專利名稱：電氣動調節裝置的制作方法
電氣動調節裝置
背景技術：
EP 0976910A2涉及一種增壓裝置，其設計為廢氣渦輪增壓器并且包括廢氣門。為了在廢氣渦輪增壓器上調節增壓壓力，使用了調節桿，該調節桿具有第一桿部段和第二桿 部段。調節桿的兩個桿部段可扭曲地彼此耦合并且可以彼此扭轉。借助于調節桿來操縱杠 桿臂，該杠桿臂在其那方面與廢氣渦輪增壓器的廢氣門耦合。DE 102006028015. 6涉及一種氣動的調節驅動裝置，該裝置具有集成的電氣動調 節裝置。在那里所公開的電氣動調節裝置用于操縱內燃機的成套設備并且包括殼體。在該 殼體中可活動地容納有調節元件。為該調節元件分配有控制滑閥，該控制滑閥根據調節元 件的相對位置對殼體的壓力腔進行充氣，進行排氣，或者封閉該壓力腔。迄今為止所使用的氣動調節裝置例如使用了鐵磁性的滑閥，其處于通過磁線圈所 產生的磁力與彈簧力之間的力平衡中。對此，調節了滑閥的與氣動調節裝置的規定位置相 對應一致的位置。如果在鐵磁性的滑閥與膜片桿之間出現相對移動，那么就如此長時間地 一直在電氣動調節裝置的工作腔之內實現壓力平衡，直至達到規定位置為止。這種在電氣 動調節裝置的工作腔中的壓力平衡由此實現，即在額定值變化的情況下通過作用于電氣動 調節裝置的PWM信號實現，以及也在由于從外部作用在電氣動調節裝置上的干擾力而產生 的實際值變化的情況下。迄今為止所使用的電氣動調節裝置用于機動車中的不同的應用領域，并且實現了 各種不同大小的調節力。因此可以通過電氣動調節裝置例如在內燃機的排氣歧管中來控制 設計為廢氣渦輪增壓器的增壓裝置的廢氣門。廢氣門在設計為廢氣渦輪增壓器的增壓裝置 的運行中經受到非常大的力，因此例如是在密封表面上的很大的表面壓力，以及對應于內 燃機的運行點的波動。迄今為止為了調節廢氣門而所使用的電氣動調節裝置純粹基于負壓 地運轉。這表明，即電氣動調節裝置的供給壓力為0.3bar大小并涉及到已經為了制動力 增強器的運行而使用的真空泵。因此可以獲得調節力，該調節力在第一個近似值里，與電 氣動調節裝置的膜片表面成正比，并且與可使用的壓力差成正比，該壓力差在通常為Iba r 的大氣壓力與當前的、用作為供給壓力的、通常為大約0.3bar的負壓之間。因此得出了為 0. 7bar的壓力差Δρ，該壓力差作用于電氣動調節裝置的膜片表面。
發明內容
根據本發明提出了，在電氣動調節裝置中，在調節元件封閉的情況下由此來增大 調節力，即替代了通常處于為Ibar的數量級中的大氣壓力，使增壓裝置的增壓壓力替代了 大氣壓力。在迄今為止所使用的電氣動調節裝置中所產生的調節力基本上與電氣動調節裝 置的膜片表面成正比，并且與在通常為0. 3bar的供給負壓與處于為Ibar至0. 7bar的數量 級中的大氣壓力之間的壓力差成正比，而此時，內燃機利用其來在輸出側對設計為廢氣渦 輪增壓器的增壓裝置進行加載的那個增壓壓力則處于大約為2bar的數量級中。因此得出 了增大的壓力差，該壓力差在那個處于為0. 3bar的數量級中的、可實現的供給負壓與所提 及的增壓壓力水平之間的Δρ為1.7bar。通過根據本發明所提出的、利用增壓壓力實現電氣動調節裝置的加載，而該增壓壓力在輸入側處于內燃機的燃燒室處以用于改進氣缸充氣度，由此可以在電氣動調節裝置的膜片表面保持不變的情況下實現顯著提高的調節力。如果根據本發明所提出的電氣動調節裝置現在在內燃機處特別用作為用于操縱 調節元件、即在內燃機上的排氣歧管中的“廢氣門”的調節裝置，因此可以在調節元件封閉 的情況下、也就是說在廢氣門作用在止擋上的情況下增大其調節力。膜片彈簧在其靜止位 置上、也就是說在止擋封閉的情況下，提供了僅僅相對較小的、由于純粹的彈簧預應力而產 生的力，在該膜片彈簧的作用方向上，電氣動調節裝置通過加載了調節元件的更高的壓力 差而持久地被支撐。