Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Fluidsteuerventil und
insbesondere auf ein Fluidsteuerventil mit einem Einlassrohr, das in einem positiven,
spitzen Winkel hinsichtlich einer Ventilachse orientiert ist.
Es wurden Abgassysteme vorgeschlagen, die ein sekundäres Luftzuführungsgerät
zum Aktivieren eines Drei-Wege-Katalysators zum Reinigen von Abgas aufweisen. Das
Gerät führt eine sekundäre Luft von einer elektrischen Luftpumpe
zu einem Drei-Wege-Katalysatorwandler ein. Üblicherweise wird die sekundäre
Luft dann zugeführt, wenn das Abgas, das aus der Brennkammer der Brennkraftmaschine
strömt, eine relativ niedrige Temperatur hat (z.B. wenn die Kraftmaschine zum
ersten Mal gestartet wird, etc.).
1 zeigt eine Querschnittsansicht einer sekundären
Luftsteuerventilbaugruppe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
2 zeigt eine Querschnittsansicht der sekundären
Luftsteuerventilbaugruppe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
3 zeigt eine Querschnittsansicht eines Motoraktuators
für die Ventilbaugruppe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
4 zeigt eine Draufsicht des Motoraktuators gemäß
dem ersten Ausführungsbeispiel;
5 zeigt eine Querschnittsansicht der sekundären
Luftsteuerventilbaugruppe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
6 zeigt eine Querschnittsansicht einer herkömmlichen,
sekundären Luftsteuerventilbaugruppe.
Erstes Ausführungsbeispiel
Die 1 bis 4
zeigen Ansichten eines ersten Ausführungsbeispieles einer sekundären Luftsteuerventilbaugruppe
gemäß der vorliegenden Erfindung. Die sekundäre Luftsteuerventilbaugruppe
ist in einem sekundären Luftzuführungssystem (d.h. ein sekundäres
Luftzuführungsgerät) eines Fahrzeuges (z.B. ein Auto) eingebaut. Das sekundäre
Luftzuführungssystem hat eine elektrische Luftpumpe (nicht gezeigt), und die
sekundäre Luftsteuerventilbaugruppe ist wirksam mit der elektrischen Luftpumpe
durch einen sekundären Luftkanal verbunden. Außerdem ist die sekundäre
Luftsteuerventilbaugruppe mit einem Abgasrohr der Kraftmaschine durch einen anderen
sekundären Luftkanal verbunden. Somit führt die Ventilbaugruppe sekundäre
Luft in den sekundären Luftkanal zu einem Drei-Wege-Katalysatorwandler (nicht
gezeigt) ein. Bei einem Ausführungsbeispiel bewirkt diese Ventilbaugruppe diese
Fluidströmung ummittelbar nachdem eine Brennkraftmaschine (z.B. eine Benzinkraftmaschine)
gestartet wurde, um den Drei-Wege-Katalysator des Drei-Wege-Katalysatorwandlers
für einen wirksameren Betrieb zu erwärmen. In der folgenden Beschreibung
wird die Brennkraftmaschine zur Vereinfachung als Kraftmaschine bezeichnet.
Die sekundäre Luftsteuerventilbaugruppe hat einen Elektromotor
1. Das sekundäre Luftzuführungssystem gemäß diesem
Ausführungsbeispiel hat eine Kraftmaschinensteuereinheit (d.h. eine ECU) zum
elektronischen Steuern des Elektromotors 1 gemäß dem Betriebszustand
der Kraftmaschine. Die ECU ist ein Mikrocomputer mit einer allgemein bekannten Struktur
einschließlich einer CPU zum Ausführen einer Steuerung und einer Verarbeitung
und außerdem mit einer Speichervorrichtung (z.B. ein ROM und/oder ein RAM)
zum Speichern einer Vielzahl Programme und Daten. Die ECU ist eine Motorsteuereinheit
zum Einstellen einer elektrischen Leistung, die zu dem Elektromotor 1 zugeführt
wird. Die ECU steuert eine Drehzahl des Elektromotors 1 durch Ausführen
eines Steuerprogramms, das in der Speichervorrichtung gespeichert ist. Bei dem Start
der Kraftmaschine (d.h. wenn ein Zündschalter eingeschaltet wird (IG = EIN))
erfasst die ECU die Temperatur des Abgases auf der Grundlage eines Signals von einem
Abgastemperatursensor (nicht gezeigt). Wenn die erfasste Temperatur des Abgases
gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, dann wird eine elektrische Leistung
zu dem Elektromotor 1 zugeführt, um ein ASV
2 in einen geöffneten Ventilzustand anzutreiben. Eine elektrische
Leistung wird auch zu der elektrischen Luftpumpe zugeführt.
