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Dokumentenidentifikation DE602004001693T2 04.10.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001450020
Titel Vorrichtung zur Steuerung einer Leitschaufel eines Turboladers mit verstellbaren Leitschaufeln
Anmelder Jidosha Denki Kogyo Co., Ltd., Yokohama, JP
Erfinder Ando, Yoshiyuki, Yokohama-shi Kanagawa 245-8510, JP;
Arao, Takumi, Yokohama-shi Kanagawa 245-8510, JP;
Sekine, Takaaki, Yokohama-shi Kanagawa 245-8510, JP;
Saito, Haruo, Yokohama-shi Kanagawa 245-8510, JP
Vertreter PAe Reinhard, Skuhra, Weise & Partner GbR, 80801 München
DE-Aktenzeichen 602004001693
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 20.02.2004
EP-Aktenzeichen 040039356
EP-Offenlegungsdatum 25.08.2004
EP date of grant 02.08.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.10.2007
IPC-Hauptklasse F02B 37/24(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse H02K 11/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Anmeldung beruht auf der japanischen Patentanmeldung 2003-42 583, deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Antriebssteuerung einer Düsen-Leitschaufel eines Turboladers mit verstellbarer Düse, der bei einem Dieselmotor für beispielsweise einen PKW zu verwenden ist.

2. Stand der Technik

Beispielsweise ist ein Schrittschaltmotor als Stellorgan zum Ausführen eines Antriebsvorgangs zum Öffnen und Schließen einer Düsen-Leitschaufel eines Turboladers mit verstellbarer Düse verwendet worden (siehe beispielsweise JP-A-2001-107 738, Seiten 4 und 5, 1). Ein Betätigungsteil, das mit dem Schrittschaltmotor gekoppelt ist, wird so betätigt, dass eine Spindel in Umdrehung versetzt wird, um jede der Düsen-Leitschaufeln einer verstellbaren Düse über einen Verbindungsmechanismus zu öffnen oder zu schließen. Weiter wird der Antriebsvorgang des Schrittschaltmotors entsprechend der Arbeitssituation des Motors mittels einer elektronischen Steuereinheit (ECU) gesteuert, und wird die Strömungsgeschwindigkeit des auf das Turbinenrad zu spritzenden Abgases geregelt.

Bei dem herkömmlichen Turbolader mit verstellbarer Düse sind jedoch ein Stellorgan zum Öffnen und Schließen jeder der Düsen-Leitschaufeln der verstellbaren Düse und eine elektronische Steuereinheit zum Steuern des Antriebsvorgangs des Stellorgans in Abhängigkeit von der Arbeitssituation des Motors separat am Turbolader angebracht. Daher ist ein großer Anbringungsraum unverzichtbar. Entsprechend ist die Größe des Turboladers in seiner Gesamtheit vergrößert, und ist das Gewicht erhöht. Weiter muss ein Kabel zum elektrischen Verbinden des Stellorgans und der elektronischen Steuereinheit unter den schlechten Bedingungen einer sehr warmen Umgebung vorgesehen werden. Daher ist es schwierig, die Haltbarkeit und das Ansprechvermögen stets aufrechtzuerhalten.

Das Dokument JP-A 2002/349 641 beschreibt ein Stellorgan, das mit einer Basis, mit einem Motor mit einem Motorgehäuse, das mit der Basis als eine Einheit ausgebildet ist, mit Drehzapfen, die nebeneinander in derselben Ebene der Motorwelle des Motors angeordnet und an der Basis befestigt sind, wobei die Ausgangswelle in derselben Ebene der Drehzapfen angeordnet und an der Basis drehbar gelagert ist, mit einem mit der Motorwelle des Motors gekoppelten Ritzelgetriebe, mit Untersetzungszahnrädern, die in dem Ritzelgetriebe eingesetzt und gelagert sind, um eine Umlaufbewegung an den Drehzapfen zu gestatten, und mit einem Zahnsegmentteil ausgestattet ist, das an der Ausgangswelle befestigt ist und mit den Untersetzungszahnrädern im Eingriff steht.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung ist geschaffen worden, um die Probleme zu lösen, und es ist ihre Aufgabe, eine Vorrichtung zur Antriebssteuerung einer Düsen-Leitschaufel eines Turboladers mit verstellbarer Düse zu schaffen, die ein Stellorgan und eine elektronische Steuereinheit miteinander integrieren kann, um Annbringungsraum einzusparen und die Größe und das Gewicht herabzusetzen, und die des Weiteren die Haltbarkeit und das Ansprechvermögen verbessern kann.

