(57)【要約】  内燃機関の排気システムのウェイストゲートバルブアクチュエータシステム（１）であって、回動軸（５）周りに回動させることができるバルブフラップ（４）を備えるウェイストゲートバルブ（２）と、ウェイストゲートバルブ（２）のバルブフラップ（４）を作動させるためのアクチュエータ（６）であって、駆動シャフト（８）を備える、アクチュエータ（６）と、アクチュエータ（６）の運動をウェイストゲートバルブ（２）のバルブフラップ（４）の運動に変換するための結合要素（９）と、を有し、アクチュエータ（６）の駆動シャフト（８）が、ウェイストゲートバルブ（２）のバルブフラップ（４）の回動軸（５）と同軸上に延び、結合要素（９）が、バルブフラップ（４）の回動軸（５）と同軸上にかつアクチュエータ（６）の駆動シャフト（８）と同軸上に延びる回転軸として構成され、結合要素（９）には、スプリングベローズ要素（１０）が割り当てられるウェイストゲートバルブアクチュエータシステム。
2020524762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気システムのウェイストゲートバルブアクチュエータシステム（１）であって、
回動軸（５）周りに回動させることができるバルブフラップ（４）を備えるウェイストゲートバルブ（２）と、
前記ウェイストゲートバルブ（２）の前記バルブフラップ（４）を作動させるためのアクチュエータ（６）であって、駆動シャフト（８）を備える、アクチュエータ（６）と、
前記アクチュエータ（６）の運動を前記ウェイストゲートバルブ（２）の前記バルブフラップ（４）の運動に変換するための結合要素（９）と、
を有し、
前記アクチュエータ（６）の前記駆動シャフト（８）が、前記ウェイストゲートバルブ（２）の前記バルブフラップ（４）の前記回動軸（５）と同軸上に延び、
前記結合要素（９）が、前記バルブフラップ（４）の前記回動軸（５）と同軸上にかつ前記アクチュエータ（６）の前記駆動シャフト（８）と同軸上に延びる回転軸として形成され、前記結合要素（９）には、スプリングベローズ要素（１０）が割り当てられることを特徴とするウェイストゲートバルブアクチュエータシステム。
【請求項２】
前記スプリングベローズ要素（１０）が、前記スプリングベローズ要素（１０）が前記回転軸の端部と前記アクチュエータ（６）の前記駆動シャフト（８）との間に結合されるように、前記結合要素（９）に割り当てられることを特徴とする請求項１に記載のウェイストゲートバルブアクチュエータシステム。
【請求項３】
前記スプリングベローズ要素（１０）が、前記回転軸の第１端部であって、前記回転軸が、前記第１端部により、前記アクチュエータ（６）の前記駆動シャフト（８）に接続される、第１端部と、前記回転軸の第２端部であって、前記回転軸が、前記第２端部により、前記バルブフラップ（４）の前記回動軸（５）に接続される、第２端部と、の間に結合されるように、前記スプリングベローズ要素（１０）が、前記結合要素（９）に統合されていることを特徴とする請求項１に記載のウェイストゲートバルブアクチュエータシステム。
【請求項４】
前記スプリングベローズ要素（１０）における前記回転軸の前記第１端部からの距離が、前記回転軸の前記第２端部からの距離よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載のウェイストゲートバルブアクチュエータシステム。
【請求項５】
前記スプリングベローズ要素（１０）が、前記スプリングベローズ要素（１０）が前記回転軸の端部と前記バルブフラップ（４）の前記回動軸（５）との間に結合されるように、前記結合要素（９）に割り当てられていることを特徴とする請求項１に記載のウェイストゲートバルブアクチュエータシステム。
【請求項６】
前記スプリングベローズ要素（１０）が、ねじれ抵抗型金属スプリングベローズ要素であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のウェイストゲートバルブアクチュエータシステム。
【請求項７】
前記アクチュエータ（６）が、電気モータであることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のウェイストゲートバルブアクチュエータシステム。