由此，作用于貼靠在止擋上的廢氣門的密封力可以顯著提高。為了實現根據本發明所提出的解決方案，這樣來改變電氣動調節裝置，即替代了 迄今為止所使用的空氣過濾器，提供了連接管，增壓壓力水平作用于該連接管。在電氣動調 節裝置的膜片上可以通過在膜片式活塞的周邊上的密封件來實現在工作腔之內的超壓的 情況下膜片的機械的卸載。當調節構件從其靜止位置移動到止擋上時，電氣動調節裝置的工作腔充入增壓壓 力，替代了如迄今為止充入大氣壓力的那種情況。在靜止位置上，為了提供最大的調節力 (也就是說例如密封力)，預定了在機械的可達到的調節行程之外的額定值。這引起了電氣 動調節裝置的工作腔持續地加載上處于大氣壓力水平之上的增壓壓力水平，也就是說進行 充氣，并在那里產生最大的壓力差Δ ρ。根據基于本發明的思想，可以作為對加載膜片表面的螺旋彈簧的替換來使用空氣 彈簧，該空氣彈簧同樣也通過電氣動調節裝置持續地加載。在這個可替換的實施方式中，在位于對面的膜片側面(大氣壓力側)同樣也加載 上增壓壓力水平。此外，另一個密封件或者說另一個膜片或者說膜片表面用作大氣壓力側， 從而交換了作用方向。
下面參照附圖詳細說明本發明。圖中示出圖1示出了內燃機的進氣歧管和排氣歧管，具有集成在內燃機的排氣歧管中的增 壓裝置以及廢氣門，圖2示出了穿過根據本發明所提出的具有調節力產生裝置的電氣動調節裝置的 截面圖，圖3示出了迄今電氣動調節裝置中的調節力產生裝置，圖4相對于具有增壓壓力支持的根據本發明所提出的電氣動調節裝置的膜片桿 的位置示出了調節力的曲線圖。
具體實施例方式由圖1可看到內燃機的進氣歧管和排氣歧管，具有集成在內燃機的排氣歧管中的 增壓裝置。如圖1所示，在內燃機10的排氣歧管中布置的增壓裝置12設計為廢氣渦輪增壓 器。增壓裝置12包括壓縮機部分16和渦輪機部分18。增壓裝置12的壓縮機部分16通過 進氣管從外界中吸入新鮮空氣并將其壓縮到增壓壓力Ρ2。增壓壓力P2處于大約為2bar的數量級中。壓縮到增壓壓力P2的新鮮空氣通過增壓空氣冷卻器28被輸送給節流裝置30，該節流裝置在輸入側連接在內燃機10之前。在增壓裝置12的壓縮機部分16前方存在外 界壓力Pu。壓縮到增壓壓力水平、也就是說壓縮到增壓壓力P2的新鮮空氣在進氣閥32打開 的情況下在內燃機的燃燒室36中引導，并且在內燃機10的排氣沖程中，在排氣閥34打開 的情況下被導入排氣歧管中。內燃機的廢氣流入增壓裝置12的渦輪機部分18中并且驅動了渦輪機部分18，該 渦輪機部分又驅動了壓縮機部分16。為了調節增壓裝置12，為其分配有廢氣門20。廢氣門 調節裝置22用于操縱該廢氣門20，該廢氣門調節裝置又由調節裝置24來操縱。借助于廢 氣門20可以將廢氣的一部分氣流繞過設計為廢氣渦輪增壓器的增壓裝置12的渦輪機部分 18。在廢氣門20上，在其封閉的狀態下要爭取達到盡可能小的泄漏值。例如設計為盤閥的 廢氣門20在封閉的狀態下、也就是說在排氣歧管中調節到止擋的位置上，經受到非常大的 力，該力源于在密封區域中的表面壓力以及在廢氣波動。為了使廢氣門20在封閉的狀態下 保持密封而需要的力至少與增壓壓力P2成正比地增加。廢氣門20通過廢氣門調節裝置22 來操縱，該廢氣門調節裝置又由調節裝置24來操縱。在調節裝置24上連接有負壓源26，例 如設計在內燃機上的真空泵，通過其例如給制動力增強器加載。圖2示出了廢氣門調節裝置的調節力曲線圖，不僅有在壓力方向上的調節力，而 且也有在拉力方向上的調節力，其中出現的調節力相對廢氣門調節裝置的膜片桿的位置來 示出。由圖2可看到，即廢氣門調節裝置22的膜片桿76 (與圖3相比)的調節行程通過 標號50標出，而廢氣門調節裝置22的調節力曲線圖通過標號52標出。在運行區域54之