Ein erster Aspekt der Erfindung ist auf eine Vorrichtung zur Antriebssteuerung einer Düsen-Leitschaufel eines Turboladers mit verstellbarer Düse gerichtet, mit einem Stellorgan zum Ausführen eines Antriebsvorganges zum Öffnen und Schließen einer Düsen-Leitschaufel einer verstellbaren Düse und mit einer elektronischen Steuereinheit zum Steuern des Öffnungsgrads der Düsen-Leitschaufel, der durch das Stellorgan erzielt wird, wobei das Stellorgan gebildet ist durch eine Basis mit einem Motorgehäuseabschnitt, durch einen Motor, der in dem Motorgehäuseabschnitt unterzubringen ist, durch ein Ritzel, welches an der Basis vorgesehen und mit der Motorwelle des Motors gekoppelt ist, durch eine Ausgangswelle mit einem Zahnsegmentteil, das an der Basis drehbar gelagert ist und mit dem Ritzel über eine Vielzahl von Untersetzungszahnrädern im Eingriff steht, durch einen Ausgangsarm, der am oberen Teil der Ausgangswelle befestigt und mit der Düsen-Leitschaufel verbunden ist, und durch eine Stellorganabdeckung zum Abdecken des Ritzels und der Untersetzungszahnräder und wobei die elektronische Steuereinheit gebildet ist durch ein Einheitsgehäuse, das abnehmbar am unteren Ende der Basis befestigt ist, durch mindestens zwei Steuerplatinen, die im Einheitsgehäuse aufgenommen sind, durch einen Positionssensor, der zur oberen Steuerplatine gegenüberliegend am unteren Teil der Ausgangswelle befestigt ist und dazu dient, die Drehposition der Ausgangswelle festzustellen, durch ein Verbindungselement mit einem Anschluss, das in dem Einheitsgehäuse aufgenommen ist und den Motor mit jeder der Steuerplatinen verbindet, und durch eine Einheitsabdeckung zum Abdecken des Einheitsgehäuses; wobei die Stellorganabdeckung, die Basis, das Einheitsgehäuse und die Einheitsabdeckung über Befestigungselemente abnehmbar befestigt und somit miteinander integriert sind.

Bei der Vorrichtung zur Antriebssteuerung einer Düsen-Leitschaufel eines Turboladers mit verstellbarer Düse sind das Stellorgan und die elektronische Steuereinheit miteinander integriert. Folglich kann Anbringungsraum eingespart werden, und können die Größe und das Gewicht verringert werden, und können weiter die Haltbarkeit und das Ansprechvermögen verbessert werden.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung ist auf eine Vorrichtung zur Antriebssteuerung einer Düsen-Leitschaufel eines Turboladers mit verstellbarer Düse gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung gerichtet, wobei ein bürstenloser Motor als Motor verwendet wird.

Bei der Vorrichtung zur Antriebssteuerung einer Düsen-Leitschaufel eines Turboladers mit verstellbarer Düse wird der bürstenlose Motor als Motor verwendet. Folglich kann die Standzeit des Stellorgans verlängert werden, und kann ferner die Haltbarkeit noch weiter verbessert werden.

Ein dritter Aspekt der Erfindung ist auf eine Vorrichtung zur Antriebssteuerung einer Düsen-Leitschaufel eines Turboladers mit verstellbarer Düse gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt der Erfindung gerichtet, wobei zwei Steuerplatinen einander gegenüberliegend in zwei Stufen mit einer in vertikaler Richtung dazwischen angeordneten Trennwand im Einheitsgehäuse vorgesehen sind, eine Vielzahl von Chipbauteilen an der oberen Steuerplatine angebracht ist und eine Vielzahl von elektronischen Chipbauteilen, die Wärme erzeugende Bauteile sind, an der unteren Steuerplatine angebracht ist.

Bei der Vorrichtung zur Antriebssteuerung einer Düsen-Leitschaufel eines Turboladers mit verstellbarer Düse sind zwei Steuerplatinen einander gegenüberliegend in zwei Stufen mit einer in vertikaler Richtung dazwischen angeordneten Trennwand im Einheitsgehäuse vorgesehen. Folglich kann das an der unteren Steuerplatine angebrachte Wärme erzeugende Bauteil infolge der Trennwand wirksam Wärme erzeugen, und kann weiter behindert werden, dass Wärme von dem Wärme erzeugenden Bauteil an das elektronische Chipbauteil übertragen wird, das an der oberen Steuerplatine angebracht ist.

Ein vierter Aspekt der Erfindung ist auf eine Vorrichtung zur Antriebssteuerung einer Düsen-Leitschaufel eines Turboladers mit verstellbarer Düse gemäß einem Aspekt von erstem bis drittem Aspekt der Erfindung gerichtet, wobei der Positionssensor zum Feststellen der Position der Ausgangswelle ein kontaktloser Sensor ist.

Ein fünfter Aspekt der Erfindung ist auf eine Vorrichtung zur Antriebssteuerung einer Düsen-Leitschaufel eines Turboladers mit verstellbarer Düse gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung gerichtet, wobei der Positionssensor aus einem am unteren Teil der Ausgangswelle mittels eines Halters befestigten Magnet und aus einem Magnetwiderstandselement besteht, das an derjenigen Fläche der oberen Steuerplatine, die dem Magnet gegenüber liegt, angebracht ist und zum Feststellen der Richtung des Magnetfeldes des Magnets dient.

Bei der Vorrichtung zur Antriebssteuerung einer Düsen-Leitschaufel eines Turboladers mit verstellbarer Düse gemäß dem vierten oder fünften Aspekt der Erfindung ist zusätzlich zu den Funktionen und Vorteilen gemäß einem Aspekt von erstem bis drittem Aspekt der Erfindung der Positionssensor zum Feststellen der Position der Ausgangswelle ein kontaktloser Sensor. Folglich ist es möglich, die Abriebbeständigkeit eines den Positionssensor bildenden Bauteils zu verbessern.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist ein Schnitt mit der Darstellung einer Vorrichtung zur Antriebssteuerung einer Düsen-Leitschaufel eines Turboladers mit verstellbarer Düse gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

2 ist eine perspektivische Ansicht mit der Darstellung eines Zustandes, bei dem die Stellorganabdeckung eines Stellorgans abgenommen ist, das Teil einer Vorrichtung zur Antriebssteuerung einer Düsen-Leitschaufel bildet;

