Verformbarkeit des elastischen Elementes abhängig von der Belastungsrichtung.
Eine vorgesehene Einstellung von Zug- und Druckkräften der Schubstange gestaltet sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung konstruktiv besonders einfach, wenn das elastische Element zwei einander entgegengesetzt an¬ geordnete inneren Anschläge hat und in beide Richtungen elas¬ tisch verformbar ist. Die Montage der erfindungsgemäßen Einrichtung gestaltet sich besonders einfach, wenn die Schubstange zumindest ein Kugel¬ gelenk zur Anbindung an den Stellhebel und/oder das Abgasventil hat. Zudem werden hierdurch Toleranzen zwischen dem Stellantrieb und dem Abgasventil ausgeglichen.
Das elastische Element ermöglicht gemäß einer anderen vor¬ teilhaften Weiterbildung die einfache Übertragung von vorgesehenen Kräften, wenn das elastische Element im Grundzustand vorgespannt ist. Durch diese Gestaltung wird sichergestellt, dass eine Kraft, die unterhalb einer Vorspannkraft des elas¬ tischen Elements liegt, ohne Verformung des elastischen Elements übertragen wird. Erst wenn die auf das elastische Ele¬ ment einwirkende Kraft die Vorspannkraft übersteigt, verformt sich das elastische Element und verhindert die Beschädigung von Bauteilen der erfindungsgemäßen Einrichtung.
Das elastische Element gestaltet sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung an der lang gestreckten Schubstange besonders kompakt, wenn das elastische Element zumindest ein als Schraubenfeder ausgebildetes Feder- element hat. Weiterhin weist das elastische Element hierdurch eine besonders hohe Lebensdauer auf.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
Fig. 1 schematisch eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Ansteuerung eines Abgasventils,
Fig. 2 - 6 schematisch verschiedene Ausführungen eines elastischen Elements der erfindungsgemäßen Einrichtung aus Figur 1, Fig. 7 beispielhaft eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung.
Figur 1 zeigt schematisch eine Einrichtung mit einem von einem Stellantrieb 1 antreibbaren Kurbeltrieb 2 und ein über den Kurbeltrieb 2 antreibbares Abgasventil 3. Der Kurbeltrieb 2 hat eine Schubstange 4 und einen Stellhebel 5. In der
Schubstange 4 ist ein elastisches Element 6 angeordnet. Die Schubstange 4 ist über ein Gelenk 7 an einem Stellarm 8 des Abgasventils 3 angebunden. Der Stellarm 8 bewegt eine senk- recht auf eine Öffnung 9 eines Abgaskanals 10 schwenkbare Ab¬ gasklappe 11. Damit bilden die Abgasklappe 11, ein Ventilkör¬ per und die Öffnung 9 des Abgaskanals 10 einen Ventilsitz des Abgasventils 3. Die Richtung des im Abgaskanal 10 auf die Ab¬ gasklappe 11 wirkenden Drucks ist in der Zeichnung mit einem Pfeil und dem Buchstaben P gekennzeichnet.
Zum Steuern des Abgasventils 3 lässt sich der Stellhebel 5 über den Stellantrieb 1 zwischen den beiden Positionen I und II verschwenken. In der Position I des Stellhebels 5 befindet sich das Abgasventil 3 in der vollständig geöffneten Endstel- lung. In der Position II des Stellhebels befindet sich das Abgasventil 3 in der vollständig geschlossenen Endstellung. Das in der Schubstange 4 angeordnete elastische Element 6 be¬ findet sich in einer vorgespannten Grundstellung und gleicht in den Positionen I und II Toleranzen zwischen dem Stellan- trieb 1 und dem Abgasventil 3 aus. Weiterhin dämpft das elas¬ tische Element 6 von der Schubstange 4 übertragbare Maximal¬ kräfte und verhindert damit Beschädigungen des Stellantriebs 1 und des Abgasventils 3. Die Schubstange 4 hat ein inneres Element 12 und ein das innere elastische Element 12 übergrei- fendes äußeres Element 13. Zwischen diesen Elementen 12, 13 ist das elastische Element 6 angeordnet. Das elastische Ele¬ ment 6 hat einen inneren Anschlag 14, gegen den die Elemente 12, 13 der Schubstange 4 vorgespannt sind. In Druckrichtung der Schubstande 4 überträgt der Anschlag 14 die Kräfte unge- dämpft.
