(57)【要約】本発明は、ガス状の媒体を制御する制御部材（１９）を操作する装置（１８）に関する。コントローラ（１３）を介して操作可能な操作部材（１６）に、伝達部材（３４）が形成されており、その伝達部材が、一方で、溝付きリンクレバー（３３）の溝付きリンク（３９）の内部で移動可能であり、他方では、支持レバー（３６）に位置固定で取り付けられており、その支持レバーが位置固定の支持体のジョイント箇所（３８）に固定されている。伝達部材（３４）を介して操作可能な溝付きリンクレバー（３３）に、制御部材（１９）が取り付けられており、その制御部材はコントローラ（１３）を介して操作部材（１６）が操作された場合に閉鎖位置と開放位置との間で移動することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス状の媒体を案内する導管（２０）、特に内燃機関の過給装置（１）に設けられたバイパス導管（２０）、を解放または閉鎖することができる面（２２）を有する、制御部材（１９）を操作する装置（１８）であって、その場合に内燃機関が少なくとも１つの過給装置（１）を有しており、かつ前記装置（１８）を介して操作可能な制御部材（１９）がコントローラ（１３）によって移動可能である、前記装置において、
コントローラ（１３）の操作部材（１６）に伝達部材（３４）が取り付けられており、前記伝達部材がジョイント箇所（３８）を中心に揺動可能な支持部材（３６）において案内されており、かつ溝付きリンクレバー（３３）に制御部材（１９）を操作するための揺動運動をもたらすことを特徴とする、制御部材（１９）を操作する装置。
【請求項２】
伝達部材（３４）に、ガイドジャケット（３７）が回転可能に取り付けられていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
ガイドボルト（３４）のガイドジャケット（３７）が、溝付きリンクレバー（３３）の溝付きリンク（３９）内で転動することを特徴とする、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
溝付きリンクレバー（３３）に、制御部材（１９）が固定位置で取り付けられていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
コントローラ（１３）の操作部材（１６）が進入ないし退出移動する場合に、支持レバー（３６）において案内されるガイドボルト（３４）が、溝付きリンクレバー（３３）を制御部材（１９）の閉鎖位置と開放位置との間で移動させることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
溝付きリンクレバー（３３）に、ガイドボルト（３４）を中心とする溝付きリンクレバー（３３）の最大揺動運動を制限する、距離リミッター（４１）が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
操作部材（１６）と結合されたジョイントヘッド（３２）が、ガイドボルト（３４）を収容するための軸受シェルを有していることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
コントローラ（１３）が、電動駆動されるコントローラであることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
コントローラ（１３）が、電磁的に操作可能なコントローラであることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
内燃機関において、空気流量に直接比例する、内燃機関の出力を増大させるために、過給方法が使用される。吸い込まれる空気の動特性を利用する、動的な過給の他に、過給装置が直接エンジンによって駆動される、機械的過給も使用される。その場合に内燃機関と過給装置は、多くは、互いに対して一定の関係を有している。機械的過給の枠内で、排ガスターボチャージャが使用され、それにおいては排ガスのエネルギがチャージャの駆動に利用される。その場合に、一方で、無過給エンジンにおいてクランク駆動により予め定められる膨張比に基づいて利用できないエネルギが利用され、他方では、必要な圧縮パワーを得るために、エンジンを出る際の排ガスがより強く堰き止められる。排ガスターボチャージャの枠内では、２段階で制御される過給が使用され、それにおいては２つの異なる大きさの排ガスターボチャージャが直列に接続されている。