3 ist bei Betrachtung von der Rückseite eine perspektivische Ansicht mit der Darstellung eines Stellorgans, dessen Stellorganabdeckung abgenommen ist;

4 ist eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht mit der Darstellung einer elektronischen Steuereinheit, die Teil der Vorrichtung zur Antriebssteuerung einer Düsen-Leitschaufel bildet;

5 ist bei Betrachtung von der Rückseite eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht mit der Darstellung einer elektronischen Steuereinheit;

6 ist eine Draufsicht zur Erklärung der Bewegung des Ausgangsarms des Stellorgans; und

7 ist eine typische Ansicht mit der Darstellung des Turboladers mit verstellbarer Düse.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

1 ist ein Schnitt mit der Darstellung einer Vorrichtung zur Antriebssteuerung einer Düsen-Leitschaufel eines Turboladers mit verstellbarer Düse gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, 2 ist eine perspektivische Ansicht mit der Darstellung eines Zustandes, bei dem die Stellorganabdeckung eines Stellorgans abgenommen ist, das Teil einer Vorrichtung zur Antriebssteuerung einer Düsen-Leitschaufel bildet; 3 ist bei Betrachtung von der Rückseite eine perspektivische Ansicht mit der Darstellung des Stellorgans, 4 ist eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht mit der Darstellung einer elektronischen Steuereinheit, die Teil der Vorrichtung zur Antriebssteuerung einer Düsen-Leitschaufel bildet, 5 ist bei Betrachtung von der Rückseite eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht mit der Darstellung einer elektronischen Steuereinheit, 6 ist eine Draufsicht zur Erklärung der Bewegung eines Schwenkarms des Stellorgans und 7 ist eine typische Ansicht mit der Darstellung des Turboladers mit verstellbarer Düse.

Wie in 7 dargestellt ist, besitzt ein Turbolader 1 mit verstellbarer Düse ein Kompressorrad 4 zum Zuführen von Luft A zu einem Dieselmotor 3, der stromabwärts eines Lufteinlasswegs 2 vorgesehen ist, ein Turbinenrad 7, das durch Aufspritzen von Abgas 6, das durch einen Abgasweg 5 hindurch tritt, in Umlauf zu versetzen ist, und eine Rotorwelle 8 zur gegenseitigen drehbaren Kopplung der Räder 4 und 7. Die Strömungsgeschwindigkeit des auf das Turbinenrad 7 gespritzten Abgases 6 wird durch Steuern des Öffnungs- und des Schließvorgangs jeder der Düsen-Leitschaufeln 9einer verstellbaren Düse mittels der Vorrichtung zur Antriebssteuerung einer Düsen-Leitschaufel geregelt.

Wie in 1 dargestellt ist, ist die Vorrichtung 10 zur Antriebssteuerung einer Düsen-Leitschaufel durch Integrieren eines Stellorgans 11 zum Ausführen eines Antriebsvorgangs zum Öffnen und Schließen jeder der Düsen-Leitschaufeln 9 mit einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 40 zum Steuern des Öffnungsgrads der Düsen-Leitschaufel 9 gebildet, der mittels des Stellorgans 11 erhalten wird und der die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases 6 regelt, das auf das Turbinenrad 7 zu spritzen ist.

Wie in 1 bis 3 und 6 dargestellt ist, besteht das Stellorgan 11 im Allgemeinen aus einer Basis 12 mit einem einstückig vorgesehenen Motorgehäuseabschnitt 12c, aus einem bürstenlosen Motor (Motor) 30, der in dem Motorgehäuseabschnitt 12c unterzubringen ist, aus einem Ritzel 13, das an der Basis 12 vorgesehen und mit der Motorwelle 31 des bürstenlosen Motors 30 gekoppelt ist, aus einer Ausgangswelle 20 mit einem Zahnsegment 21b, das an der Basis 12 drehbar gelagert ist und mit dem Ritzel 13 über ein erstes, ein zweites und ein drittes Untersetzungszahnrad 14, 15 und 16 im Eingriff steht, und aus einem Ausgangsarm 22, der am oberen Bereich 20b der Ausgangswelle 20 befestigt ist und mit der Düsen-Leitschaufel 9 über eine Stange 23 und einen Verbindungsarm 24 in Verbindung steht, und aus einer Stellorganabdeckung 25, die durch Gesenkgießen einer Aluminiumlegierung hergestellt ist und die das Ritzel 13 und das erste, das zweite und das dritte Untersetzungszahnrad 14, 15 und 16 abdeckt.

Wie in 1 bis 3 dargestellt ist, ist die Basis 12 derart kastenförmig gestaltet, dass sie eine untere Oberfläche, die durch eine Umfangswand 12a umgeben offen ist, und eine obere Wand 12b aufweist, und der zylindrische Motorgehäuseabschnitt 12c steht integral an einer Endseite vom Zentrum an der unteren Oberfläche der oberen Wand 12b vor. Weiter stehen ein erster, ein zweiter und ein dritter zylindrischer Abschnitt 12d, 12e und 12f integral von der oberen Oberfläche der oberen Wand 12b der Basis 12 vor, und steht ein vierter zylindrischer Abschnitt 12g integral an der anderen Endseite vom Zentrum an der unteren Oberfläche der oberen Wand 12b vor. Des Weiteren ist die Stellorganabdeckung 25 derart kastenförmig gestaltet, dass sie eine untere Oberfläche, die durch eine Umfangswand 25a umgeben offen ist, und eine obere Wand 25b aufweist, und ein erster, ein zweiter, ein dritter und ein vierter zylindrischer Abschnitt 25d, 25e, 25f und 25g stehen integral an denjenigen Positionen der oberen Wand 25b vor, die dem ersten, dem zweiten, dem dritten und dem vierten zylindrischen Abschnitt 12d, 12e, 12f und 12g der Basis 12 gegenüber liegen.

