本发明涉及一种用于操作内燃发动机的使用装置的机电致动器。本发明在调节涡轮增压器方面发现了有利的但非排他性的应用。
背景技术：
如已知的那样，由涡轮增压器增压系统增压的内燃发动机包括多个气缸，每个气缸连接到进气歧管和排气歧管。进气歧管通过由蝶形阀调节的进气管道接收包括废气和新鲜空气(即来自外部的空气)的气体混合物。然后将排气管道连接到排气歧管，所述排气管道将废气供应到排气系统，该排气系统将燃烧气体释放到大气中并且通常包括至少一种催化剂(任选地设置有防微粒过滤器)以及设置在催化剂下游的至少一个消音器。
内燃发动机过充系统包括具有涡轮的涡轮增压器，涡轮增压器沿着排气管道布置成在由气缸喷射的废气的推力下高速旋转；以及压缩机，其沿着进气管道布置，并且机械地连接到涡轮以便通过涡轮旋转以增加进气管道中的空气压力。
内燃发动机还包括高压排气再循环回路和低压排气再循环回路，egr阀沿着高压排气再循环回路和低压排气再循环回路布置以调节废气流率。此外，设置多个用于移动装置的运动机构，所述装置诸如像调节废气流率的egr阀和/或涡轮增压器叶片(在可变几何涡轮增压器的情况下)。
蝶阀和上述装置(诸如egr阀)都由机电转向致动器在打开位置和闭合位置之间进行控制，以及反之亦然。机电致动器通常包括容纳电动马达和齿轮传动装置的壳体，该齿轮传动装置将来自电动马达的运动传递到用于操作装置(诸如像蝶阀)的界面。通常情况下，致动器壳体由铝和/或塑料材料制成。
为了满足在尺寸减小(特别是在轴向方向上)和重量以及成本控制方面越来越严格的要求，目前的趋势是减少所使用部件的厚度或使用低密度的材料；然而，机电致动器的容纳主体因此经常受到由于机械应力和热应力所导致的变形的影响。
技术实现要素：
因此，本发明的目的是提供一种机电致动器，用于操作内燃发动机的使用装置，特别是用于操作涡轮增压器的使用装置，所述机电致动器不存在现有技术的缺点，并且可以容易且廉价地制造。
根据本发明，提供一种机电致动器，用于操作内燃发动机的使用装置，特别是用于操作涡轮增压器调节系统的使用装置；其中所述机电致动器具有：
通过下部元件形成并且保持封闭的座的壳体，所述封闭的座设置有对称轴线和盖子，所述盖子又设置有与所述对称轴线同轴的通孔；
轴，所述轴与所述对称轴线同轴并且包括接合所述座的下部和直径不均匀且小于所述下部的直径的上部；上部被分为将其连接到下部的区段、中央区段和从开口突出以操作使用装置的上部区段；
电动马达，其通过传动装置使得所述轴旋转并容纳在形成在所述下部元件中的座中；
管状衬套，与所述对称轴线同轴并介于所述下部和所述座之间；
其中所述下部设置有周边环形凹槽，所述周边环形凹槽设计成容纳介于所述下部与所述座之间的环形密封垫，其中所述环形密封垫的上表面限定用于所述衬套的支撑表面，并且其中衬套的上表面与座的上表面共面，从而限定用于传动装置的第一元件的撞针(striker)。
附图说明
现在将参照示出非限制性实施例的实例的附图来描述本发明，其中：
-图1是增压内燃发动机的示意图；
-图2是用于操作根据本发明制造的图1所示内燃发动机中的装置的机电致动器的透视图和局部剖视图；
-图3是图2所示机电致动器的分解视图；
-图4a)至图4d)依次示出图2的一些致动器部件的组装过程；以及
-图5和图6以两种不同的操作配置示出图2所示致动器的放大视图。
具体实施方式
图1以附图标记1指示由涡轮增压器增压系统2增压的整个内燃发动机。
下面的描述将明确地参考内燃发动机1被增压的情况，但不丧失其一般性。用于操作使用装置的机电致动器显然适用于具有不同结构和系统的内燃发动机1。
内燃发动机1包括多个气缸3(具体地，图1示出四个气缸3)，每个气缸通过至少一个相应的进气阀(未示出)连接到进气歧管4，并且通过至少一个相应的排气阀(未示出)连接到排气歧管5。所述进气歧管4通过进气管道6接收新鲜空气(即，来自外部的空气)，进气管道6设置有空气过滤器7并由蝶形阀8调节。根据优选的变型，流量计7*在空气过滤器7的下游沿着进气管道6设置。另外，沿着进气管道6设置有用于冷却吸入空气的中间冷却器9。排气歧管5连接到排气管道10，该排气管道10将废气燃烧气体供应到排气系统，该排气系统将燃烧气体释放到大气中并且通常包括至少一种催化剂11和布置在催化剂11下游的至少一个消音器(未示出)。
内燃发动机1的增压系统2包括：设置有涡轮13的涡轮增压器12，涡轮增压器12沿着排气管道10布置以在由气缸3喷射的废气的推力下高速旋转；和压缩机14，其沿着进气管道6布置，并且机械地连接到涡轮13以通过涡轮13旋转以增加供应到进气管道6中的空气压力。
