DE102014117987B4 - Valve device for an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Klappenvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Strömungsgehäuse (10), das einen Strömungskanal (12) begrenzt, einem Klappenkörper (14), der drehbar im Strömungskanal (12) angeordnet ist, einer Klappenwelle (16), auf der der Klappenkörper (14) befestigt ist, einem Aktor (18) mit einer Aktorausgangswelle (28), welche mit der Klappenwelle (16) auf einer gemeinsamen Drehachse (50) angeordnet und drehfest mit der Klappenwelle (16) gekoppelt ist, einem Aktorgehäuse (20), in dem der Aktor (18) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktorausgangswelle (28) und die Klappenwelle (16) abschnittsweise ineinander ragen, wobei axial innerhalb des ineinander ragenden Abschnitts (75) die Klappenwelle (16) und die Aktorausgangswelle (28) von einem Mitnehmer (76) radial umgeben sind, an dessen Innenumfang eine profilierte Mitnehmerfläche (78) ausgebildet ist, welche formschlüssig eine korrespondierend zur profilierten Mitnehmerfläche (78) am Außenumfang des ineinander ragenden Abschnitts (75) der Klappenwelle (16) und der Ausgangswelle (28) ausgebildete, profilierte Wellenabschnittsfläche (77) umgreift.A flapper device for an internal combustion engine having a flow housing (10) defining a flow channel (12), a flap body (14) rotatably disposed in the flow channel (12), a flap shaft (16) on which the flap body (14) is mounted an actuator (18) having an actuator output shaft (28) which is arranged with the flap shaft (16) on a common axis of rotation (50) and non-rotatably coupled to the flap shaft (16), an actuator housing (20) in which the actuator ( 18), characterized in that the actuator output shaft (28) and the flap shaft (16) project into each other in sections, wherein the flap shaft (16) and the actuator output shaft (28) axially within the protruding portion (75) of a driver (76 ) are radially surrounded, on the inner circumference of a profiled cam surface (78) is formed, which form-fitting a corresponding to the profiled cam surface (78) on the outer circumference of the ineinan the projecting portion (75) of the flap shaft (16) and the output shaft (28) formed profiled shaft portion surface (77) engages around.
Description
Die Erfindung betrifft eine Klappenvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Strömungsgehäuse, das einen Strömungskanal begrenzt, einem Klappenkörper, der drehbar im Strömungskanal angeordnet ist, einer Klappenwelle, auf der der Klappenkörper befestigt ist, einem Aktor mit einer Aktorausgangswelle, welche mit der Klappenwelle auf einer gemeinsamen Drehachse angeordnet und drehfest mit der Klappenwelle gekoppelt ist und einem Aktorgehäuse, in dem der Aktor angeordnet ist.The invention relates to a valve device for an internal combustion engine with a flow housing defining a flow channel, a valve body which is rotatably disposed in the flow channel, a valve shaft on which the valve body is mounted, an actuator having an actuator output shaft which is connected to the valve shaft on a common Rotary axis arranged and rotatably coupled to the valve shaft and an actuator housing in which the actuator is arranged.