【背景技術】
【０００２】
ボッシュ社の「自動車技術ハンドブック（Kraftfahrtechnische Taschnebuch）」（Chefredakteuer Horst Bauer, 23.akutualisierte und erweiterte Auflage, Braunschweig; Wiesbaden: Vieweg 1999, ISBN 3-528-08376-4, p.445, 446）からは、２段階制御を有する過給方法が知られている。自動車において使用することができる、この過給方法によれば、２段階制御される過給は、バイパス制御と過給空気クーラーとを有する２つの−異なる大きさの−排ガスターボチャージャの直列接続によって実現される。
【０００３】
内燃機関のシリンダから来る排ガス質量流は、まず、排ガス集合配管内へ流入する。そこからは、排ガス質量流全部を高圧タービンを介して膨張させるか、あるいは部分質量流をバイパス導管を介して迂回させる、可能性がある。その場合に排ガス質量流全体が、後段に接続された低圧タービンによって再度利用される。新しい空気質量流全体が、まず低圧段階によって予め圧縮されて、理想的には中間冷却される。次に、高圧段階において、さらなる圧縮と過給空気冷却が行われる。予備圧縮に基づいて、比較的小さい高圧圧縮器がより高い圧力水準で働くので、その高圧圧縮器は必要な空気質量流を装入することができる。
【０００４】
内燃機関の回転数が低い場合、すなわち小さい排ガス質量流が存在する場合に、バイパスは完全に閉鎖されたままであって、排ガス質量流全体が高圧タービンを介して膨張する。それによって極めて迅速かつ高い過給圧構築が生じる。内燃機関の回転数が増大するにつれて、それに応じてバイパス断面が増大されることにより、膨張作業は連続的に低圧タービンへ移行する。従って内燃機関の２段階制御される過給は、エンジン駆動の要求へのタービン側および圧縮器側の無段階の適合を可能にする。
【０００５】
上述したように、２段階で行われる過給方法において排ガス質量流を分岐させるために、「ウェイストゲート」ターボチャージャによって知られているような、片側が懸下されたフラップを使用することができる。
【０００６】
懸下されたフラップが、わずかな製造コストを可能にする。というのは、製造が大幅に最適化されているからである。一般に、懸下されたフラップの駆動は、排ガスターボチャージャのハウジングの外側のレバーに直接リンク結合された、空気式の制御ボックスを介して実現される。制御ボックス距離が定められている場合に一定のレバーアームによって、定められた角度領域が通過される。懸下されたフラップが閉鎖されている場合には、高い操作力が発生する。というのは、フラップは印加される排ガス圧によって開放方向へ移動されるからである。これは、フラップ軸上で大きいレバーアームを実現するためには、一方で、制御ボックスへ大きい力をもたらさなければならず、あるいは他方で、長い操作距離をおかなければならないことを意味している。両方とも、大きい制御体積とそれに伴って制限された操作速度および、場合によっては活用されない安全リザーブによる高い後続コストを意味している。さらに、多くの場合に組込み状況が好ましくない。というのは、自動車分野を支配する開発傾向に基づいてエンジンルーム内に提供される組込み空間はますます小さくなっているからである。
【０００７】
さらに、自動車の負圧システムは、たとえば制動力増幅器のような、安全上重要な機能を巻き込むことなしに、必要な体積を用意しなければならない。
【発明の開示】
【発明の説明】
【０００８】
上述した、従来技術に基づくこれまで知られている解決の欠点を除去する解決が、本発明に基づく解決によって提供される。制御ボックスを収容するホルダと基板が、互いに溶接されて、制御ボックスを収容する。溝付きリンクレバーが、制御部材を操作する軸に取り付けられる。ジョイントヘッドを用いて、制御ボックスから進入ないし退出するピストンロッドへの結合が行われる。ガイドボルトが溝付きリンクレバーの長孔内で移動し、支持レバーによって案内され、その支持レバーの軸受台が基板上に支持ボルトによって固定されている。転動可能に形成されたガイドジャケットを介して、力が溝付きリンクレバーへ伝達される。
