Устройство для управления дроссельной заслонкой, в частности дроссельной заслонкой впускной установки двигателя внутреннего сгорания - RU2672228C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к устройству для управления дроссельной заслонкой, в частности, дроссельной заслонкой впускной (всасывающей) установки двигателя внутреннего сгорания, с помощью серводвигателя, согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения, а также к двигателю внутреннего сгорания, согласно пункту 15 формулы изобретения.

Для управления дроссельными заслонками двигателей внутреннего сгорания применяются серводвигатели, которые соединены с валом соответствующей дроссельной заслонки с возможностью передачи крутящего момента. При этом недостатком является то, что управляемый с помощью дроссельной заслонки поток среды в двигателях, соответственно двигателях внутреннего сгорания с наддувом, имеет высокую температуру, в то время как обычные серводвигатели выдерживают лишь небольшое термическое нагревание. Применение серводвигателей, которые выдерживают высокие термические нагрузки, является возможной мерой для получения решения этой проблемы. Однако специальные серводвигатели, выдерживающие очень большие тепловые нагрузки, являются очень сложными и поэтому очень дорогостоящими.

Для обеспечения возможности приведения в действие дроссельных заслонок с помощью обычных серводвигателей, с помощью которых осуществляется управление потоком среды с очень высокой температурой, можно осуществлять меры по термической развязке между дроссельной заслонкой и серводвигателем. Из DE 10344218 А1 известна термическая развязка между серводвигателем и клапаном. Для этого применяется выполненное в виде коромысла соединительное звено из пластмассы, которая имеет плохую теплопроводность. Однако такое коромысло не пригодно для передачи крутящего момента между валом серводвигателя и валом дроссельной заслонки.

В основу изобретения положена задача создания устройства для управления дроссельной заслонкой с помощью серводвигателя, в котором между дроссельной заслонкой и серводвигателем действует передающее крутящий момент приспособление для термической развязки. Кроме того, другой задачей данного изобретения является создание двигателя внутреннего сгорания с таким устройством.

Решение этой задачи обеспечивается с помощью признаков независимых пунктов формулы изобретения. Особенно предпочтительные модификации раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.

Согласно пункту 1 формулы изобретения, предлагается устройство для управления дроссельной заслонкой с помощью серводвигателя, в котором между дроссельной заслонкой и серводвигателем расположено по меньшей мере одно приспособление для термической развязки. Согласно изобретению, вал серводвигателя через передающий крутящий момент соединительный элемент с заданно небольшой, соответственно, более низкой теплопроводностью соединен с валом дроссельной заслонки. Чем меньше теплопроводность соединительного элемента, тем меньше может быть выбрано расстояние между серводвигателем и дроссельной заслонкой, за счет чего обеспечивается соответствующая экономия места.

Опосредованное соединение вала серводвигателя с валом дроссельной заслонки через передающий крутящий момент соединительный элемент с заданно небольшой теплопроводностью можно осуществлять различным образом. Например, за счет того, что соединительный элемент имеет меньшую теплопроводность, чем вал серводвигателя, и/или соединительный элемент имеет меньшую теплопроводность, чем вал дроссельной заслонки. В качестве альтернативного решения или дополнительно сам соединительный элемент может быть выполнен по меньшей мере на некоторых участках, в частности, по меньшей мере в местах контакта по меньшей мере с одним из валов, из материала с небольшой теплопроводностью. В качестве альтернативного решения или дополнительно соединение соединительного элемента с валом серводвигателя и/или с валом дроссельной заслонки может быть геометрически выполнено так, что лишь заданно небольшой перенос тепла происходит между соединенными конструктивными элементами, например, в виде точечного или линейного соприкосновения вместо прилегания по поверхности. Таким образом, понятие «соединительный элемент с заданно небольшой теплопроводностью» следует понимать не как ограничение, например, относительно выбора материала, а исключительно в широком смысле, с включением, например, конструктивных выполнений с небольшой теплопроводностью. Дополнительно к этому понятие «небольшая теплопроводность» следует также понимать в широком смысле, и оно охватывает, естественно, если это технически возможно, варианты выполнения, в которых не происходит переноса тепла.