Derartige Klappenvorrichtungen werden beispielsweise als Abgasstauklappen oder Abgasrückführventile in Niederdruck- oder Hochdruckabgaskreisläufen oder als Drosselklappen im Ansaugtrakt von Verbrennungsmotoren eingesetzt und dienen zur Regelung einer zu den Zylindern zurückzuführenden Abgasmenge oder zur Regelung des Drucks im Abgasrückführkanal zur Verringerung der Schadstoffemissionen des Motors oder zur Regelung der angesaugten Luftmenge.Such flap devices are used, for example, as exhaust gas flaps or exhaust gas recirculation valves in low-pressure or high-pressure exhaust gas circuits or as throttle valves in the intake tract of internal combustion engines and serve to control an amount of exhaust gas attributable to the cylinders or to regulate the pressure in the exhaust gas recirculation channel to reduce the pollutant emissions of the engine or to control the intake air quantity ,
Je nach Einbauort sind diese Ventile sowohl bezüglich der anfallenden Schadstoffmenge als auch bezüglich der herrschenden Temperaturen unterschiedlich stark belastet. Um jedoch eine möglichst genaue und schnelle Positionierung der Klappen im Kanal vornehmen zu können, werden bevorzugt elektromotorische Aktoren verwendet, welche jedoch nur eingeschränkt thermisch belastbar sind. Aus diesem Grund werden häufig entweder Kühlkanäle im Aktor vorgesehen oder die Aktoren in Entfernung zu den Klappen angeordnet und über Gestänge oder Seilzüge betätigt. Da der zur Verfügung stehende Bauraum im Motor und im Abgasstrang jedoch zusehends geringer wird, besteht der Bedarf einer direkten Kopplung des Aktors zur Klappe. Da jedoch über die Klappenwelle eine hohe Wärmemenge in Richtung des Aktors transportiert wird, wodurch dieser zusätzlich belastet wird, sind verschiedene Möglichkeiten zur Kopplung einer thermisch belasteten Klappenwelle mit einer Aktorausgangswelle bekannt geworden, mit denen die Wärmeübertragung in den Aktor verringert werden soll.Depending on the installation location, these valves are subject to varying degrees of load, both with regard to the amount of pollutants produced and with regard to the prevailing temperatures. However, in order to make the most accurate and fast positioning of the flaps in the channel, preferably electromotive actuators are used, which, however, are only limited thermal load. For this reason, either cooling channels are often provided in the actuator or the actuators arranged in distance to the flaps and actuated by linkages or cables. However, since the available space in the engine and in the exhaust system is rapidly decreasing, there is a need for direct coupling of the actuator to the door. However, since a high amount of heat is transported in the direction of the actuator via the flap shaft, whereby this is additionally charged, various ways for coupling a thermally loaded flap shaft with an actuator output shaft have become known with which the heat transfer to the actuator should be reduced.
So wird in der
Aus der
Die
Zusätzlich ist aus der
Sowohl aus der
Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Klappenvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine zur Verfügung zu stellen, bei welcher einerseits der Wärmeübergang von der Klappenwelle zur Aktorausgangswelle und damit in das Aktorgehäuse verringert wird und andererseits eine möglichst spielfreie drehfeste Befestigung der beiden Wellen aneinander möglichst durch einfaches Aufstecken der beiden Gehäuse aufeinander herstellbar ist.It therefore raises the task of providing a flap device for an internal combustion engine, in which on the one hand, the heat transfer from the valve shaft to the actuator output shaft and thus in the actuator housing is reduced and on the other hand as possible backlash-free attachment of the two shafts together as possible by simply plugging the two housing can be produced each other.
Diese Aufgabe wird durch eine Klappenvorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a flap device with the features of the main claim 1.
Dadurch, dass die Aktorausgangswelle und die Klappenwelle abschnittsweise ineinander ragen, wobei axial innerhalb des ineinander ragenden Abschnitts die Klappenwelle und die Aktorausgangswelle von einem Mitnehmer radial umgeben sind, an dessen Innenumfang eine profilierte Mitnehmerfläche ausgebildet ist, welche formschlüssig eine korrespondierend zur profilierten Mitnehmerfläche am Außenumfang des ineinander ragenden Abschnitts der Klappenwelle und der Ausgangswelle ausgebildete, profilierte Wellenabschnittsfläche umgreift, kann eine Verbindung zwischen den beiden Wellen durch Aufsetzen des Aktorgehäuses mit der Aktorausgangswelle auf das Strömungsgehäuse mit der Klappenwelle hergestellt werden. Dabei tauchen die nach der Montage ineinander ragenden Abschnitte ineinander ein. Der Wärmeübergang aus dem Strömungskanal über die Klappenwelle in das Aktorgehäuse wird durch die verringerten Auflageflächen zwischen den beiden Wellen deutlich reduziert. Characterized in that the Aktorausgangswelle and the flap shaft sections project into each other, wherein axially within the mutually projecting portion, the flap shaft and the Aktorausgangswelle are radially surrounded by a driver on the inner circumference of a profiled cam surface is formed, which positively corresponds to the profiled cam surface on the outer circumference of the interengaging portion of the valve shaft and the output shaft formed, profiled shaft portion surface, a connection between the two shafts can be made by placing the actuator housing with the Aktorausgangswelle on the flow housing with the valve shaft. In the process, the sections projecting into one another after mounting dive into one another. The heat transfer from the flow channel via the valve shaft in the actuator housing is significantly reduced by the reduced contact surfaces between the two waves.