【０００９】
溝付きリンクレバー上でガイドボルトが摺動することによって、レバーアームがフラップ状の制御部材に対して延長ないし短縮される。従って、位置に応じて異なるモーメントを制御部材へ伝達することが可能である。第１の位置において、支持レバーによる横力の吸収を介して制御部材の開放運動の阻止が行われる。開放運動は、制御部材へ作用する障害力によって意図されずに発生する可能性がある。本発明に基づく解決によって、閉鎖された制御部材に対する圧力が高い場合に、その意図されない開放は、わずかな操作力の構築によってすでに阻止することができる。
【００１０】
他の位置において、フラップ軸上の小さいレバーアームを介して大きい変位角度をもたらすことができる。それによって、フラップ角度に関して流れ抵抗のわずかな変化しかまだ発生しない領域内で、制御部材の大きい開放角度が達成される。
【００１１】
提案された解決に基づく転動運動において発生する、摩擦が小さいことにより、提案されたシステムのヒステリシスは極端に低い。
【００１２】
本発明に基づく解決によって操作力が著しく低減されたことに基づいて、現在使用されているような、空気式の制御ボックスを、たとえば電気的なアクチュエータのような、代替的コントローラによって代用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
【００１４】
図１に示す表示から、排ガスターボチャージャが一部破断された状態で明らかにされる。
【００１５】
図１に示す排ガスターボチャージャ１は、タービン部分２と圧縮器部分３を有している。図１に示すターボチャージャ１は、たとえば、乗用車、商用車の内燃機関あるいは他の内燃機関において使用される。排ガス入口５を介してタービンホィール６が排ガスを供給されて、排ガスによって回転させられる。タービンホィール６は、排ガスターボチャージャ軸４上に相対回動不能に取り付けられており、その排ガスターボチャージャ軸上に圧縮器回転ホィールが取り付けられている。タービンホィール６は、タービンハウジング７によって収容され、そのタービンハウジング内にバイパス導管２０が形成されている。バイパス導管２０は、図１の表示においてフラップ状に形成されている制御部材１９によって解放可能または閉鎖可能である。内燃機関が多段階で過給される場合に、バイパス導管２０を介して排ガスの部分流を、図１の表示には図示されていない、他の排ガスターボチャージャ１へ供給することができる。他の排ガスターボチャージャへ供給される部分排ガス流を制御するために、制御部材１９が排ガスターボチャージャ１に配置された制御ボックス１３を用いて操作される。
【００１６】
排ガスターボチャージャ１のタービンハウジング７は、圧縮器ハウジング１０と結合されている。２つのハウジング７ないし１０を通って排ガスターボチャージャ軸４が延びており、その排ガスターボチャージャ軸４には、排ガスターボチャージャ１の駆動中に排ガスターボチャージャ軸４の摩擦のない回転を保証するために、潤滑剤供給８が対応づけられている。潤滑剤供給８を介して、好ましくは滑り軸受である、軸軸受９に潤滑剤が供給されるので、軸軸受９において排ガスターボチャージャ軸４の外側面と軸受箇所との間に潤滑剤の膜が形成される。排ガスターボチャージャ軸４上に配置されている、タービンホィール６の排ガス供給によって回転させられる、圧縮器回転ホィールを介して、空気が圧縮されて過給空気出口１１へ供給される。予め圧縮された過給空気は、シリンダ充填を改良するために、ここには図示されていない、内燃機関の吸気路へ供給される。
【００１７】
排ガスターボチャージャ１の圧縮器ハウジング１０には、分岐路１２が設けられている。分岐路１２を介して、図１に示す制御ボックス１３に過圧が供給されるので、過圧供給される制御ボックス１３を介して制御部材１９の操作を行うことができる。その他、図１に示す制御ボックス１３は、たとえば自己着火する内燃機関を有する自動車に設けられている、負圧供給を介して操作することもできる。