沿着排气管道10设有旁路管道15，该旁路管道15与涡轮13并联连接，以使旁路管道15的端部在涡轮13的上游和下游。沿着旁路管道15设置有废气门阀16，其调节流经旁路管道15的废气流量，并由致动器17控制。
内燃发动机1还包括高压egrhp回路，高压egrhp回路又包括与由气缸3、进气歧管4和排气歧管5形成的组合件并联连接的进气管道18。沿着旁路管道18设置的poff阀19调节流经旁路管道18的废气流量，并由egr电磁阀20操作。用于冷却离开排气歧管5的气体的热交换器21沿着旁路管道18设置在poff阀19的下游。
内燃发动机1由电子控制单元22控制，电子控制单元22控制内燃发动机1所有部件的操作。电子控制单元22连接到测量进气歧管4中的气体混合物的温度和压力的传感器23，以及电子控制单元22连接到测量内燃发动机1的旋转速度的传感器24，以及电子控制单元22连接到测量在催化剂11上游的废气的空气/燃油比的传感器25(典型地是uhego或uego线性氧传感器-已知且因此未详细描述)。
内燃发动机1最后包括低压egrlp回路，低压egrlp回路又包括沿着排气管道10的旁路管道26；旁路管道26与涡轮增压器12并联连接。调节流经旁路管道26的废气流量的egr阀27沿着旁路管道26设置。用于冷却离开排气歧管5并且流入压缩机14的气体的热交换器28也沿着旁路管道26布置在阀27的上游。低压egrlp回路包括三通混合装置(未示出)，三通混合装置布置在排气管道10和进气管道6之间的交叉点处，并且调节来自排气管道10的废气与进气管道6中的新鲜空气的混合。
低压egrlp回路源自催化剂11下游的排气管道10，以便吸入已经被催化剂11处理过且其压力仅略高于大气压力的废气。以这种方式，由旁路管道26再循环的废气是“更清洁的”，即具有更少量的污染物。该配置也被称为“长途路线”egr，因为旁路管道26必须长于其达到催化剂11下游的长度。
图2至图6详细示出了设计用于控制内燃发动机1的使用装置(例如废气门阀16)的机电致动器17。
可选地，机电致动器17可以被设计为控制内燃发动机1的以下使用装置中的任一个：蝶形阀8；控制poff阀19的egr电磁阀19，其调节通过旁路管道的气体流速，电磁阀控制egr阀27以调节通过旁路管道26的排气流速，电磁阀控制布置在排气管道10和抽吸管道6之间的交叉点处的三路混合装置，控制构成涡轮增压器12的设备的装置(例如叶片和/或阀)，即水阀/油阀，涡流旋/滚流阀以及气动阀和叶片。
如图2至6所示，机电致动器17包括由下部元件30和盖31制成的壳体29，下部元件30和盖31通过布置在壳体29的周边上的多个闭合夹32适当地连接，并且在内部限定隔室v。下部元件30和盖31之间的密封由容纳在形成在盖31中的凹槽34中的环形垫33保证。
在隔室v中设有座35，所述座具有对称轴线x，所述座在底部闭合并且是杯形的。座35由从下部元件30的基壁37突出到壳体29之外的底壁36和构成分段38*以及38**的圆柱形侧壁38限定，分段38*将圆柱形侧壁38连接到基壁37并且分段38**伸入到隔室v内。座35设计成容纳轴39的一部分，也与对称轴x同轴。轴39具有不均匀的宽度。
如图4a)-4d)所示，轴39包括具有不均匀直径的下部40和上部41；特别地，上部41被分成将上部连接到下部40的区段42，区段42具有比下部40更小的厚度和更小的直径；其直径小于区段42的中心区段43；以及上部区段44；上部区段44具有小于中心区段43的直径。因此，三个台肩45形成在沿着上部41的对称轴线x的三个分段变化点处。第一台肩45a形成在下部40和连接区段42之间，第二台肩45b形成在连接区段42和中央区段43之间，最后一个台肩45c形成在中心区段43和上部区段44之间。
如图2、图4a)和图4b)最佳所示，下部40设置有环形周边凹槽46，该环形周边凹槽46形成在下部40的下端附近，且设计成容纳环形密封垫47，该环形密封垫在使用中接合凹槽46并从轴39向外突出。
如图2和图4c)最佳所示，环形密封垫47的上表面48限定用于管状衬套49的支撑平面，管状衬套49与对称轴线x同轴。衬套49的尺寸被设计成使得其从环形密封垫的上表面沿着下部40的整个长度延伸。在使用中，衬套49的上表面50基本上与台肩45a共面以及与侧壁38的上表面51共面，从而限定用于带齿元件的撞针，如最好在下面描述。