Wie in 1 dargestellt ist, sind der obere und der untere Abschnitt 17a und 17b einer ersten Spindel 17 in den ersten zylindrischen Abschnitt 12d der Basis 12 und den ersten zylindrischen Abschnitt 25d der Stellorganabdeckung 25 eingesetzt und dort fixiert. Das erste Untersetzungszahnrad 14 durch die erste Spindel 17 durchdrungen und drehbar gelagert. Das erste Untersetzungszahnrad 14 weist einen Zahnabschnitt 14a mit großem Durchmesser und einen Zahnabschnitt 14b mit kleinem Durchmesser auf, die einstückig ausgebildet sind, und der Zahnabschnitt 14a mit großem Durchmesser steht mit dem metallischen Ritzel 13 im Eingriff, das an der Motorwelle 31 befestigt ist.

Weiter ist der obere Bereich 18a einer zweiten Spindel 18in den zweiten zylindrischen Abschnitt 25e der Stellorganabdeckung 25 eingesetzt und dort fixiert. Das zweite Untersetzungszahnrad 14 ist durch die zweite Spindel 18 durchdrungen und am Herausrutschen gehindert und drehbar daran gelagert. Das zweite Untersetzungszahnrad 15 weist einen Zahnabschnitt 15a mit großem Durchmesser und einen Zahnabschnitt 15b mit kleinem Durchmesser auf, die einstückig ausgebildet sind, und der Zahnabschnitt 15a mit großem Durchmesser steht mit dem Zahnabschnitt 14b mit kleinem Durchmesser des ersten Untersetzungszahnrads 14 im Eingriff.

Ferner sind der obere und der untere Bereich 19a und 19b einer dritten Spindel 19 in dem dritten zylindrischen Abschnitt 12f der Basis 12 und dem dritten zylindrischen Abschnitt 25f der Stellorganabdeckung 25 eingesetzt und dort fixiert. Das dritte Untersetzungszahnrad 16 ist durch die dritte Spindel 19 durchdrungen und drehbar daran gelagert. Das dritte Untersetzungszahnrad 16 besteht aus einem Zahnrad 16a mit kleinem Durchmesser und einem Zahnrad 16d mit großem Durchmesser, die drehbar am Außenumfang eines zylindrischen Abschnitt 16b des Zahnrad 16a mit kleinem Durchmesser über eine Vielzahl von Dämpferelementen 16c gelagert sind, und ist am Herausrutschen aus dem zylindrischen Abschnitt 16b gehindert.

Das Zahnrad 16a mit kleinem Durchmesser des dritten Untersetzungszahnrads 16 steht mit dem Zahnsegmentteil 21 im Eingriff, das an der Ausgangswelle 20 befestigt ist, und weiter steht das Zahnrad 16d mit großem Durchmesser mit dem Zahnabschnitt 15b mit kleinem Durchmesser des zweiten Untersetzungszahnrads 15 im Eingriff. Weiterhin haben die Dämpferelemente 16c, die zwischen dem Zahnrad 16a mit kleinem Durchmesser und dem Zahnrad 16d mit großem Durchmesser vorgesehen sind, die Funktion, elastisch deformiert zu werden, um einen vom Zahnsegmentteil 21 an das dritte Untersetzungszahnrad 16 über das Zahnrad 16a mit kleinem Durchmesser zur Einwirkung gebrachten starken Stoß zu absorbieren und zu verhindern, dass eine starke plötzliche Kraft an das zweite Untersetzungszahnrad 15 übertragen wird. Ein Untersetzungsgetriebe H zur Untersetzung der Umlaufbewegung des Ritzels 13 der Motorwelle 31 und zur Übertragung dieser Umlaufbewegung an das Zahnsegmentteil 21 besteht aus dem ersten, dem zweiten und dem dritten Untersetzungszahnrad 14, 15 und 16.

Des Weiteren sind der obere und der untere Abschnitt der Ausgangswelle 20 über ein Paar Lager 26a und 26b in dem vierten zylindrischen Abschnitt 12g der Basis 12 und dem vierten zylindrischen Abschnitt 25g der Stellorganabdeckung 28 drehbar gelagert. Ein zylindrischer Abschnitt 21a des Zahnsegmentteils 21 ist in einen Kerbverzahnungsabschnitt 20c eingesetzt und dort fixiert, der am Zentrum der Ausgangswelle 20 ausgebildet ist. Ein Zahnsegment 21b, das einstückig von dem Zentrum des zylindrischen Abschnitts 21a des Zahnsegmentteils 21 aus vorsteht, steht mit dem Zahnrad 16a mit kleinem Durchmesser des dritten Untersetzungszahnrads 16 im Eingriff. Des Weiteren ist ein Kerbverzahnungsabschnitt 20b, der am oberen Abschnitt der Ausgangswelle 20 vorgesehen ist, außenseitig des vierten zylindrischen Abschnitts 25g der Stellorganabdeckung 25 freigelegt, und ist der Ausgangsarm 22 am Kerbverzahnungsabschnitt 20b eingesetzt. Der Ausgangsarm 22 ist am Kerbverzahnungsabschnitt 20b mit einer Mutter 27 befestigt und dort fixiert, die auf einen am oberen Ende 20a der Ausgangswelle 20 ausgebildeten Gewindeabschnitt aufgeschraubt ist.