【請求項８】
前記電気モータが、ステッピングモータであることを特徴とする請求項７に記載のウェイストゲートバルブアクチュエータシステム。
【請求項９】
タービン及びコンプレッサを備える排ガスターボチャージャと、請求項１から８のいずれか一項に記載のウェイストゲートバルブアクチュエータシステム（１）と、を有する内燃機関の排気システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気システムのウェイストゲートバルブアクチュエータシステム及び排気システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
実施から、少なくとも１つの排ガスターボチャージャを備える内燃機関の排気システムが、公知である。排ガスターボチャージャは、タービンを備え、排ガスは、膨張させてエネルギーを取り出すために、タービンを介して誘導され得、排ガスターボチャージャのタービン内で取り出されたエネルギーは、排ガスターボチャージャのコンプレッサを駆動するためかつ内燃機関に供給されるべき過給空気を圧縮するために利用される。実施から、さらに、ウェイストゲートバルブを排気システムの排ガスターボチャージャのタービンに割り当てることがすでに公知であり、排ガスは、ウェイストゲートバルブの開放位置に応じて、タービンを迂回して、排ガスターボチャージャを通り過ぎるように誘導され得る。このようなウェイストゲートバルブは、バイパスバルブとしても説明され、これらバイパスバルブは、特に過給圧力の制御又は調整のためにかつ排気システム内の温度の制御及び／又は調整のために働く。
【０００３】
アクチュエータは、ウェイストゲートバルブを調節又は作動するために働く。ここで、実施から、アクチュエータが、アクチュエータの運動をウェイストゲートバルブのバルブフラップの運動に変換するために、結合要素を介してウェイストゲートバルブに結合されることがすでに公知である。ここで、実施から、結合要素を結合ロッドとして実現することが公知であり、結合ロッドは、運動学的レバー機構を形成することを条件として、一側において、関節式接続方式でアクチュエータの駆動シャフトに接続され、他側において、関節式接続方式でウェイストゲートバルブのバルブフラップの回動軸に接続される。
【０００４】
船舶の排気システムでは、排気システムの排ガス誘導組立体が、典型的には、環境に対して外部に断熱された空間内に、いわゆるホットボックス内に位置決めされ、それにより、燃料が、排ガス誘導組立体と接触し、従って点火される可能性があることを回避する。従って、ウェイストゲートバルブは、このような断熱空間内に位置決めされる一方で、ウェイストゲートバルブを作動させるためのアクチュエータは、典型的には、この断熱空間の外部に配置される。そして、アクチュエータをウェイストゲートバルブに結合するための結合要素は、断熱空間内又は断熱空間外に導かれなければならない。結合要素が運動学的レバー機構を形成するので、これは問題となる。結合要素が運動学的レバー機構を形成するので、さらに、特に、温度で誘導された変形の結果として、ウェイストゲートバルブの回動軸に運動学的レバーのように接続された結合要素の特定の端部が動かなくなるリスクがある。これは、ウェイストゲートバルブの故障を引き起こす可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここからスタートして、本発明は、内燃機関の排気システムにおける新たなタイプのウェイストゲートバルブアクチュエータシステムと、当該ウェイストゲートバルブアクチュエータシステムを有する内燃機関の排気システムと、を作り出すという課題に基づいている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、請求項１に記載のウェイストゲートバルブアクチュエータシステムにより解決される。
【０００７】
本発明によれば、アクチュエータの駆動シャフトが、ウェイストゲートバルブのバルブフラップの回動軸と同軸上に延びる。結合要素が、ウェイストゲートバルブのバルブフラップの回動軸と同軸上にかつアクチュエータの駆動シャフトと同軸上に延びる回転軸として構成され、結合要素には、スプリングベローズ要素が割り当てられる。