內出現的、膜片桿76 (與圖3相比)的位置通過標號54. 1、54. 2、54. 3.....直至54. 9標出。
標號56表示了在壓力方向上的調節力，由廢氣門調節裝置22在壓力方向上施加，該調節力 隨著相應增大的調節行程，與位置54. 1直至54. 9相比較連續地增加。在拉力方向上的調 節力由廢氣門調節裝置22來施加并且相應地打開了廢氣門20，該調節力通過標號58標明。 從第一位置54. 1出發，在拉力方向上的、必須由廢氣門調節裝置22來施加的調節力58直 至最大位置54. 9為止連續地減少。調節力曲線56、58適用于這種情況，即廢氣門調節裝置 22加載上大氣壓力Pu。由根據圖3的視圖可看到穿過根據本發明所提出的廢氣門調節裝置22的截面圖， 其替代了以外界壓力和大約為0. 3bar的供給負壓，而是以增壓壓力P2和處于為0. 3bar的 數量級中的負壓來加載，并且因此允許更高的調節力產生。圖3示出了，即廢氣門調節裝置22包括殼體60。在殼體60上，在鉸鏈64中可活 動地支承有調節桿62，通過該調節桿來操縱廢氣門20(與根據圖1的視圖相比較)。廢氣 門20的操縱在下面可理解為廢氣門調節裝置22的打開行程或關閉行程。在圖3中以截面圖示出的廢氣門調節裝置22，除了殼體60、調節桿62和其在位置 64上的鉸鏈連接結構之外，還包括蓋65。蓋65與膜片66相連，該膜片在膜片固定機構68 上與廢氣門調節裝置22的殼體60相連。膜片固定機構68例如可以以在膜片66與蓋65 之間的螺栓連接的形式來實現，或者通過鉚釘或粘貼或類似方式來實現。正如由根據圖3的視圖所表明地，廢氣門調節裝置22的蓋65通過設計為螺旋彈簧的膜片彈簧70加載。膜片彈簧70包圍了膜片桿76，并且一方面支撐在蓋65上和另一方 面支撐在廢氣門調節裝置22的殼體60中的殼體部件上。膜片桿76 (如在圖3中所示出地)通過增壓壓力P2加載。相應地，增壓壓力P2處 于膜片桿76的在圖3中示出的右端部上，該增壓壓力加載了膜片桿76的第一通道82。膜 片桿76基本上在水平的方向上延伸并且包括第一橫孔78。第一橫孔78在環形空隙下方 通入，該環形空隙在鐵磁性的滑閥88下方形成。設計成套筒形的鐵磁性的滑閥88通過調 節彈簧86加載。調節彈簧86支撐在廢氣門調節裝置22的殼體60的殼體部分上。當為第 一通道82加載上增壓壓力p2時，該增壓壓力P2通過第一橫孔78作用于鐵磁性的滑閥88。 通過調節彈簧86加載的鐵磁性的滑閥88遮蓋了膜片桿76的第二橫孔84。對應于鐵磁性 的滑閥的位置，通過其為膜片桿76的另一個通道83加載上增壓壓力p2。通過處于設在膜 片桿76中的另外的第二通道83，增壓壓力p2也作用于膜片桿76的第三橫孔92上，其通入 廢氣門調節裝置22的工作腔72中。鐵磁性的滑閥88基本上設計成套筒形并且包括止擋 盤90。此外由根據圖3的視圖還可看到，即膜片桿76在由鐵磁性的滑閥88所包圍的區域 中具有線圈96，該線圈容納在嵌入部98中。通過負壓接管94來實現對工作腔72的加載， 如在根據圖3的視圖中所表明地那樣。由于這種情況，即在根據本發明所提出的廢氣門調節裝置22中，其工作腔72替代 了外界壓力水平Pu而以增壓壓力水平P2來加載，因此在通常處于大約0. 3bar數量級中的 供給負壓與大約為1.7bar的增壓壓力水平？2之間出現了壓力差。該壓力差Δρ允許了產 生明顯更高的、在膜片桿76的壓力方向上起作用的密封力。利用該更高的壓力，與圖4相 比，在內燃機10的排氣歧管中加載了廢氣門20的調節桿62可以在關閉方向上被加載，從 而廢氣門20特別是在其關閉位置上施加了所需要的表面壓力以用于產生密封力，而且可 能存在于內燃機的廢氣流中的壓力波動也這樣來經受住，即廢氣門20通過廢氣門調節裝 置22，由于提高的、在壓力方向上起作用的調節力而可以保持關閉。