Weiterhin ist eine Rückstellfeder 28 zur stetigen Einwirkung auf den Ausgangsarm 22 in einer vorbestimmten Richtung am Außenumfang des vierten zylindrischen Abschnitts 25g der Stellorganabdeckung 25 über einen Isolator 29 befestigt. Ein Ende 28a der Rückstellfeder 28 steht mit dem Ausgangsarm 22 im Eingriff, und das andere Ende 28b steht mit der Stellorganabdeckung 25 im Eingriff.

Wie in 1 und 3 dargestellt ist, ist der bürstenlose Motor 30 ein Gleichstrommotor, und weist dieser eine Motorwelle 31, einen Rotor 32, der durch einen Magnet gebildet ist, der an der Motorwelle 31 befestigt ist, und einen Stator 33 auf, der durch Aufwickeln einer Spule darauf gebildet ist und dazu dient, den Rotor 32 umlaufen zu lassen. Der Spulenabschnitt des Stators 33 ist mit einem Harz P abgedichtet. Der Abdichtungsabschnitt des Harzes P befindet sich zwischen einer oberen Abdeckung 34a und einer unteren Abdeckung 34b sowie zwischen der oberen Abdeckung 34a und einem Platinenhalter 35 zu deren Integrierung. Somit ist der Abdichtungsabschnitt des Harzes P am Motorgehäuseabschnitt 12c der Basis 12 mittels einer Schraube (eines Befestigungselements) 39 befestigt und fixiert.

Wie in 1 dargestellt ist, ist die Motorwelle 31 in einem Lager 34d drehbar gelagert, das in jedem zylindrischen Abschnitt 34c des Zentrums des Paars der oberen und der unteren Abdeckung 34a und 34b vorgesehen ist, und ist der Endabschnitt 31a außenseitig des zweiten zylindrischen Abschnitts 12e der Basis 12 freigelegt. Das Ritzel 13 ist im Endabschnitt 31a der Motorwelle 31 eingesetzt und dort fixiert. Des Weiteren ist eine Schaltkreisplatine 36 in dem Platinenhalter 35 gehalten. Die Schaltkreisplatine 36 ist durch den unteren Abschnitt der Motorwelle 31 durchdrungen und liegt einem Magnet 37a für einen Sensor gegenüber, der unterhalb des Rotors 32 in einem vorbestimmten Abstand vorgesehen ist. Drei Hallelemente 37b sind an der Schaltkreisplatine 36 gegenüber dem Magnet 37a für einen Sensor befestigt. Ein Positionssensor 37 zum Feststellen der Drehposition der Motorwelle 31 besteht aus dem Magnet 37a und dem Hallelement 37b. Insbesondere stellt das Hallelement 37b die Richtung des Magnetfeldes des Magnets 37a fest, um eine Information bezüglich des Drehwinkels der Motorwelle 31 an eine CPU 46 einer Steuerplatine 42 zu übertragen, die weiter unten beschrieben wird. Des Weiteren sind der Stator 33 und die Schaltkreisplatine 36 mit einer Vielzahl von Aufnahmeanschlüssen 38a eines Verbinders 38 über Verlötungen 38b verbunden.

Wie in 1, 4 und 5 dargestellt ist, besteht eine elektronische Steuereinheit 40 im Allgemeinen aus einem Gehäuse der Einheit bzw. Einheitsgehäuse 41 mit H-förmigem Querschnitt, das am unteren Ende der Basis 12 entfernbar befestigt und im Wege des Druckgießens einer Aluminiumlegierung hergestellt ist, aus zwei Steuerplatinen 42 und 43, die einander gegenüberliegend in zwei Stufen in vertikaler Richtung vorgesehen sind, wobei dazwischen eine Trennwand 41b im Zentrum in axialer Richtung des Einheitsgehäuse 41 angeordnet ist, aus einem Positionssensor 44, der an der oberen Steuerplatine 42 und am unteren Abschnitt 20a der Ausgangswelle 20 befestigt ist und zum Feststellen der Drehposition der Ausgangswelle 20 dient, aus einem Verbinder 49 mit einer Vielzahl von Anschlüssen 48 zum Herstellen einer Verbindung mit dem bürstenlosen Motor 30 und den beiden Steuerplatinen 42 und 43, und aus einer Abdeckung der Einheit bzw. Einheitsabdeckung 50, die durch eine Eisenplatte gebildet ist und zum Abdecken der unteren Steuerplatine 43 und des Verbinders 49 dient.