Vorzugsweise ist am Ende der Aktorausgangswelle oder der Klappenwelle eine Axialbohrung ausgebildet, in die das Ende der gegenüberliegenden Klappenwelle oder Aktorausgangswelle ragt. Durch eine solche Ausführung brauchen keine axialen Toleranzen zwischen den beiden Wellen beziehungsweise den beiden Gehäusen beachtet werden und es wird beim Aufeinanderstecken der beiden Gehäuse eine Vorpositionierung der beiden Wellen erzeugt.Preferably, an axial bore is formed at the end of the actuator output shaft or the flap shaft into which the end of the opposite flap shaft or actuator output shaft protrudes. By such an embodiment, no axial tolerances between the two shafts or the two housings need to be taken into account and it is produced during the juxtaposition of the two housings, a pre-positioning of the two shafts.
Um eine besonders einfache Herstellung der formschlüssigen Verbindung zu erhalten, ist der in die Axialbohrung ragende Abschnitt der Klappenwelle oder der Aktorausgangswelle zylindersegmentförmig ausgebildet und weist mindestens eine gerade, axial verlaufende Schnittkante auf, die als drehmomentübertragende Fläche dient.In order to obtain a particularly simple production of the positive connection, the protruding into the axial bore portion of the valve shaft or Aktorausgangswelle is cylindrical segment-shaped and has at least one straight, axially extending cutting edge, which serves as a torque transmitting surface.
In einer hierzu weiterführenden Ausführung weist das die Axialbohrung aufweisende Ende der Klappenwelle oder der Aktorausgangswelle einen hohlzylindersegmentförmigen Abschnitt mit mindestens einer geraden, axial verlaufenden Schnittkante auf, deren Abstand zur Drehachse dem Abstand der Schnittkante des in die Axialbohrung ragenden Endes der Klappenwelle oder der Aktorausgangswelle zur Drehachse entspricht. So entsteht beim richtigen Positionieren der beiden Wellen zueinander ein gemeinsamer Querschnitt mit einer gemeinesamen Ebene für die Drehmomentübertragung beispielsweise in Form eines Kreissegmentes bzw. in Form eines D's, wodurch beide Wellen durch einen entsprechend geformten Mitnehmer drehfest zueinander befestigt werden können.In a further embodiment, the axial bore having the end of the valve shaft or the Aktorausgangswelle a hollow cylinder segment-shaped portion with at least one straight, axially extending cut edge whose distance from the axis of rotation of the distance of the cutting edge of the projecting into the axial bore end of the valve shaft or the Aktorausgangswelle to the axis of rotation equivalent. This results in the correct positioning of the two shafts to each other a common cross-section with a common plane for torque transmission, for example in the form of a circle segment or in the form of D's, whereby both waves by a correspondingly shaped driver rotatably secured to each other.
Entsprechend wird der Mitnehmer so ausgestaltet, dass er am Innenumfang eine Ausnehmung aufweist, welche zylindersegmentförmig ausgebildet ist, wobei die axial verlaufende gerade Fläche des Zylindersegmentes einen Abstand zur Drehachse aufweist, der dem Abstand der Schnittkante der Ausgangswelle und der Klappenwelle entspricht. Entsprechend wird ein Drehmoment der Aktorausgangswelle auf den formschlüssig verbundenen Mitnehmer und von diesem auf die Klappenwelle übertragen, wobei jeweils die gerade verlaufende Schnittkante zur Drehmomentübertragung dient.Accordingly, the driver is designed so that it has a recess on the inner circumference, which is formed in the shape of a cylinder segment, wherein the axially extending straight surface of the cylinder segment has a distance from the axis of rotation, which corresponds to the distance of the cutting edge of the output shaft and the flap shaft. Accordingly, a torque of the actuator output shaft is transmitted to the form-fitting connected driver and from there to the flap shaft, wherein each of the straight cutting edge is used for torque transmission.