【００１８】
分岐路１２を介して、排ガスターボチャージャ１の圧縮器ハウジング１０が、この排ガスターボチャージャにフランジ結合された制御ボックス１３と接続されている。制御ボックス１３は、フランジ１５によって圧縮器ハウジング１０に固定されている。制御ボックス１３の内部に、ばね部材１７が配置されており、そのばね部材は、図１の表示においては螺旋ばねとして形成されている。制御ボックス１３の負圧／過圧供給によって、ピストンロッド１６が並進的に移動される。
【００１９】
ピストンロッド１６を介して方向変換装置１８が操作される。方向変換装置１８は、図２と３に詳細に示すレバーシステムを有しており、それを用いてたとえばフラップ状に形成可能な制御部材１９が開放位置ないし閉鎖位置または駆動に応じた中間位置へ移動可能である。
【００２０】
図１の表示に基づく制御部材１９は、円形のフラップとして回転対称に形成されており、閉鎖状態において、排ガスターボチャージャ１のタービン部分２内のバイパス導管２０の端面に設けられた添接面２１に添接する。閉鎖位置において、他の排ガスターボチャージャへ内燃機関の排ガスを供給するためのバイパス導管２０は閉鎖されている。フラップ状に形成可能な制御部材１９のフラップ面２２は、制御部材１９が添接面２１に添接した場合に他の排ガスターボチャージャへ至るバイパス導管２０の完全な閉鎖が保証されているように、寸法設計されている。バイパス導管２０を介して図１に示されていない他の排ガスターボチャージャへ部分排ガス流が不用意に溢流することを防止するために、排ガスターボチャージャ１のバイパス通路２０内を支配する排ガス体積流に基づいて、制御ボックス１３内に収容されたばね１７のばね力によって、フラップ状に形成可能な制御部材１９の閉鎖位置がもたらされる。ピストンロッド１６は、排ガスターボチャージャ１の圧縮器部分２に取り付けられている制御ボックス１３から、排ガスターボチャージャ軸４に対して平行に、図１の表示に示す排ガスターボチャージャ１のタービン部分２へ延びている。
【００２１】
図２は、制御部材のための操作装置を第１の操作位置において示している。
【００２２】
図２の表示において、ピストンロッド１６を操作する制御ボックス１３は、詳しく図示されていない。ピストンロッド１６は、基板３１の開口部を通して延びており、制御部材１９へ向いた側の端部にジョイントヘッド３２を有している。ジョイントヘッド３２は、たとえばピストンロッド１６のねじ部分上に螺合することができる。制御ボックスホルダ３１ないしフランジ１５に、基板３０が溶接されている。基板３０は、第１のジョイント３８を有しており、そのジョイントに支持レバー３６がリンク結合されている。そのために第１のジョイント３８に支持ボルト３５が設けられており、その支持ボルトが基板３０に対する支持レバー３６の揺動運動を可能にする。
【００２３】
支持レバー３６の、第１のジョイント３８と対向する端部にガイドボルト３４が軸承されている。ガイドボルト３４は、一方で、ジョイントヘッド３２に収容されており、他方では、溝付きリンクレバー３３内の好ましくは長孔として形成された溝付きリンク３９を貫通している。ガイドボルト３４は、ガイドジャケット３７を有しており、そのガイドジャケット３７がガイドボルト３４に回転可能に取り付けられている。ガイドジャケット３７は、その周面において溝付きリンクレバー３３の溝付きリンク３９の内側上で転動する。溝付きリンクレバー３３の一方の端部に、フラップ軸受４０が設けられており、そのフラップ軸受にたとえば円形の制御フラップとして形成された制御部材１９が固定されている。溝付きリンクレバー３３には、さらに、距離リミッター４１が取り付けられており、その距離リミッター４１は図２の表示に基づく溝付きリンクレバー３３の位置においては、ジョイントヘッド３２上へ移動されている。溝付きリンクレバー３３は、バイパス導管２０の壁を部分的に貫通している。ガイドボルト３４に軸承され、回転可能に配置されたガイドジャケット３７によって、ピストンロッド１６の操作力が、溝付きリンクレバー３３とそれに伴って制御部材１９へ、図１の表示に基づく排ガスターボチャージャ１のタービン部分２内のバイパス導管２０を開放ないし閉鎖するために、伝達される。