Теплопроводность соединительного элемента может обеспечиваться за счет соответствующего выбора материала и/или за счет соответствующего геометрического выполнения соединительного элемента. Предпочтительно соединительный элемент выполнен в виде втулки, в которую входит с геометрическим замыканием вал дроссельной заслонки так, что вал дроссельной заслонки может иметь угловое отклонение от осевой ориентации вала серводвигателя, как это имеет место, например, в карданном шарнире. За счет этого облегчается монтаж, поскольку оба вала дроссельной заслонки и серводвигателя не должны быть точно ориентированы в осевом направлении.

Для термической развязки между дроссельной заслонкой и серводвигателем может быть предусмотрено, что серводвигатель закреплен на держателе, в частности, на открытом по меньшей мере на одной стороне держателе, на расстоянии от дроссельной заслонки. В этом случае соединительный элемент предпочтительно лежит в открытой зоне держателя. Особенно предпочтительно держатель открыт с трех сторон, так что обеспечивается оптимальный отвод тепла с лежащего в нем соединительного элемента в окружающий воздух. Сам держатель может также за счет своего открытого выполнения оптимально отдавать тепло в окружающий воздух, так что в целом возникает возможно меньший перенос тепла от корпуса и вала дроссельной заслонки к серводвигателю.

Держатель состоит из двух свинченных друг с другом удерживающих уголков, которые образуют совместно по существу U-образную опору для двигателя. Одно из обоих плеч U-образной опоры двигателя закреплено на корпусе дроссельной заслонки, в то время как другое плечо соединено с серводвигателем, в частности свинчено. Расстояние между обоими плечами можно регулировать с целью обеспечения возможности простого согласования с различными условиями установки. Состоящий из двух удерживающих уголков держатель не только очень прост и тем самым экономичен в изготовлении, но также имеет три открытые стороны, которые обеспечивают оптимальный отвод тепла в промежуточном пространстве между дроссельной заслонкой и серводвигателем.

Согласно альтернативному варианту выполнения предлагается, что держатель имеет удерживающий элемент, в частности, опорную пластину в качестве удерживающего элемента, на которой закреплен серводвигатель и которая по меньшей мере через одну распорную втулку соединена с корпусом дроссельной заслонки, в частности, с помощью нескольких крепежных винтов, так что удерживающий элемент, соответственно образующая удерживающий элемент опорная пластина, лежит на расстоянии от корпуса дроссельной заслонки, и небольшой перенос тепла может происходить лишь через распорные втулки, соответственно винты, однако в целом возникает открытое приемное пространство для соединительного элемента, которое обеспечивает возможность очень хорошей отдачи тепла с соединительного элемента в окружающий воздух. Особенно предпочтительным в этой связи является вариант выполнения, в котором удерживающий элемент образован с помощью имеющей прямоугольную форму опорной пластины, в угловых зонах которой расположены соответствующие распорные втулки. Такое выполнение с несколькими расположенными в угловых зонах распорными втулками является в целом относительно стабильным, в частности, также относительно возникающих в этой зоне собственных частот.

Кроме того, особенно предпочтительно снабжать обращенный к серводвигателю элемент (например, одно плечо удерживающего уголка или удерживающей, соответственно, опорной пластины) держателя такими удлиненными крепежными отверстиями, которые пригодны для крепления серводвигателей с различно большими соединительными фланцами. Тем самым возможно применение одного варианта выполнения держателя для двигателей различного размера.

Используемый между обоими валами дроссельной заслонки и серводвигателя соединительный элемент может состоять для обеспечения заданно небольшой теплопроводности по меньшей мере в некоторых зонах, соответственно частично из керамики и/или пластмассы, соответственно любого другого материала с заданно небольшой теплопроводностью.

Дополнительно к этому заданно небольшая теплопроводность между обоими валами может быть достигнута также тем, что передающее крутящий момент соединение происходит через имеющие форму линий или точек поверхности соприкосновения в зоне соединительного элемента. Через такие небольшие поверхности соприкосновения возможен лишь очень небольшой перенос тепла в соприкасающемся материале.

Также при выполнении соединительного элемента в виде карданного шарнира достигается, что требуются относительно небольшие поверхности соприкосновения внутри соединительного элемента для реализации передачи крутящего момента между обоими валами.

Если, согласно одной предпочтительной модификации изобретения, соединительный элемент выполнен в виде системы рычагов, которая действует между обоими валами, то лишь на основании длины рычагов и связанного с этим излучения тепла в окружение можно значительно уменьшить перенос тепла между обоими валами по сравнению с непосредственным соединением.

