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1. (DE102008004689) Elektronischer Stellantrieb zur Betätigung eines Ventils in einem Turbolader für ein Kraftfahrzeug
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Beschreibung
[0001]  Die Erfindung bezieht sich auf einen elektronischen Stellantrieb zur Betätigung eines Ventils in einem Turbolader für ein Kraftfahrzeug. Stellantriebe zur Betätigung von Ventilen in Turboladern für Kraftfahrzeuge sind bekannt. Die Anordnung der Ventile ist dabei notwendig, um die Luftmenge im Turbolader in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen zu regeln. Die Ventile stehen dabei in der Regel mit Bypassleitungen in Verbindung, über die gegebenenfalls überschüssige Luftmengen oder Abgasmengen abgeführt werden können. Zur Betätigung der Ventile bedient man sich in der Regel nach dem Stand der Technik so genannter pneumatischer Stellantriebe, die bei einem oberen Grenzwert des Druckes im Turbolader das jeweilige Ventil öffnen und so den Bypass zur Abfuhr der überschüssigen Luftmenge beziehungsweise Abgasmenge freigeben. Dabei werden Kräfte gegen Federsysteme aufgebracht und auf den Einsatz von Elektromotoren verzichtet. Fällt anschließend der Druck im Turbolader auf einen speziellen Grenzwert ab, wird das jeweilige Ventil durch Federkräfte geschlossen. Bei diesen pneumatischen Stellantrieben ist nachteilig, dass die Ventile geöffnet beziehungsweise geschlossen werden, ohne dass es möglich ist, Positionen des Ventils gezielt zwischen der vollständig geöffneten Position und der vollständig geschlossenen Position einzustellen. Um solche Zwischenpositionen des Ventils einstellen zu können, bedient man sich nach dem Stand der Technik ferner elektrisch bestromter Stellantriebe. Diese haben jedoch den Nachteil, dass die Elektromotoren, die den elektrischen Stellantrieb mit elektrischer Energie versorgen, in jeder Position des Ventils kontinuierlich mit elektrischem Strom beaufschlagt werden müssen. Dies hat zur Folge, dass der Elektromotor entsprechend hoher Leistungen ausgelegt werden muss. Dabei ist ferner nachteilig, dass ein entsprechend großer Bauraum für den relativ groß dimensionierten Elektromotor geschaffen werden muss.
[0002]  Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektronischen Stellantrieb zur Betätigung eines Ventils in einem Turbolader für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, mit dem sich Bauraum einsparen lässt und der Stromverbrauch möglichst niedrig gehalten werden kann.
[0003]  Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch einen elektronischen Stellantrieb zur Betätigung eines Ventils in einem Turbolader für ein Kraftfahrzeug gelöst, der mindestens eine selbsthemmende Spindel aufweist, die drehbar gelagert ist und die mit einer in der Längsachse der mindestens einen Spindel verschiebbar angeordneten Spindelmutter im Eingriff steht. Die Selbsthemmung der Spindel wird ingenieurmäßig über die Steigung der Flanken der Spindel entsprechend ausgelegt. Die Spindelmutter ist mit dem Ventil beispielsweise über eine Ventilstange verbunden, so dass sich alle gewünschten Positionen des Ventils zwischen der vollständig geöffneten Position und der vollständig geschlossenen Position des Ventils auf relativ einfache Weise einstellen lassen. Es hat sich in überraschender Weise gezeigt, dass durch die Anordnung einer selbsthemmenden Spindel im elektronischen Stellantrieb eine kontinuierliche Bestromung des Elektromotors während der Aufrechterhaltung einer speziellen Position des Ventils vermieden werden kann, was zu einer Reduzierung des Stromverbrauchs führt. Aufgrund dieser Tatsache ist es möglich, den Elektromotor in vorteilhafter Weise kleiner auszulegen. Dies wiederum wirkt sich direkt in vorteilhafter Weise auf eine Verkleinerung des Bauraums aus. Der elektronische Stellantrieb arbeitet ökonomisch besonders vorteilhaft, was zu einer Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades des elektronischen Stellantriebs und damit zu einer vorteilhaften Reduktion von CO 2 im Betrieb des Kraftfahrzeugs führt.
[0004]  Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass der Elektromotor im elektronischen Stellantrieb angeordnet ist und der Elektromotor und mindestens eine selbsthemmende Spindel dieselbe Längsachse aufweisen. Dadurch wird der elektronische Stellantrieb besonders kompakt ausgeführt, was seine Fertigung erleichtert und zu einer weiteren Einsparung von erforderlichem Bauraum führt.
[0005]  Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der elektronische Stellantrieb eine einzige selbsthemmende Spindel auf, an deren einem Ende, das dem Elektromotor zugewandt ist, der Signalgeber angeordnet ist. Durch den Signalgeber wird der Elektromotor entsprechend gesteuert beziehungsweise geregelt. Seine Anordnung an dem einen Ende der einzigen selbsthemmenden Spindel erleichtert zusätzlich in vorteilhafter Weise die kompakte Ausgestaltung des elektronischen Stellantriebs, so dass sich der erforderliche Bauraum für den elektronischen Stellantrieb minimieren lässt.