【００２４】
図２の表示において、支持レバー３６は制御ボックスホルダ３１に対して平行に配置されている。溝付きリンク３９内で移動可能なガイドボルト３４はガイドジャケット３７と共に、溝付きリンク３９の長手方向の延びに関して上方へ移動されており、それによって制御部材１９が排ガスターボチャージャ１のタービン部分２内のバイパス導管２０の添接面２１に添接しており、従ってバイパス導管２０を閉鎖している。
【００２５】
図３に示す表示から、操作装置の運動学が明らかにされ、その場合にこの操作装置を介して操作される制御部材は、その開放位置へ移動されている。
【００２６】
図２に示す表示とは異なり、ピストンロッド１６は図３には図示されていない制御ボックス１３（図１の表示を参照）から引き出されている。従って、ピストンロッド１６と結合されたジョイントヘッド３２は、バイパス導管２０の方向へ引き出されている。ピストンロッド１６が制御ボックス１３から引き出される場合に、ガイドボルト３４とジョイントヘッド３２との結合に基づいて、ガイドボルト３４に取り付けられているガイドジャケット３７がガイドボルト３４と共に溝付きリンクレバー３３の溝付きリンク３９の内部で移動される。ガイドボルト３４はさらに支持レバー３６に収容されているので、ピストンロッド１６が制御ボックス１３からバイパス通路２０へ近づくように垂直方向に移動することが、溝付きリンクレバー３３内で時計方向の揺動運動をもたらす。溝付きリンクレバー３３の揺動運動は、−図３に示すように−距離リミッター４１が支持レバー３６の側面に添接することによって制限される。溝付きリンクレバー３３の時計方向の揺動運動の間、制御フラップとして形成可能な制御部材１９が同様にガイドボルト３４を中心に時計方向に回動されて、図３に示すその開放位置をとる。円形に形成可能な制御部材１９の、図３に示す位置において、バイパス導管２０の流出断面が制御部材１９によって解放される。排ガス流または他のガス状の媒体が、解放されたバイパス導管２０を貫流し、たとえば図１において直列に後段に接続された他の排ガスターボチャージャへ流れることができる。
【００２７】
図３に示す表示から明らかなように、溝付きリンク３９は円形に形成可能な制御部材１９の開放位置においてほぼ水平の位置を占める。支持レバー３６は、第１のジョイント３８において支持ボルト３５を中心に制御ボックス１３に対する平行位置から変位している。
【００２８】
円形に形成可能な制御部材１９の揺動距離に関する操作距離の調節は、たとえば制御ボックス１３から引き出し可能なピストンロッド１６の終端部分に設けられたリンクヘッド３２の変位によって達成することができる。従って円形に形成可能な制御部材１９の開放ないし閉鎖位置の調節は、また、円形に形成可能な操作部材１９がその閉鎖位置（図２の表示を参照）からその開放位置（図３の表示を参照）へ移動する、操作距離の微調節としてもたらされる。
【００２９】
図４の表示から明らかなように、ジョイントヘッド３２は、ガイドボルト３４を収容するための、シェル状に形成された軸受部を有している。ガイドボルト３４には、溝付きリンク３９の領域において、ガイドジャケット３７が回動可能に取り付けられている。ガイドボルト３４は、さらに、支持レバー３６を貫通しており、かつその支持レバーにたとえばボルトなどを介して固定することができる。ガイドボルト３４に回転可能に取り付けられているガイドジャケット３７は、その外側面において溝付きリンク３９の内側に接して転動して、溝付きリンクレバー３３に、図２の表示に基づく制御部材１９の閉鎖位置からその開放位置（図３の表示を参照）への時計方向の揺動運動を強いる。支持レバー３６は、さらに、支持ボルト３５を介して基板３０に取り付けられており、その場合に支持レバー３６が軸受シェルの介在によって第１のジョイント３８の支持ボルト３５に対して揺動可能であることが、保証されている。完全を期するために述べるが、溝付きリンクレバー３３の下方の端部（参照符号４０を参照）に、制御部材１９のための支持体が固定されている。
【００３０】