【０００８】
本発明によるウェイストゲートバルブアクチュエータシステムは、実施から公知の欠点を回避する。ウェイストゲートバルブのバルブフラップの回動軸と、アクチュエータの駆動シャフトと、回転軸として構成された結合要素と、が、すべて互いに対して同軸上に延びるという事実に起因して、結合要素は、回転運動のみによって、アクチュエータの運動をウェイストゲートバルブ、すなわちウェイストゲートバルブのバルブフラップの運動に変換することができる。結合要素に割り当てられたスプリングベローズ要素は、結合要素の領域において熱で誘導された変形を信頼性をもって補償することができ、このため、結合要素が動かなくなり、従ってウェイストゲートバルブが故障するリスクがない。
【０００９】
船舶用途の場合には、結合要素は、ウェイストゲートバルブが位置決めされる断熱空間と、この断熱空間の外部に配置されたアクチュエータと、の間で結合要素を動かすために、ただ、断熱空間の壁部の開口部を通過させればよい。
【００１０】
本発明の有利なさらなる発展によれば、スプリングベローズ要素が、回転軸の第１端部であって、回転軸が、第１端部により、アクチュエータの駆動シャフトに接続される、第１端部と、回転軸の第２端部であって、回転軸が、第２端部により、バルブフラップの回動軸に接続される、第２端部と、の間に結合されるように、スプリングベローズ要素が、結合要素に統合されており、優先的には、スプリングベローズ要素における回転軸の第１端部からの距離が、回転軸の第２端部からの距離よりも小さい。あるいは、スプリングベローズ要素が、スプリングベローズ要素が回転軸の端部とアクチュエータの駆動シャフトとの間に結合されるように、結合要素に割り当てられている。従って、両方のバージョンでのスプリングベローズ要素は、ウェイストゲートバルブよりもアクチュエータに近く位置決めされる。船舶用途の場合には、スプリングベローズ要素は、断熱空間の外部に配置される。従って、スプリングベローズ要素が、小さい熱負荷にさらされることが保証され得る。
【００１１】
本発明の有利なさらなる発展によれば、スプリングベローズ要素は、ねじれ抵抗型金属スプリングベローズ要素である。ねじれ抵抗型金属スプリングベローズ要素は、アクチュエータの運動をウェイストゲートバルブのバルブフラップの運動に確実に変換するために特に好ましい。
【００１２】
排気システムは請求項９で規定されている。
【００１３】
本発明の好ましいさらなる発展は、従属請求項及び以下の説明から得られる。本発明の例示的な実施形態は、図面に限定されることなく図面を用いてより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ウェイストゲートバルブアクチュエータシステムの斜視図である。
【図２】図１のウェイストゲートバルブアクチュエータシステムの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明は、内燃機関の排気システムのウェイストゲートバルブアクチュエータシステム及び当該ウェイストゲートアクチュエータシステムを有する排気システムに関する。
【００１６】
内燃機関の排気システムの基本的構造は、当業者には熟知されており、従って、それ自体いかなる厳密な説明も必要としない。しかしながら、完全を期すために、ここでは、内燃機関の排気システムが、それぞれタービン及びコンプレッサを有する少なくとも１つの排ガスターボチャージャを備えることが指摘される。内燃機関の排ガスは、排ガスターボチャージャのタービンを経由して誘導され、これにより、タービン内で排ガスを膨張させて、そのプロセスでエネルギーを取り出すことができる。
【００１７】
排ガスターボチャージャのタービン内で取り出されたエネルギーは、内燃機関に供給されるべき過給空気を圧縮するために、それぞれの排ガスターボチャージャのコンプレッサ内で利用される。さらに、内燃機関の排気システムは、例えば触媒コンバータ及び／又は粒子フィルタのような少なくとも１つの排ガス後処理組立体を備えることができ、これら組立体は、典型的には、排ガスターボチャージャの下流に位置決めされる。
【００１８】