如由根據圖3的視圖可看到的，廢氣門調節裝置22的膜片桿76通過增壓壓力水 平P2來加載。增壓壓力水平P2通過第一通道82在鐵磁性的滑閥88下方作用于第一橫孔 78上。對應于膜片桿76的第二橫孔84的開口度，根據鐵磁性的滑閥88的位置，所述另外的 在膜片桿76中的第二通道被加載上增壓壓力水平P2，其中所述第二通道通入第三橫孔92 中并且進而通入工作腔72中。存在于工作腔72中的壓力作為額定/實際值偏差的函數進 行調節；這種調節利用集成的控制器來實現，該控制器調節了在工作腔72中的、在界限內、 也就是說大約為0. 3bar的負壓與處于2bar的數量級中的增壓壓力水平P2之間的壓力。由根據圖3的視圖還可看到，即在那里示出的廢氣門調節裝置22的膜片桿76直 接地通過增壓壓力水平P2來加載。相應地，在廢氣門調節裝置22的這一側上可以完全取 消空氣過濾器以及由空氣過濾器所遮蓋的物體，例如空氣過濾器保持架，這對根據本發明 所提出的廢氣門調節裝置22的安裝尺寸產生了有利的影響。由根據圖3的視圖還可看到，即廢氣門調節裝置22的工作腔72由膜片彈簧70穿 過。膜片彈簧70—方面包圍膜片桿76，并且另一方面支撐在膜片66的內側面上(相對于 工作腔72)。廢氣門調節裝置22的工作原理根據圖3顯示如下。膜片桿76的第一通道82通過由增壓裝置12產生的增壓壓力水平P2來加載。膜片桿76的第一通道82通入第一橫孔78中，該第一橫孔由可活動地支承在膜片桿76的周邊上的鐵磁性的滑閥88所封閉。由鐵磁性的材料制成的滑閥88由調節彈簧86加載。此 夕卜，該相對于膜片桿76的周邊可移動的、設計成套筒形的鐵磁性的滑閥88也包圍膜片桿76 的第二橫孔84。對應于第二橫孔84被鐵磁性的滑閥88的遮蓋度，增壓壓力水平P2經過另 一個第二通道83 (該通道同軸于膜片桿76并穿過它)到達第三橫孔92，該第三橫孔在它那 一側加載了廢氣門調節裝置22的工作腔72。對應于力平衡，該力平衡在鐵磁性的滑閥88 上(該鐵磁性的滑閥是調節元件且可活動地遮蓋了設在膜片桿76中的第一通道82和第二 通道83)由于磁線圈56的饋電根據其PWM信號和調節彈簧86來調節，于是增壓壓力水平 P2或者是被中止，或者是經過第三橫孔92到達工作腔72中。基于這種情況，可以在工作腔 72中產生明顯更高的壓力差八？，該壓力差來自于在大約為0.31^ r水平的負壓水平與增 壓壓力水平P2(例如是大約2bar之間)的差。由此可以將明顯更大的力施加到調節桿72 上，而該調節桿借助于鉸鏈64鉸接在蓋65上。因此例如可以使得經受了在內燃機的廢氣 中的壓力波動的廢氣門20保持關閉，并且也可以可靠地且以簡單的手段來產生并維持住 在廢氣門20上的對于密封住廢氣門_旁路來說是必需的密封力。盡管電氣動調節裝置22 被突出地與增壓裝置12的廢氣門20相聯系地來描述，然而當然因此也可以利用根據本發 明所提出的電氣動調節裝置22來操縱在內燃機10上的另外的構件，該內燃機具有用于產 生增壓壓力水平P2的增壓裝置12。根據圖4的視圖可看到在電氣動調節裝置上的調節力曲線圖，該調節裝置的工作 腔替代了以大氣壓力加載，而是以增壓壓力水平P2來加載。如由圖4所能看到的，與在圖2中所示出的調節力曲線56相比在壓力方向上存在 明顯更大的調節力，類似標號為112，在膜片桿76的或者設計成桿狀的調節元件62的單個 的調節位置54. 1至54. 9之間。根據圖4的視圖還可看到，即以標號110標出的調節力的 曲線以明顯更低的水平在例如對應于為2mm的調節行程的第一位置54. 