Если соединительный элемент является втулкой, то она особенно предпочтительно может быть соединена с геометрическим замыканием с валом серводвигателя или с валом дроссельной заслонки, в то время как другой конец втулки соединен с силовым замыканием с соответствующим другим валом. В предпочтительном варианте выполнения втулка соединена с силовым замыканием с валом серводвигателя с помощью зажимного соединения. В этом случае соединение с геометрическим замыканием с валом дроссельной заслонки предпочтительно выполнено так, что возможна передача крутящего момента через соединение с геометрическим замыканием, и предусмотрена возможность стягивания соединительного элемента в осевом направлении с вала дроссельной заслонки. Таким образом, серводвигатель вместе с соединительным элементом можно стягивать с вала дроссельной заслонки, а также снова насаживать на него, что приводит, соответственно, к уменьшению затрат на монтаж.

Втулка предпочтительно имеет снабженную шлицами и за счет этого подвижную в радиальном направлении зажимную зону, которую можно с помощью зажимного винта зажимать неподвижно на лежащем внутри валу, а также снова освобождать.

Выполненный в виде втулки соединительный элемент предпочтительно имеет на стороне, на которой она соединена с геометрическим замыканием с одним из обоих валов, приемное отверстие для соответствующего вала, при этом приемное отверстие имеет значительно больший диаметр, чем введенный в него вал. Тем самым образуется соответствующий монтажный допуск, так что входящий с геометрическим замыканием во втулку вал не должен быть точно ориентирован относительно своего угла ориентации с соответствующим другим валом. При этом соединение с геометрическим замыканием может быть реализовано очень простым образом с помощью предусмотренного на соответствующем валу поперечного штифта и соответствующей продольной прорези (шлицы) на втулке. Предпочтительно поперечный штифт входит в противоположно лежащие прорези или в лежащие противоположно продольные канавки на втулке.

Для того чтобы серводвигатель вместе со смонтированным на его валу соединительным элементом можно без проблем стягивать с вала дроссельной заслонки, на держателе, который несет серводвигатель, может быть предусмотрено соответствующее сквозное отверстие для вала серводвигателя, при этом диаметр отверстия выбран так, что обеспечивается возможность прохождения соединительного элемента через сквозное отверстие.

Устройство, согласно изобретению, применяется предпочтительно в двигателях внутреннего сгорания, которые используются в безрельсовых транспортных средствах, например транспортных средствах промышленного назначения или в виде стационарных двигателей, и в них предпочтительно в зоне (всасывающей) впускной установки. Двигатели внутреннего сгорания могут быть, наряду с двигателями внутреннего сгорания с обычным топливом, также газовыми двигателями или подобными двигателями.

При этом особенным предпочтительным является использование дроссельной заслонки вместе с устройством, согласно изобретению, с выполнением, при котором дроссельная заслонка расположена по потоку после компрессора работающего на отработавших газах турбонагнетателя двигателя внутреннего сгорания и перед охладителем воздуха наддува и тем самым между компрессором и охладителем надувочного воздуха, поскольку при таком расположении после компрессии могут возникать очень высокие температуры, например, температуры свыше 200°С.

Ниже приводится более подробное пояснение изобретения на основании примеров выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых схематично изображено:

фиг. 1 - устройство для управления дроссельной заслонкой;

фиг. 2 - устройство, согласно фиг. 1, однако повернутое на 90° относительно фиг. 1;

фиг. 3 - соединительный элемент, используемый в устройстве, согласно фиг. 1 и 2, в изометрической проекции;

фиг. 4 - соединительный элемент, согласно фиг. 3, на виде сзади;

фиг. 5 - плечо U-образной опоры для крепления серводвигателя, на виде сверху;

фиг. 6а - не принадлежащее изобретению устройство для управления дроссельной заслонкой, в котором держатель для серводвигателя закреплен через распорные втулки на корпусе дроссельной заслонки;

фиг. 6b - пример выполнения показанного на фиг. 6а варианта выполнения в изометрической проекции; и

фиг. 7 - принцип соединения между серводвигателем и дроссельной заслонкой с помощью системы рычагов.

На фиг. 1 показана упрощенно в виде функционального блока дроссельная заслонка 1, серводвигатель 2, держатель 3, а также соединительный элемент 4, который соединяет с передачей крутящего момента оба вала 5, 6 дроссельной заслонки 1 и серводвигателя 2.