さらに、ウェイストゲートバルブを排ガスターボチャージャに、すなわち排ガスターボチャージャのタービンに割り当てることがすでに公知であり、ウェイストゲートバルブは、バイパスバルブとしても説明される。排ガスは、ウェイストゲートバルブの開放位置に応じて、特にウェイストゲートバルブの下流での過給圧力の調整及び／又は排ガス温度の調整のために、排ガスターボチャージャのタービンを通り過ぎるように誘導され、すなわちタービンを迂回することができる。
【００１９】
このようなウェイストゲートバルブは、アクチュエータによって作動され、ウェイストゲートバルブ、すなわちウェイストゲートバルブの調節されるべきバルブフラップとアクチュエータとの間には、アクチュエータの運動をウェイストゲートバルブのバルブフラップの運動に変換するために、結合要素が接続されている。
【００２０】
ウェイストゲートバルブ、アクチュエータ及び結合要素の配置は、ウェイストゲートバルブアクチュエータシステムとして説明される。
【００２１】
図１及び図２は、本発明によるウェイストゲートバルブシステム１の異なる視界を示す。このウェイストゲートバルブアクチュエータシステム１は、ウェイストゲートバルブ２を備え、ウェイストゲートバルブ２は、バルブハウジング３と、バルブハウジング３内に収容されたバルブフラップ４と、を備える。ウェイストゲートバルブ２のバルブフラップ４は、回動軸５周りで回動可能であり、それにより、ウェイストゲートバルブ２の開放位置又は閉鎖位置を規定又は調節する。
【００２２】
ウェイストゲートバルブアクチュエータシステム１は、優先的には電気モータ、特にステッピングモータとして実現されたアクチュエータ６をさらに備える。アクチュエータ６は、アクチュエータ６を適切に作動させるために、ケーブル７を介して制御システム（図示せず）に結合され得る。アクチュエータ６は、制御システムによって制御又は調整されて駆動され得、この結果として、アクチュエータ６の駆動シャフト８の運動がもたらされる。
【００２３】
モータとして構成されたアクチュエータ６は、結合要素９を介して、ウェイストゲートバルブ２のバルブフラップ４に結合され、これにより、アクチュエータの運動、すなわちアクチュエータ６の駆動シャフト８の回転をウェイストゲートバルブ２のバルブフラップ４の運動、すなわち回転又は回動運動に変換する。
【００２４】
本発明によるウェイストゲートバルブアクチュエータシステム１の場合、アクチュエータ６の駆動シャフト８は、ウェイストゲートバルブ２のバルブフラップ４の回動軸５と同軸上に延びる。結合要素９は、バルブフラップ４の回動軸５と同軸上にかつアクチュエータ６の駆動シャフト８と同軸上に延びる回転軸として構成される。従って、アクチュエータ６の回転軸８の運動をウェイストゲートバルブ２のバルブフラップ４の回動運動に変換するために、回転軸として構成された結合要素９は、ただ回転運動を行えばよい。アクチュエータ６をウェイストゲートバルブ２に結合するための運動学的レバー機構は、省略され得る。これは、特に、船舶上で慣習となっているように、ウェイストゲートバルブ２が断熱空間内に位置決めされ、アクチュエータ６が断熱空間の外部にあり、結合要素９が断熱空間の壁部の開口部を通過しなければならないときに、有利である。この場合、回転軸として構成された結合要素９は、単に、断熱空間の壁部の適切な凹部を通過して、この凹部に対してシールされ得る。
【００２５】
本発明によるウェイストゲートバルブアクチュエータシステム１の場合には、回転軸として構成された結合要素９には、スプリングベローズ要素１０が割り当てられる。優先的には、このスプリングベローズ要素１０は、ねじれ抵抗型金属スプリングベローズ要素である。このようなスプリング要素１０を用いて、アクチュエータ６の駆動シャフト８の回転運動は、一方ではウェイストゲートバルブ２のバルブフラップ４の回動運動に確実に変換され得るとともに、他方では結合要素９の領域における熱で誘導された変形は、容易にかつ信頼性をもって相殺又は補償され得る。
【００２６】