Eine Vielzahl von elektronischen Chipbauteilen 45a, die einen Steuerschaltkreis bilden, und ein Magnetwiderstandselement (MR-Element) 44c des Positionssensors 44 sind an der Oberfläche der oberen Steuerplatine 42 angebracht. Der Positionssensor 44 besteht aus einem Magnet 44a, der die Gestalt einer rechteckigen Platte besitzt, die am unteren Abschnitt 20d der Ausgangswelle 20 über einen Halter 44b befestigt ist, der aus einem Harz gebildet ist, und aus dem Magnetwiderstandselement 44c, das an derjenigen Oberfläche der oberen Steuerplatine 42 angebracht ist, die dem Magnet 44a gegenüberliegt. Im Besonderen stellt das Magnetwiderstandselement 44c die Richtung des Magnetfeldes des Magnets 44a fest, um eine Information betreffend den Drehwinkel der Ausgangswelle 20 an die CPU (zentrale Verarbeitungseinheit) 46 zu übertragen, die an der Rückseite der oberen Steuerplatine 42 angebracht ist.

Des Weiteren sind eine Vielzahl von elektronischen Chipbauteilen 45b und zwei Kondensatoren 47a und 47b und ein Induktor 47c, die einen Steuerkreis bilden, an der Rückseite der unteren Steuerplatine 43 angebracht. Jedes elektronische Bauteil 45a der oberen Steuerplatine 42 und jedes elektronische Bauteil 45b der unteren Steuerplatine 43 ist mit den Anschlüssen 48 des Verbinders 49 über Kabelverbindungen 48a und 48b verbunden.

Die Einheitsabdeckung 50 ist kastenförmig gestaltet, wobei die obere Flächenseite der Eisenplatte offen ist, um die elektronischen Chipbauteile 45b, die Wärme erzeugende Bauteile sind, die an der unteren Steuerplatine 43 angebracht sind, und die Kondensatoren 47a und 47b und den Induktor 47c abzudecken, und besitzt die Funktionen der Abdichtung gegen Wasser und Staub gegenüber dem Äußeren. Des Weiteren steht ein zylindrischer Abschnitt 50a zum Einsetzen eines Halters 52, der dazu dient, den Kabelbaum 51 des Verbinders 49 zu halten, in einer Position an der Einheitsabdeckung 50, die dem Verbinder 49 gegenüberliegt, integral vor, und des Weiteren ist ein Paar Haltestücke 53 zum Halten des Kabelbaums 51 fast am Zentrum der Rückseite der Einheitsabdeckung 50 befestigt.

Des Weiteren ist ein rundes Schraubeneinsetzloch 50c zum durchgehenden Einsetzen einer langen Schraube (eines Befestigungselements) 54 in den vier Eckbereichen der Einheitsabdeckung 50 ausgebildet. Ein rundes Schraubeneinsetzloch 41c ist auch in der Umfangswand 41a des Einheitsgehäuses 41 dem Schraubeneinsetzloch 50c gegenüberliegend ausgebildet, und weiter ist ein rundes Schraubeneinsetzloch 12h in der Umfangswand 12a der Basis 12 dem Schraubeneinsetzloch 41c gegenüberliegend ausgebildet. Weiterhin ist ein rundes Schraubenloch 25h in der Umfangswand 25a der Stellorganabdeckung 25 ausgebildet, das dem Schraubeneinsetzloch 12h gegenüberliegt. Die Einheitsabdeckung 50, der Einheitskörper 41, die Basis 12 und die Stellorganabdeckung 25 sind über die Schraubeneinsetzlöcher 41c und 12h vom Schraubeneinsetzloch 50c der Einheitsabdeckung 50 aus eingesetzt bzw. zusammengefügt und mit der Schraube 54, die im Schraubenloch 25h der Stellorganabdeckung 25 befestigt und fixiert ist, entfernbar befestigt und somit miteinander integriert.

Ein ringnutförmiger, konkaver Abschnitt 41d ist am Zentrum der unteren Fläche der Umfangswand 41a des Einheitsgehäuses 41 ausgebildet, und eine ringförmige Gummipackung 55 ist in dem konkaven Abschnitt 41d zum Abdichten eingesetzt. Des Weiteren sind ringnutförmige, konkave Abschnitte 12i und 12j im Zentrum der oberen bzw. der unteren Fläche der Umfangswand 12a der Basis 12 ausgebildet, und sind ringförmige Gummipackungen 56 und 57 in den konkaven Abschnitten 12i bzw. 12j zum Abdichten eingesetzt. Ferner ist eine Vielzahl von Schraubenlöchern 41e zum entfernbaren Befestigten der Vorrichtung 10 zur Antriebssteuerung einer Düsen-Leitschaufel am Turbolader 1 mit verstellbarer Düse an der Umfangswand 41a des Einheitsgehäuses 41 über eine Klammer und eine Schraube, nicht dargestellt sind, ausgebildet.

Entsprechend der Vorrichtung 10 zur Antriebssteuerung einer Düsen-Leitschaufel des Turboladers 1 mit verstellbarer Düse sind das Stellorgan 11 zum Ausführen eines Antriebsvorgangs zum Öffnen und Schließen der Düsen-Leitschaufel 9 der verstellbaren Düse und die elektronische Steuereinheit 40 zum Steuern des Öffnungsgrades der Düsen-Leitschaufel 9, der durch das Stellorgan 11 erzielt wird, und zum Regeln der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases 6, das auf das Turbinenrad 7 zu spritzen ist, mittels der Schraube 54 entfernbar befestigt und miteinander integriert. Eine solche Vorrichtung 10 zur Antriebssteuerung einer Düsen-Leitschaufel ist am Turbolader 1 mit verstellbarer Düse des herkömmlichen Dieselmotors 3 verschraubt und befestigt, und der Kabelbaum 51 der elektronischen Steuereinheit 40 ist mit einer nicht dargestellten Motor-Steuereinheit verbunden.