Держатель 3 выполнен по существу U-образным и состоит из двух удерживающих уголков 7, 8, которые с помощью винтов 9 свинчены друг с другом. В повернутом на 90° на фиг. 2 виде показано, что удерживающий уголок 7 имеет ориентированные вертикально удлиненные отверстия 10, за счет чего обеспечивается возможность перестановки по высоте удерживающего уголка 8 относительно удерживающего уголка 7.

На фиг. 1 и 2 для соединения обоих валов 5, 6 предусмотрен выполненный в виде втулки соединительный элемент 4, который неподвижно привинчен, соответственно неподвижно зажат на валу 6 серводвигателя 2. В противоположность этому вал 5 входит поперечным штифтом 11 в удлиненную прорезь 12 соединительного элемента 4. Тем самым поперечный штифт 11 образует в соединении с удлиненной прорезью 12 соединение с геометрическим замыканием, через которое может передаваться крутящий момент с соединительного элемента 4 на вал 5 дроссельной заслонки 1.

Соединительный элемент 4 показан более подробно на фиг. 3 и 4, при этом на фиг. 3 показан также входящий в удлиненное отверстие 12 поперечный штифт 11 вала 5. На обращенной к валу 6 дроссельной заслонки 1 стороне 13 соединительный элемент 4 имеет согласованное по диаметру с валом 6 приемное отверстие 14. Снабженная шлицами зажимная зона 15 соединительного элемента 4 может быть зажата с помощью зажимного винта 16 с введенным в приемное отверстие 14 валом 6 дроссельной заслонки 1 (см. фиг. 1), с целью выполнения соединения с силовым замыканием между соединительным элементом 4 и валом 6.

На фиг. 4 на переднем плане показана сторона 17 соединительного элемента 4, которая обращена к валу 5 дроссельной заслонки 1. Выполненный в виде втулки соединительный элемент 4 имеет лежащие противоположно друг другу продольные прорези 12, в которые может входить с геометрическим замыканием вал 5 дроссельной заслонки 1 выступающими с обеих сторон из вала поперечными штифтами 11 (см. фиг. 1). Для размещения вала 5 дроссельной заслонки 1 соединительный элемент 4 имеет приемное отверстие 18, которое имеет явно больший диаметр, чем диаметр подлежащего введению вала 5. За счет этого достигается, что для вала 5 дроссельной заслонки 1 возможен не только монтажный допуск в осевом направлении на основании продольных прорезей 12, но и небольшое угловое отклонение для ориентации вала 6 серводвигателя 2.

Соединительный элемент 4 может быть изготовлен из материала, который имеет заданно небольшую теплопроводность. Однако соединительный элемент 4 может состоять также лишь частично из материала небольшой теплопроводности, например, в зажимной зоне приемного отверстия 14 (см. фиг. 3). В качестве материала с небольшой теплопроводностью можно применять, например, керамику или пластмассу.

Для достижения небольшого переноса тепла между высокотемпературной зоной дроссельной заслонки и чувствительным к температуре серводвигателем предусмотрен, как показано на фиг. 1 и 2, U-образный держатель 3, который открыт с трех сторон. Кроме того, сам выполненный U-образным держатель способствует тому, что между дроссельной заслонкой 1 и серводвигателем 2 передается возможно меньше тепла через материал держателя. А именно открытое выполнение держателя 3 приводит также к тому, что сам держатель 3 может отдавать тепло в окружение, и тем самым у серводвигателя 2 возникает лишь небольшая тепловая нагрузка.

Оба удерживающих уголка 7, 8 могут быть снабжены каждый для повышения стабильности всего держателя 3 дополнительными, изображенными здесь прерывистыми линиями боковыми уголками 19, 20, которые, однако, не могут полностью закрывать пространство, в котором лежит соединительный элемент 4, с целью предотвращения отрицательного влияния на отвод тепла в окружающий воздух.

Удерживающие уголки 7, 8 свинчены друг с другом на соответствующем плече, в то время как другие плечи 21, 22 свинчены с дроссельной заслонкой 1 и с серводвигателем 2. Эти плечи 21, 22 могут иметь систему крепежных отверстий, как это показано на фиг. 5 для плеча 22 удерживающего уголка 8. На фиг. 5 крепежные отверстия 23 ориентированы по существу вдоль диагоналей плеча 22 и выполнены в виде удлиненных отверстий, ширина которых увеличивается с увеличением радиального расстояния от среднего сквозного отверстия 24. Таким образом, плечо 22 пригодно для крепления серводвигателей с различно большим соединительным фланцем, если крепежные точки соответствующего серводвигателя позиционированы соответствующим образом.