1以及直至最大的 調節位置54. 9 (例如為18mm的調節行程)之間延伸。在壓力方向上起作用的、通過根據本發明所提出的電氣動調節裝置22所產生的 增大的調節力共同地由這種壓力組成由膜片彈簧70所產生的壓力，該膜片彈簧從內側面 加載電氣動調節裝置22的蓋65;以及由壓力差Δρ，該壓力差存在于工作腔72之內。壓力 差Δ ρ由在加載了工作腔72的、在輸出側處于增壓裝置12的壓縮機部分上的增壓壓力水 平口2與處于為大約0. 3bar的數量級中的負壓之間的壓力差來得出。通過這種壓力差Δρ， 特別可以根據圖4中的視圖在壓力方向上實現調節力曲線112。
權利要求
一種電氣動調節裝置(22)，用于操縱在具有增壓裝置(12)的內燃機(10)上的成套設備(20)，其中所述電氣動調節裝置(22)具有殼體(60)，在所述殼體中在膜片桿(76)上可活動地導引有調節元件(88)，其特征在于，根據所述調節元件(88)的相對位置，對所述殼體(60)中的工作腔(72)或者以增壓壓力水平p2進行充氣，或者進行排氣，或者封閉所述工作腔(72)。
2.根據權利要求1所述的電氣動調節裝置(22)，其特征在于，所述工作腔(72)由膜片 (66)限定，所述膜片由膜片彈簧(70)加載。
3.根據權利要求1所述的電氣動調節裝置(22)，其特征在于，所述增壓壓力水平p2作 用于膜片桿(76)，所述膜片桿具有第一通道(82)和橫孔(78，84，92)，所述橫孔由所述調節 元件(88)包圍，所述調節元件設計成套筒形的和鐵磁性的。
4.根據權利要求3所述的電氣動調節裝置(22)，其特征在于，所述調節元件(88)由調 節彈簧(86)加載。
5.根據權利要求3所述的電氣動調節裝置(22)，其特征在于，所述鐵磁性的調節元件 (88)根據由磁線圈(96)所產生的磁力來打開或封閉第二橫孔(84)的橫截面。
6.根據權利要求3所述的電氣動調節裝置(22)，其特征在于，對應于所述鐵磁性的調 節元件(88)相對于所述第二橫孔(84)的位置，增壓壓力水平P2通過所述膜片桿(76)的 第三橫孔(92)而存在于所述工作腔(72)中，并且在所述膜片(66)的內側面上加載所述膜 片(66)。
7.根據權利要求1所述的電氣動調節裝置(22)，其特征在于，所述膜片(66)由密封件 在周向方向上包圍。
8.根據權利要求1所述的電氣動調節裝置(22)，其特征在于，用于操縱所述增壓裝置 (12)的廢氣門(20)的調節桿(62)在所述電氣動調節裝置(22)的蓋(65)上容納在鉸鏈 (64)中。
9.根據權利要求3所述的電氣動調節裝置(22)，其特征在于，所述膜片桿(76)延伸穿 過所述工作腔(72)。
10.根據權利要求3所述的電氣動調節裝置(22)，其特征在于，所述膜片桿(76)具有 第一通道(82)和與所述第一通道分開的第二通道(83)，它們的橫孔(78，84)由所述鐵磁性 的調節元件(88)遮蓋，并且根據所述鐵磁性的滑閥(88)相對于所述第二橫孔(84)的遮蓋 度，以增壓壓力水平p2加載所述第二通道(83)。
全文摘要
本發明涉及一種電氣動調節裝置(22)，用于操縱在具有增壓裝置(12)的內燃機(10)上的成套設備(20)。電氣動調節裝置(22)具有殼體(60)，在該殼體中在膜片桿(76)上可活動地容納有調節元件(88)。根據調節元件(88)的相對位置，對工作腔(72)以增壓壓力水平p2進行充氣，進行排氣，或者封閉工作腔(72)。
文檔編號F15B15/10GK101821515SQ200880110759
公開日2010年9月1日 申請日期2008年9月3日 優先權日2007年10月9日
發明者M·鮑爾勒, V·里肯 申請人:羅伯特.博世有限公司