図２、３および４に詳細に示す操作装置１８によって、溝付きリンクレバー３３の溝付きリンク３９の内部でガイドボルト３４が摺動することを介して、レバーアームを制御部材１９に関して延長ないしは短縮することができる。それによって溝付きリンクレバー３３の位置に従って異なるモーメントが制御部材１９へ伝達される。図２に示す位置において、支持レバー３６を介して横力を吸収することが、たとえば円形に形成することのできる制御部材１９の、場合によっては障害力によって制御部材１９へ意図されずにもたらされる可能性のある、開放運動を阻止する。制御すべきガス状の媒体の高い圧力が発生する場合、たとえば制御部材１９の閉鎖された状態においてその開放をもたらしかねない、圧力脈動が発生した場合に、この状況に、比較的小さい操作力で対抗することができる。
【００３１】
制御部材１９の、図３に示す位置において、フラップ軸４０に関して小さいレバーアームによって、制御部材１９の大きい変位角度が得られる。それによって、制御部材１９の開放角度に関して流れ抵抗のわずかな変化しか生じない領域において、円形に形成可能な制御部材１９の大きい開放角度が達成される。溝付きリンクレバー３３に形成された溝付きリンク３９の内部でガイドジャケット３７が転動する場合の摩擦が小さいことにより、本発明に基づいて提案される操作装置のヒステリシスは、極めて小さい。方向変換装置１８を操作するための操作力が比較的小さいことに基づいて、空気式の、すなわちたとえば、負圧供給によって操作される制御ボックス１３を、たとえば電気的なアクチュエータのような、代替的なコントローラで代用することもできる。従って負圧負荷を省くことができるので、負圧はすべて、たとえば制動力増幅器のような、自動車の安全上重要なシステムに提供され、排ガスターボチャージャ１の制御ボックス１３を操作するために負圧が分岐されることがない。
【００３２】
図２、３および４の表示に示す、極めてコンパクトに構成される方向変換装置１８によって、操作速度に否定的に作用する、組込み空間を要求する長い操作距離が回避される。本発明に基づいて提案された、方向変換装置１８の形成を介して、たとえばフラップとして形成可能な制御部材１９を確実にその閉鎖位置に、すなわちバイパス導管２０の添接面２１に添接するように、保持する大きい力をもたらすことができ、それによってフラップ状に形成可能な制御部材１９の意図されない開放が確実に阻止される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】タービン部分と圧縮器部分とを有する排ガスターボチャージャを一部破断した状態で示している。
【図２】制御部材を駆動する運動学を示し、その場合に制御部材は閉鎖位置へ移動されている。
【図３】図２に示す運動学を、制御部材の開放位置で示している。
【図４】図２と３に示す制御部材を操作する運動学を正面で示している。
【符号の説明】
【００３４】
１  排ガスターボチャージャ
２  タービン部分
３  圧縮器部分
４  排ガスターボチャージャ軸
５  排ガス入口
６  タービンホィール
７  タービンハウジング
８  潤滑剤供給
９  軸軸受
１０  圧縮器ハウジング
１１  過給空気出口
１２  分岐
１３  制御ボックス
１４  支持体プレート
１５  ハウジング制御ボックス
１６  ピストンロッド
１７  ばね部材
１８  方向変換装置
１９  制御部材（フラップ）
２０  バイパス導管
２１  添接面  制御部材
２２  フラップ面
３０  基板
３１  制御ボックスホルダ
３２  ジョイントヘッド
３３  溝付きリンクレバー
３４  ガイドボルト
３５  支持ボルト
３６  支持レバー
３７  ガイドジャケット
３８  第１のジョイント
３９  溝付きリンク
４０  フラップ軸受
４１  距離リミッター
【図１】
2007522372.tif 000003
【図２】
2007522372.tif 000004
【図３】
2007522372.tif 000005
【図４】
2007522372.tif 000006
【国際調査報告】
2007522372.tif 000007
2007522372.tif 000008
2007522372.tif 000009
2007522372.tif 000010
2007522372.tif 000011
2007522372.tif 000012