轴39可以通过使用不同的集成材料制成，可以组装或制成一体。
下部40完全布置在座35内，而上部区段44延伸穿过形成在盖31中的与对称轴线x同轴的通孔52，并且与通孔53接合，该通孔53在界面杆54中形成，该界面杆54操作内燃发动机1的使用装置。可选择地，内燃发动机1的使用装置可以通过在轴39上直接获得的任何几何形状来操作，特别是在上部区段44处获得的任何几何形状。
如果内燃发动机1的使用装置通过界面杆54被操作，则使用装置通过与其成一体的轴39的上部41来操作。界面杆54和上部41之间的连接可以通过任何类型的连接来实现，例如，通过焊接(特别是通过激光焊接)。
如果内燃发动机1的使用装置通过轴39的几何形状直接操作，则发生同轴扭矩夹持(grip)；换句话说，使用装置通过轴39直接操作，特别是通过上部40，而不是利用界面杆46。
机电致动器17由电动马达55操作，该电动马达55容纳在专用座56中，该专用座56在延伸出壳体29的下部元件30中形成。
运动通过合适的传动装置从电动马达55传递到轴39。传动装置可以通过不同的解决方案来选择性地获得，所述解决方案包括例如使用皮带等。在优选实施例中，运动传动装置通过齿轮来实施。特别地，齿轮传动装置包括带齿的驱动元件57，该带齿的驱动元件57优选制成典型的双齿轮，该双齿轮接收来自电动马达55的运动并与带齿元件58接合，该带齿元件58也优选地制成经典的双齿轮。带齿元件58接收来自带齿驱动元件57的运动，并将该运动传递给另一带齿元件59，该另一带齿元件59与运动传递到其的轴39配合。
如图2和图4d)最佳所示，带齿元件39与对称轴线x同轴并且适配到上部41，特别是适配到连接区段42上。带齿元件59优选地制成带齿区段。带齿元件59由塑料制成，共同模制在金属插入件60上。带齿元件59还包括磁体61，磁体61制造为顶部半环形附件，该附件由朝向盖31突出的磁性材料制成。在使用中，带齿元件59可在分别如图5和6所示的两个极限止动位置之间移动。根据一个优选变型，磁体61由塑料钕制成。
在与带齿元件59的连接分段处，连接区段42的外表面具有与带齿构件59的内表面的轮廓互补的轮廓，从而它们通过它们的匹配形状连接。
为了防止任何摩擦学问题(例如摩擦和磨损)，可以提供减摩涂层和/或合适的表面处理。
为了在机械强度、耐热性、重量和成本之间获得良好的折中，在优选实施例中，下部元件30由金属制成，优选由铝制成，盖31由塑料材料制成，并且轴39由金属制成，最好是由钢制成。
机电致动器17还设置有传感器62，传感器62布置在面向并接近带齿元件5的位置处，以检测带齿构件围绕对称轴线x的旋转运动。根据第一变型，传感器与盖31的内部表面构成整体。根据另一变型，传感器62与下部元件30构成整体。
传感器62被固定在直接面向磁体61的位置。传感器62被设计为检测磁体61绕对称轴线x的移动。另外，传感器62被配置成检测在图5所示的止动位置处以及在图6所示的止动位置处磁体61的存在。
由于传感器62的读数不受轴向间隙的影响，所以传感器62面向磁体61的特定布置允许仅获得磁体61的位置的径向读数，并因此获得减小的公差链。此外，通过改变磁体61的几何形状或通过改变传感器62与磁体61之间的现有空间，可以干预传感器62的电磁规格。
根据一个优选的变型，轴39和盖31之间的密封由共同模制在盖31中的环形增强垫63确保，盖31与对称轴线x同轴。增强垫63布置在通孔52中。根据一个优选实施例，增强垫63包括附件64，附件64在使用中在隔室v中延伸到轴39的中心区段43和磁体61之间的空间中。
在使用中，由电子控制单元22控制的电动马达55通过齿轮传动装置使与轴39成一体的带齿元件59旋转。通过围绕对称轴线x旋转轴39，运动通过界面杆54或直接通过控制使用装置的轴39的几何形状传递到使用装置。
应该注意的是，轴39(在机电致动器17没有界面杆54的情况下)或由轴39的上部区段44和与所述上部区段44一体的界面杆54形成的组合件(在设置有界面杆54的机电致动器17的情况下)只能被引导通过盖子31。换句话说，轴39的分段或由轴39的上部区段44以及由与所述上部区段44一体的界面杆54形成的组合件布置在壳体29的与其中一个电动马达44相对的一侧上。
这里描述的机电致动器17具有几个优点。具体而言，制造简单且成本低，尺寸紧凑，并且各种部件的特征在于对应力的高机械阻力和热阻抗。