Der Endabschnitt des Ausgangsarms 22 des Stellorgans 11 ist mit dem Verbindungsarm 24 der Düsen-Leitschaufel 9 über die Stange 23 gekoppelt und am Dieselmotor 3 eines Fahrzeugs angebracht. Wenn das Abgas 6 des Dieselmotors 3 auf das Turbinenrad 7 des Turboladers 1 mit verstellbarer Düse in optimaler Richtung bei optimaler Geschwindigkeit, die von der Fahrsituation während des Fahrbetriebs des Fahrzeugs abhängen, gespritzt wird, wird folglich das Positionssignal der Düsen-Leitschaufel 9, das anvisiert wird, an die elektronische Steuereinheit 40 der Vorrichtung 10 zur Antriebssteuerung der Düsen-Leitschaufel mittels der Motor-Steuereinheit geführt, und wird ein Erregungsstrom dem Stator 33 des bürstenlosen Gleichstrommotors 30 zugeführt, so dass der Rotor 32 in Umlauf versetzt und die Ausgangswelle 20 durch die Umlaufbewegung des Ritzels 13 über den Untersetzungsgetriebemechanismus H in Umlauf versetzt wird. Folglich wird der Ausgangsarm 22 aus der Position A zu einer Position B, die in 6 dargestellt ist, gedreht, und wird der Verbindungsarm 24 aus einer Position C zu einer Position D gedreht, sodass der Winkel der Düsen-Leitschaufel 9 verändert wird. In diesem Fall werden die Drehpositionen der Motorwelle 31 und der Ausgangswelle 20 mittels der Positionssensoren 37 bzw. 44 festgestellt, und wird die zugehörige Feststellungsinformation an die CPU 46 der elektronischen Steuereinheit 40 bzw. der Motor-Steuereinheit übermittelt, und wird eine Steuerung ausgeführt, um einen ordnungsgemäßen Zustand in Abhängigkeit von der Fahrsituation des Fahrzeugs zu erreichen.

Daher sind das Stellorgan 11 zum Ausführen eines Antriebsvorgangs zum Öffnen und Schließen der Düsen-Leitschaufel 9 der verstellbaren Düse und die elektronische Steuereinheit 40 zum Steuern des Öffnungsgrades der Düsen-Leitschaufel 9, der durch das Stellorgan 11 erreicht wird, und zur Regelung der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases 6, das auf das Turbinenrad 7 gespritzt wird, mittels der Schraube 54 entfernbar befestigt und somit miteinander integriert. Folglich ist es möglich, Anbringungsraum für die Vorrichtung 10 zur Antriebssteuerung der Düsen-Leitschaufel am Turbolader 1 mit verstellbarer Düse einzusparen und die Größe und das Gewicht herabzusetzen und weiter die Haltbarkeit und das Ansprechvermögen zu verbessern.

Da der bürstenlose Gleichstrommotor 30 als Motor verwendet wird und er weiterhin keinem Abrieb der Bürsten wie bei einem Kommutatormotor unterliegt, kann er während einer langen Zeitspanne verwendet werden, und ist er leicht zu verwenden. Folglich ist es möglich, die Standzeit des Stellorgans 11 zu verlängern und die Haltbarkeit noch weiter zu verbessern.

Des Weiteren sind zwei Steuerplatinen 42 und 43 einander gegenüberliegend in zwei Stufen in vertikaler Richtung mit der dazwischen befindlichen Trennwand 41b am Zentrum in axialer Richtung des Einheitskörpers 41 vorgesehen. Folglich kann das Wärme erzeugende Bauteil 45b, das an der unteren Steuerplatine 43 angebracht ist, in Folge der Trennwand 41b wirksam Wärme erzeugen, und kann weiter die Übertragung der Wärme von dem Wärme erzeugenden Bauteil 45b an das elektronische Chipbauteil 45a, das an der oberen Steuerplatine 42 angebracht ist, wirksam behindert werden.

Ferner ist der Positionssensor 44 zum Feststellen der Position der Ausgangswelle 20 ein kontaktloser Sensor, der den Magnet 44a, der die Gestalt einer rechteckigen Platte aufweist und am unteren Abschnitt 20d der Ausgangswelle 20 über den aus einem Harz gebildeten Halter 44b befestigt ist, und das Magnetwiderstandselement (MR-Element) 44c aufweist, das an der Fläche der oberen Steuerplatine 42 dem Magnet 44a gegenüberliegend angebracht ist und zum Feststellen der Richtung des Magnetfeldes des Magnets 44a dient. Daher kann verhindert werden, dass der Magnet 44a und das Hallelement 44c, die den Positionssensor 44 bilden, verschlissen werden, sodass die Abriebbeständigkeit verbessert werden kann.

Während die Vorrichtung zur Antriebssteuerung einer Düsen-Leitschaufel als direkt am Turbolader mit verstellbarer Düse bei dem im Handel erhältlichen Dieselmotor befestigt bei der Ausführungsform beschrieben worden ist, ist es jedoch selbstverständlich, dass die Ausführungsform bei einem Turbolader mit verstellbarer Düse eines anderen Verbrennungsmotors, beispielsweise eines Otto-Motors, Anwendung finden kann.