スプリングベローズ要素１０は、優先的には、スプリングベローズ要素１０が結合要素９とアクチュエータ６の駆動シャフト８との間に接続されるように、すなわちスプリングベローズ要素１０が一側ではアクチュエータ６の駆動シャフト８に接続されかつ他側では回転軸として構成された結合要素９の第１端部に連結されるように、回転軸として構成された結合ロッド９に割り当てられ、回転軸として構成された結合要素９の第２端部が、ウェイストゲートバルブ２のバルブフラップ４の回動軸５に接続される。スプリングベローズ要素１０における結合要素９の第１端部への接続は、示される例示的な実施形態では、フランジ接続を介して、すなわち結合要素９の第１端部に形成されたフランジ１１と、スプリングベローズ要素１０における隣接するセクション上に形成されたフランジ１２と、の接続を介して行われ、図１及び図２によるこれら２つのフランジ１１，１２は、ネジ１３を介して互いに接続されている。このようなフランジ接続は、選択的である。スプリング要素１０を結合要素９に接続することは、異なる方式、例えば溶接によっても行われ得る。
【００２７】
回転軸として形成された結合要素９にスプリング要素１０を統合することも可能であり、すなわちスプリングベローズ要素１０が、結合要素９の第１端部であって、結合要素９が、第１端部により、アクチュエータ６の駆動シャフト８に接続される、第１端部と、回転軸９の第２端部であって、回転軸９が、第２端部により、ウェイストゲートバルブ２のバルブフラップ４の回動軸５に接続される、第２端部と、の間に結合されるように、回転軸として形成された結合要素９にスプリング要素１０を統合することも可能である。
【００２８】
この場合、スプリングベローズ要素１０における回転軸の第１端部からの距離は、優先的には、回転軸の第２端部からの距離よりも小さい。この形態並びに図１及び図２に示された形態により、スプリングベローズ要素１０が、ウェイストゲートバルブ２よりもアクチュエータ６に近く位置決めされ、このため、船舶用途において、ウェイストゲートバルブ２が断熱空間内に配置されかつアクチュエータ６が断熱空間の外部に配置される場合に、スプリングベローズ要素１０も、断熱空間の外部に位置決めされ、従って、小さい熱負荷にさらされることが保証される。
【００２９】
好ましくはないが、スプリングベローズ要素１０が、回転軸の端部とウェイストゲートバルブ２のバルブフラップ４の回動軸５との間に結合されるように、スプリングベローズ要素１０を回転軸又は結合要素９に割り当てることも可能である。
【００３０】
従って、本発明によれば、回動軸５周りに回動させることができるバルブフラップ４を有するウェイストゲートバルブ２と、優先的には駆動シャフト８を有するステッピングモータとして形成されたアクチュエータ６と、アクチュエータ６の運動をウェイストゲートバルブ２のバルブフラップ４の回動運動に変換するために回転軸として構成された結合要素９と、を備えるウェイストゲートバルブアクチュエータシステム１であって、ウェイストゲートバルブ２の回動軸５と、アクチュエータ６の駆動シャフト８と、回転軸として形成された結合要素９と、が、すべて互いに対して同軸上に延び、結合要素９には、スプリングベローズ要素１０、優先的にはねじれ抵抗型金属スプリングベローズ要素１０が割り当てられ、スプリングベローズ要素１０を介して、一側では、アクチュエータ６の回転運動を、バルブフラップの回動運動に確実に変換することができ、スプリングベローズ要素１０を介して、結合要素９の領域において温度で誘導される変形を補償することができる、ウェイストゲートバルブアクチュエータシステム１が提案される。ウェイストゲートバルブアクチュエータシステム１は、シンプルであり、フェイルセーフである。
【符号の説明】
【００３１】
１  ウェイストゲートバルブアクチュエータシステム、２  ウェイストゲートバルブ、３  バルブハウジング、４  バルブフラップ、５  回動軸、６  アクチュエータ、７  ケーブル、８  駆動シャフト、９  結合要素、１０  スプリングベローズ要素、１１  フランジ、１２  フランジ、１３  ネジ
【図１】
2020524762.tif 000003
【図２】
2020524762.tif 000004
【国際調査報告】
2020524762.tif 000005
2020524762.tif 000006
2020524762.tif 000007
2020524762.tif 000008