На фиг. 5 сквозное отверстие 24 выполнено сравнительно небольшим, так что через это отверстие обеспечивается возможность прохождения по существу вала 6, показанного на фиг. 1, и 2 серводвигателя 2. Однако сквозное отверстие 24 может быть также выбрано, как показано на фиг. 1 и 2, настолько большим, что через сквозное отверстие 24 можно вводить соединительный элемент 4 для целей монтажа.

На фиг. 6 показан не принадлежащий изобретению вариант выполнения держателя 33 для крепления серводвигателя 2 в зоне дроссельной заслонки 1, при этом на фиг. 6а показана принципиальная схема, а на фиг. 6b показан в качестве примера соответствующий вариант выполнения в изометрической проекции. Изображенный здесь держатель 33 имеет опорную пластину 25, которая с помощью распорных втулок 26, соответственно, через них свинчена с корпусом дроссельной заслонки (винтами 26а на фиг. 6b). При имеющей форму прямоугольника, соответственно квадрата, опорной пластине 25 в угловых зонах, как схематично показано на фиг. 6b, могут быть расположены распорные втулки 26, так что в целом образуется открытое приемное пространство 27 для соединительного элемента 4, которое обеспечивает очень хорошую отдачу тепла с соединительного элемента 4 в окружающий воздух.

Кроме того, происходит лишь небольшой перенос тепла через распорные втулки 26 к опорной пластине 25 и тем самым к серводвигателю 2. Такая конструкция с несколькими расположенными в угловых зонах распорными втулками 26 является в целом относительно стабильной, в частности, также в отношении возникающих в этой зоне собственных частот.

Кроме того, как показано на фиг. 6b, опорная пластина 25 образует здесь, аналогично удерживающему уголку 8 в предшествующем варианте выполнения, удерживающий элемент держателя 33, в котором крепежные отверстия 23 для входящих в них крепежных винтов 2а выполнены снова в виде отверстий, соответственно в виде прорезей.

На фиг. 7 показано вместо имеющего форму втулки соединительного элемента соединение между двумя расположенными здесь со смещением относительно друг друга валами 5, 6 с помощью системы 28 рычагов, которая состоит из двух исполнительных рычагов 29, 30 и одного соединительного рычага 31. Вал 6 представляет здесь снова приводной вал серводвигателя 2, который при вращательном движении в соответствии с направлением стрелки 32 вызывает через систему 28 рычагов вращение вала 5 дроссельной заслонки в направлении стрелки 34. Пружинный элемент 35, который воздействует на исполнительный рычаг 29 вала 5 в качестве пружины растяжения, прикладывает к валу 5 через исполнительный рычаг 29 возвратную силу, когда серводвигатель 2 вращает свой вал 6 в соответствии с направлением стрелки 32.

Система 28 рычагов может состоять из материала с небольшой теплопроводностью. Даже при выполнении из металла системы 28 рычагов получается выполнение соединительного элемента, который допускает лишь небольшой перенос тепла через механически соединенные друг с другом части.

Реферат

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Устройство для управления дроссельной заслонкой (1) с помощью серводвигателя (2) содержит по меньшей мере одно приспособление для термической развязки, расположенное между дроссельной заслонкой (1) и серводвигателем (2). Вал серводвигателя (2) через соединительный элемент (4), передающий крутящий момент, соединен с валом дроссельной заслонки (1). Соединительный элемент (4) имеет заданную теплопроводность. Серводвигатель (2) закреплен на держателе (3) на расстоянии от дроссельной заслонки (1). Держатель (3) из двух свинченных друг с другом удерживающих уголков (7), (8) образует U-образную опору для двигателя, которая соединена одним плечом (21) с дроссельной заслонкой (1), а другим плечом (22) соединена с серводвигателем (2). Предусмотрена возможность регулирования расстояния между обоими плечами (21), (22) внутри задаваемых диапазонов регулирования. Раскрыт двигатель внутреннего сгорания. Технический результат заключается в обеспечении оптимального отвода тепла в промежуточном пространстве между дроссельной заслонкой и серводвигателем и упрощении конструкции. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 8 ил.

Формула