Wie oben beschrieben sind gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung das Stellorgan zum Ausführen eines Antriebsvorgangs zum Öffnen und Schließen der Düsen-Leitschaufel einer verstellbaren Düse und die elektronische Steuereinheit zum Steuern des Öffnungsgrades der Düsen-Leitschaufel, der durch das Stellorgan erzielt wird, mittels des Befestigungselements entfernbar angebracht und somit miteinander integriert. Folglich ist es möglich, Anbringungsraum einzusparen und Größe und Gewicht herabzusetzen und weiter die Haltbarkeit und das Ansprechvermögen zu verbessern.

Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein bürstenloser Motor als Motor verwendet. Folglich ist es möglich, die Standzeit des Stellorgans zu verlängern und die Haltbarkeit noch weiter zu verbessern.

Gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung sind zwei Steuerplatinen einander gegenüberliegend in zwei Stufen in vertikaler Richtung mit der dazwischen angeordneten Trennwand am Zentrum in axialer Richtung des Einheitsgehäuses vorgesehen. Folglich kann das Wärme erzeugende Bauteil, das an der unteren Steuerplatine angebracht ist, in Folge der Trennwand wirksam Wärme erzeugen und kann weiter die Übertragung der Wärme von dem Wärme erzeugenden Bauteil an das elektronische Chipbauteil behindert werden, das an der oberen Steuerplatine angebracht ist.

Gemäß dem vierten oder fünften Aspekt der Erfindung ist der Positionssensor zum Feststellen der Position der Ausgangswelle ein kontaktloser Sensor. Folglich ist es möglich, die Abriebbeständigkeit des Bauteils, das den Positionssensor bildet, zu verbessern.


Anspruch[de]
Vorrichtung zur Antriebssteuerung einer Düsen-Leitschaufel eines Turboladers (1) mit verstellbarer Düse, mit:

(A) einem Stellorgan (11) zum Ausführen eines Antriebsvorgangs zum Öffnen und Schließen der Düsen-Leitschaufel (9) der verstellbaren Düse, wobei das Stellorgan (11) aufweist:

eine Basis (12) mit einem Motorgehäuseabschnitt (12c);

einen Motor (30) mit einer Motorwelle (31), welcher im Motorgehäuseabschnitt (12e) anzuordnen ist;

ein Ritzel (13), welches mit der Motorwelle (31) des Motors (30) gekoppelt ist;

eine Ausgangswelle (20) mit einem Zahnsegmentteil (21), welches drehbar an der Basis (12) gelagert ist und über Untersetzungszahnräder (14, 15, 16) mit dem Ritzel (13) gekoppelt ist;

einen Ausgangsarm (22), der am oberen Teil (20b) der Ausgangswelle (20) befestigt und mit der Düsen-Leitschaufel (9) verbunden ist; und

einer Stellorganabdeckung (25) zum Abdecken des Ritzels (13) und der Untersetzungszahnräder (14, 15, 16);

gekennzeichnet durch:

(B) eine elektronische Steuereinheit (40) zum Steuern des Öffnungsgrads der Düsen-Leitschaufel (9), der durch das Stellorgan (11) erzielt wird, wobei die elektronische Steuereinheit (40) umfasst:

ein Einheitsgehäuse (41), das an einem unteren Ende der Basis (12) abnehmbar befestigt ist;

eine Steuerplatine (42, 43), die im Einheitsgehäuse (41) aufgenommen ist;

einen Positionssensor (44), der gegenüber der Steuerplatine (42, 43) am unteren Teil der Ausgangswelle (20) befestigt ist und dazu dient, die Drehposition der Ausgangswelle (20) zu erfassen;

ein Verbindungselement (49) mit einem Anschluss (48), das im Einheitsgehäuse (41) aufgenommen ist und den Motor (30) mit der Steuerplatine (42, 43) verbindet,

eine Bauteilabdeckung (50) zum Abdecken des Einheitsgehäuses (41);

wobei die Stellorganabdeckung (25), die Basis (12), das Einheitsgehäuse (41) und die Einheitsabdeckung (50) mittels Befestigungselementen (54) abnehmbar befestigt und somit miteinander integriert sind.
Vorrichtung zur Antriebssteuerung einer Düsen-Leitschaufel eines Turboladers (1) mit verstellbarer Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein bürstenloser Motor (30) als Motor verwendet wird. Vorrichtung zur Antriebssteuerung einer Düsen-Leitschaufel eines Turboladers (1) mit verstellbarer Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine obere Steuerplatine (42) und eine untere Steuerplatine (43) einander gegenüberliegend vorgesehen sind, wobei dazwischen in axialer Richtung des Einheitsgehäuses (41) eine Trennwand (41b) des Einheitsgehäuses (41) angeordnet ist, und dass elektronische Chipbauteile (45b), die Wärme erzeugen, auf der unteren Steuerplatine (43) angeordnet sind. Vorrichtung zur Antriebssteuerung einer Düsen-Leitschaufel eines Turboladers (1) mit verstellbarer Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionssensor (44) zum Feststellen der Position der Ausgangswelle (20) als kontaktloser Sensor ausgebildet ist. Vorrichtung zur Antriebssteuerung einer Düsen-Leitschaufel eines Turboladers (1) mit verstellbarer Düse nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionssensor (44) einen Magnet, der über einen Halter (44b) am unteren Teil der Ausgangswelle (20) befestigt ist, und ein Magnetwiderstandselement (44c) aufweist, welches auf derjenigen Oberfläche der oberen Steuerplatine (42), die dem Magnet gegenüberliegt und zum Erfassen der Richtung des Magnetfeldes des Magnets dient, angebracht ist.






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