[0006]  Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Spindelmutter mit dem als Ventil angeordneten Ventil in der Abgasleitung des Turboladers in Verbindung steht. Die Verbindung der Spindelmutter mit dem Ventil in der Abgasleitung kann dabei direkt oder indirekt über weitere Zwischenteile erfolgen. Die Verbindung des elektronischen Stellantriebs mit einem Ventil in der Abgasleitung des Turboladers erleichtert in besonders vorteilhafter Weise die Regelung der Luftmenge im Turbolader, da es aufgrund der Betriebsbedingungen in der Abgasleitung des Turboladers besonders vorteilhaft ist, die Regelung der Luftmenge über die Anordnung eines Bypasses um die Abgasturbine vorzunehmen. Nachteile der Einflüsse im Brennraum des Motors werden so in vorteilhafter Weise mini-miert.
[0007]  Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung ( Fig.1, Fig.2) näher und beispielhaft erläutert.
[0008]  Fig.1 zeigt einen Turbolader im Schnitt mit der Anordnung des Ventils in der Abgasleitung.
[0009]  Fig.2 zeigt den elektronischen Stellantrieb im Längsschnitt.
[0010]  In Fig.1 ist der Turbolader für ein Kraftfahrzeug im Schnitt mit der Anordnung des Ventils 13, das über den elektronischen Stellantrieb (nicht dargestellt) betätigt wird, schematisch vereinfacht dargestellt. Dem Verdichter 8 wird eine Luftmenge L zugeführt, die anschließend in den Brennraum B des Motors gelangt. Die Abgase werden über die Abgasleitung 10 aus dem Brennraum des Motors abgeführt und in der Regel über die Abgasturbine 9 des Turboladers dem Auspuff 11 zugeführt. Der Verdichter 8 und die Abgasturbine 9 stehen dabei über eine drehbar gelagerte Antriebswelle 12 in Verbindung. Steigt der Druck innerhalb des Turboladers zu stark an, ist es erforderlich, das Ventil 13, das in der Abgasleitung 10 angeordnet ist, über die Spindelmutter 4 des elektronischen Stellantriebs zu betätigen. Über die Spindelmutter 4 wird das Ventil 13 in Abhängigkeit von der Höhe des überschüssigen Druckes im Turbolader teilweise bis vollständig geöffnet, so dass eine speziell vorbestimmte Menge an Abgas über die Bypassleitung 10a direkt in den Auspuff 11 gelangen kann. Wird dabei die Position des Ventils 13 eine gewisse Zeit lang beibehalten, ist es nicht erforderlich, den elektronischen Stellantrieb kontinuierlich mit elektrischem Strom zu versorgen, so dass der Verbrauch an elektrischem Strom relativ gering gehalten werden kann. Dies ermöglicht die vorteilhafte Anordnung mindestens einer selbsthemmenden Spindel (nicht dargestellt), die drehbar gelagert ist und die mit einer in der Längsachse der mindestens einen Spindel verschiebbar angeordneten Spindelmutter 4 im Eingriff steht. Auf diese Weise ist eine kontinuierliche Regelung der Luftmenge innerhalb des Turboladers bei gleichzeitiger Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades, die direkt zu einer Reduktion an CO 2 führt, auf einfache Weise möglich.
[0011]  In Fig.2 ist der elektronische Stellantrieb zur Betätigung eines Ventils (nicht dargestellt) in einem Turbolader für ein Kraftfahrzeug im Längsschnitt dargestellt. Er weist eine einzige selbsthemmende Spindel 3 auf, die drehbar gelagert ist und die mit einer in der Längsachse der mindestens einen Spindel 3 verschiebbar angeordneten Spindelmutter 4 im Eingriff steht. Die Spindelmutter 4 wird dabei durch das Lager 5 geführt. Die eine selbsthemmende Spindel 3 wird durch einen Elektromotor 1 angetrieben, der über den Signalgeber 7 entsprechend angesteuert wird. Der Elektromotor 1 ist in einem ersten Gehäuseteil 2a des elektronischen Stellantriebs angeordnet. Die selbsthemmende Spindel 3 ist zusammen mit der Spindelmutter 4 in einem zweiten Gehäuseteil 2b des elektronischen Stellantriebs angeordnet. Der Elektromotor 1 und die selbsthemmende Spindel 3 weisen dieselbe Längsachse auf, wodurch der elektronische Stellantrieb kompakt baut und nur einen sehr geringen Bauraum benötigt. Die Bestromung des Elektromotors 1 erfolgt über den elektronischen Anschluss 6. An dem einen Ende der selbsthemmenden Spindel 3, das dem Elektromotor 1 zugewandt ist, ist der Signalgeber 7 angeordnet, was sich ebenfalls positiv auf die kompakte Bauweise des elektronischen Stellantriebs auswirkt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Spindelmutter 4 mit einem als Ventil (nicht dargestellt) angeordneten Ventil in der Abgasleitung (nicht dargestellt) des Turboladers in Verbindung steht. Dies kann direkt oder indirekt erfolgen. Der elektronische Stellantrieb arbeitet mit minimaler Energiezufuhr, da der Elektromotor 1 während der Aufrechterhaltung einer jeden Ventilposition durch die selbsthemmende Wirkung der selbsthemmenden Spindel 3 nicht kontinuierlich bestromt werden muss. Dies wirkt sich direkt vorteilhaft auf den Gesamtwirkungsgrad aus und dient dabei gleichzeitig der Reduzierung der CO 2-Menge während des Betriebes des Kraftfahrzeuges.