Vorzugsweise ist die Klappenwelle in einer im Strömungsgehäuse ausgebildeten Lageraufnahme über ein erstes Lager gelagert und die Aktorausgangswelle ist über ein zweites Lager gelagert, welches im Aktorgehäuse in einer Lageraufnahme angeordnet ist. So sind einerseits vor der Montage des Strömungsgehäuses am Aktorgehäuse beide Klappen vormontiert und gelagert und andererseits besteht nach der Montage eine einseitige Lagerung der zusammengebauten Welle über zwei Lager, wodurch auf die Klappe wirkende Biegemomente zuverlässig aufgenommen werden können.The flap shaft is preferably mounted in a bearing receptacle formed in the flow housing via a first bearing and the actuator output shaft is mounted via a second bearing which is arranged in the actuator housing in a bearing receptacle. So both flaps are pre-assembled and stored on the one hand before mounting the flow housing on the actuator housing and on the other hand, after mounting a one-sided mounting of the assembled shaft via two bearings, which can be reliably absorbed on the flap bending moments.
Vorzugsweise ist der Mitnehmer mittels einer Druckfeder axial gegen einen Anschlag belastet, wodurch der Mitnehmer auch axial fixiert wird.Preferably, the driver is axially loaded by a compression spring against a stop, whereby the driver is also fixed axially.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Mitnehmer als Anlaufscheibe für eines der Lager dient und das Lager durch die Federkraft der Druckfeder gegen einen Absatz des Gehäuses belastet ist. Dieses Lager ist somit axial gesichert. Enge Fertigungstoleranzen sind entsprechend in axialer Richtung nicht einzuhalten. Der Mitnehmer erfüllt entsprechend zwei Funktionen gleichzeitig, so dass Bauteile eingespart werden.It is particularly advantageous if the driver serves as a thrust washer for one of the bearings and the bearing is loaded by the spring force of the compression spring against a shoulder of the housing. This bearing is thus secured axially. Narrow manufacturing tolerances are accordingly not observed in the axial direction. The driver fulfills two functions simultaneously, so that components can be saved.
In einer weiterführenden Ausbildung der Erfindung liegt das zum Mitnehmer entgegengesetzte axiale Ende der Druckfeder gegen einen Wellenabsatz an. Die Druckfeder kann sich entsprechend mit der Welle und dem Mitnehmer drehen, wodurch ein Verschleiß an der Feder vermieden wird und eine Gleitfläche lediglich zwischen Anlaufscheibe und Lager vorliegt. Des Weiteren wird hierdurch eine auf der Welle fest angeordnete zweite Anlaufscheibe gegen das zweite Lager belastet, wodurch die Position der Klappe im Kanal festgelegt wird.In a further development of the invention, the driver opposite axial end of the compression spring abuts against a shaft shoulder. The compression spring can rotate correspondingly with the shaft and the driver, whereby wear on the spring is avoided and a sliding surface is present only between thrust washer and bearing. Furthermore, as a result of this, a second stop disk fixedly arranged on the shaft is loaded against the second bearing, whereby the position of the flap in the channel is determined.
In einer weiterführenden Ausführung wird der Mitnehmer über eine Presspassung oder durch Schweißen mit der Aktorausgangswelle, in der die Bohrung ausgebildet ist, verbunden. Durch diese Presspassung kann der Mitnehmer auf der Aktorausgangswelle vormontiert werden, wodurch die Montage durch einfaches Aufstecken der Gehäuse und damit der Wellen aufeinander durchführbar ist.In a further embodiment, the driver is connected via a press fit or by welding with the Aktorausgangswelle in which the bore is formed. By this interference fit, the driver can be preassembled on the actuator output shaft, whereby the assembly by simply plugging the housing and thus the waves can be performed on each other.