Durch die Art und Vorspannung des elastischen Elements 6 lassen sich von der Schubstange 4 übertragbare Zugkräfte
und/oder Druckkräfte begrenzen. Hierzu sind in den Figuren 2 bis 6 verschiedene Ausführungsformen dargestellt. Die Rich¬ tung von in die Schubstange 4 eingeleiteten Kräften F ist in den Figuren 2 bis 6 mit Pfeilen gekennzeichnet.
Figur 2 zeigt die Einheit aus Schubstange 4 und elastischem Element 6 aus Figur 1 bei der Einleitung einer eine Vorspannkraft des elastischen Elements 6 übersteigenden Zugkraft. Bei dieser Zugkraft sind die Elemente 12, 13 der Schubstange 4 auseinander gezogen und damit von dem inneren Anschlag 14 um den Weg s getrennt. Das elastische Element 6 hat ein als Druckfeder ausgebildetes Federelement 15.
Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform des elastischen Elements 6 mit einem als Zugfeder ausgebildeten Federelement 16 und einem inneren Anschlag 17. Die in die Schubstange 4 einwirkende Zugkräfte trennen die Elemente 12, 13 der
Schubstange 4 von dem inneren Anschlag 17 des elastischen Elements 6 um den Weg s.
Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform des elastischen Elements 6 mit einem als Druckfeder ausgebildeten Federele- ment 18 und einem inneren Anschlag 19 bei der Beaufschlagung mit eine Vorspannkraft übersteigenden Druckkräften. Auf die Schubstange 4 einwirkende Druckkräfte trennen die Elemente 12, 13 der Schubstange 4 von dem inneren Anschlag 19 um den Betrag s .
Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsform des elastischen Elements 6 mit einem als Zugfeder ausgebildeten Federelement 20 und einem inneren Anschlag 21 bei der Beaufschlagung mit eine Vorspannkraft übersteigenden Druckkräften. Die Druck- kräfte führen dazu, dass die Elemente 12, 13 der Schubstange 4 von dem Anschlag 21 getrennt sind.
Figur 6 zeigt eine weitere Ausführungsform des elastischen Elements 6, welches sich bei der Beaufschlagung von Kräften sowohl in Zugrichtung als auch in Druckrichtung elastisch verformt. Hierzu hat das elastische Element 6 zwei Federele¬ mente 22, 23, welche über ein Koppelelement 24 miteinander verbunden sind. Zwei innere Anschläge 25, 26 des elastischen Elements 6 sind einander entgegengesetzt ausgerichtet. Die Federelemente 22, 23 sind jeweils als Druckfedern ausgebildet und wie die Ausführungsformen nach den Figuren 2 und 4 aufgebaut. Beispielhaft sind in Figur 6 die möglichen Wege sl und s2 gekennzeichnet, um die die Elemente 12, 13 der Schubstange 4 von den inneren Anschlägen 25, 26 bei Zugkräften oder
Druckkräften getrennt werden können.
Figur 7 zeigt eine Ausführungsform der Einrichtung der Figuren 1 bis 3 mit dem Stellantrieb 1 und dem Kurbeltrieb 2. Das Abgasventil 3 ist zur Vereinfachung der Zeichnung nicht dargestellt. Der Stellantrieb 1 hat einen Elektromotor 27, wel- eher über ein Getriebe 28 mit dem Kurbeltrieb 2 verbunden ist. Die Schubstange 4 hat jeweils ein Kugelgelenk 29, 30 zur Anbindung an den Stellhebel 5 und an den in Figur 1 dargestellten Stellarm 8 des Abgasventils 3. Die Elemente 12, 13 der Schubstange 4 sind teleskopartig ineinanderschiebbar und weisen Absätze 31, 32 zur Abstützung des elastischen Elementes 6 auf. Das Federelement 15 des elastischen Elements 6 ist als zwischen den Elementen 12, 13 der Schubstange 4 angeordnete Schraubenfeder ausgebildet.