Es wird somit eine Klappenvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine geschaffen, mit der der Wärmeeintrag über die Klappenwelle in den Aktor durch Verringerung der Auflageflächen reduziert wird. Gleichzeitig wird zuverlässig mit einfach herstellbaren Bauteilen eine drehfeste Verbindung zwischen der Aktorausgangswelle und der Klappenwelle geschaffen, die durch einfaches Aufstecken der beiden Wellen aufeinander herstellbar ist. Die Verbindung kann dabei weitestgehend spielfrei hergestellt werden, so dass eine genaue Einstellbarkeit der Klappe im Kanal und damit eine gute Regelbarkeit erreicht werden. Dabei werden durch eine einfache Montage und einfache Herstellung der Einzelteile mit geringen einzuhaltenden Toleranzen Herstellkosten reduziert.It is thus provided a flap device for an internal combustion engine, with the heat input via the flap shaft in the Actuator is reduced by reducing the contact surfaces. At the same time, a rotatable connection between the Aktorausgangswelle and the flapper shaft is created reliably with easy to manufacture components that can be produced by simply plugging the two waves to each other. The connection can be made largely free of play, so that a precise adjustability of the flap in the channel and thus good controllability can be achieved. In this case, production costs are reduced by simple assembly and simple production of the individual parts with small tolerances to be maintained.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Klappenvorrichtung ist in den Figuren dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.An embodiment of a flap device according to the invention is shown in the figures and will be described below.
Die erfindungsgemäße Klappenvorrichtung weist ein Strömungsgehäuse
Hierzu ist der Klappenkörper
Eine Drehung des Klappenkörpers
Zur Befestigung des Strömungsgehäuses
Ein axial in die Aufnahmeöffnung
An das Aufnahmeelement
Die Klappenwelle
Erfindungsgemäß weist die Klappenwelle
Der Mitnehmer
Wird nun der Aktor
Die axiale Position der beiden Wellen
Am Ende des Vorsprungs
Bei der Montage kann zunächst der Aktor
Die endgültige Befestigung des Aktorgehäuses
Es wird somit eine Klappenvorrichtung geschaffen, die einfach zu montieren ist, insbesondere da eine vollständige Vormontage des Strömungsgehäuses mit dem Klappenkörper und eine vollständige Vormontage des Aktors möglich ist. Durch einfaches Einstecken wird anschließend nicht nur eine Verbindung der Gehäuse aneinander sondern auch der Wellen zur Drehmomentübertragung hergestellt. Durch die besondere Form dieser formschlüssigen Verbindung mit deutlich reduzierten Auflageflächen der beiden Wellen wird zusätzlich der Wärmeeintrag von der Klappenwelle in den Aktor deutlich reduziert. Dennoch sind die Einzelteile einfach herstellbar, so dass Kosten reduziert werden.There is thus provided a flap device which is easy to assemble, especially since a complete pre-assembly of the flow housing with the valve body and a complete pre-assembly of the actuator is possible. By simply plugging in not only a connection of the housing to each other but also the waves for torque transmission is then produced. Due to the special shape of this positive connection with significantly reduced contact surfaces of the two shafts, the heat input from the flap shaft in the actuator is also significantly reduced. Nevertheless, the items are easy to produce, so that costs are reduced.
Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich des vorliegenden Hauptanspruchs nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt ist. Insbesondere kann die Verbindung zwischen den Wellen durch eine andere Form der Profilierung der Wellen und des Mitnehmers erreicht werden oder die Aktorausgangswelle in eine Bohrung der Klappenwelle eintauchen. Die konstruktive Ausgestaltung der Gehäuse, die verwendeten Antriebe oder Getriebe sowie die Kanal- und Klappenformen können ebenfalls abgeändert werden.It should be understood that the scope of the present invention is not limited to the embodiment described. In particular, the connection between the waves can be achieved by another form of profiling of the shafts and the driver or immerse the Aktorausgangswelle in a bore of the valve shaft. The structural design of the housing, the drives or gears used and the channel and flap shapes can also be changed.
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