Die sekundäre Luftsteuerventilbaugruppe ist ein elektrisches
Fluidsteuerventil mit einem Luftschaltventil (d.h. das ASV) 2 und einem
Rückschlagventil 3. Die 1 zeigt nur das
ASV 2, und die 2 zeigt sowohl dass ASV
2 als auch das Rückschlagventil 3, die miteinander gekoppelt
sind. Das elektrische Fluidsteuerventil wird auch als ein elektrisches Ventilmodul
bezeichnet. Das ASV 2 wird auch als ein Fluidkanal-Öffnungs/Schließ-Ventil
oder als ein Luftkanal-Öffnungs/Schließ-Ventil bezeichnet. Das ASV
2 ist ein Ventil zum Öffnen und zum Schließen eines sekundären
Luftkanals (d.h. ein Fluidkanal), der im Inneren eines Gehäuses ausgebildet
ist. Das Rückschlagventil 3 ist ein Ventil zum Reduzieren der Fluidmenge
(z.B. des Abgases), die stromaufwärts von dem Abgasrohr zurück zu dem
ASV 2 strömt.
Das ASV 2 hat ein Gehäuse mit einem Einlassrohr
14 mit einem Einlassanschluss 15. Das Gehäuse definiert außerdem
einen Ventilanschluss 10 mit einer zylindrischen Form. Sekundäre Luft
strömt aus dem Einlassanschluss 15 durch das Einlassrohr
14 und zu dem Ventilanschluss 10 mittels Fluideinführungskanäle
16 und 17.
Das ASV 2 hat ein Tellerventil 4, das bewegbar angebracht
ist. Das Tellerventil 4 wird entlang einer geraden Mittelachse zurück
und vorwärts bewegt. Das ASV 2 hat außerdem einen Ventilsitz
5 (d.h. einen Ventilsitzbereich), an den das Tellerventil 4 gesetzt
wird.
Das Tellerventil 4 hat einen Ventilkopf 11 mit einer
Flanschform und eine Ventilwelle 12 mit einer zylindrischen Form. Anders
gesagt hat der Ventilkopf 11 eine Form, die einer Kante ähnelt, und
der Außendurchmesser des Ventilkopfes 11 ist größer als
der Außendurchmesser der Ventilwelle 12. Der Ventilkopf
11 ist an einem axialen Ende der Ventilwelle 12 vorgesehen. Bei
einem Ausführungsbeispiel ist das Tellerventil 4 aus einem Kunstharzmaterial
als eine einzige Einheit ausgebildet.
Ein elastischer Körper (z.B. ein Dichtungsgummikörper),
der aus einem Material der Gummigruppe ausgebildet ist, deckt den Ventilkopf
11 ab. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der elastische Körper
an den Ventilkopf 11 durch eine Druck/Back-Technik gekoppelt. Der elastische
Körper dient als ein Körper zum Verbessern des Dichtungszustandes (d.h.
des luftdichten Zustandes) zwischen dem Ventilkopf 11 und dem Ventilsitz
5.
Das Ende der Ventilwelle 12, das dem Ventilkopf
11 entgegen gesetzt ist (d.h. das obere Ende in den Figuren), hat eine
Zahnstange 13. Die Zahnstange 13 hat eine Vielzahl Zähne.
Die Zahnstange 13 ist ein Element eines Bewegungsrichtungsumwandlungsmechanismus,
der nachfolgend in weiteren Einzelheiten beschrieben wird.
Das Tellerventil 4 ist so angebracht, dass es sich in einer
axialen Richtung bezüglich des Ventilsitzes 5 zum Öffnen und
zum Schließen des Ventilanschlusses 10 hin und her bewegt. Insbesondere
ist bei diesem Ausführungsbeispiel das Tellerventil 4 so ausgebildet,
dass die Rückseite (d.h. die Ventilseite, die stromabwärtige Seite, etc.)
des Ventilkopfes 11 des Tellerventils 4 an der unteren Endseite
(d.h. die untere Seite, die stromabwärtige Seite, etc.) des Ventilsitzes
5 gesetzt wird.
Wenn das Tellerventil 4 in einem geöffneten Ventilzustand
ist, dann ist der Ventilkopf 11 von dem Ventilsitz 5 entfernt
(d.h. angehoben). Der Ventilkopf 11 wird an einer Position gehalten (oder
platziert), um dadurch eine Strömung des Fluides zu einem Verbindungskanal
19 zu ermöglichen, die zwischen dem Rückschlagventil
3 und dem Ventilsitz 5 erzeugt wird. Somit bewegt sich das Tellerventil
4 in dem geöffneten Ventilzustand von dem Ventilsitz 5 weg
und zu dem Rückschlagventil 3 in der Richtung der Mittelachse.
Das Rückschlagventil 3 ist stromabwärts von dem
Ventilsitz 5 und dem Ventilanschluss 10 vorgesehen. Das Rückschlagventil
3 hat eine Fluiddurchtrittsöffnung 20, durch die die sekundäre
Luft hindurch strömt. Das Rückschlagventil 3 reduziert die Abgasmenge,
die stromaufwärts von dem Drei-Wege-Katalysatorwandler weg und zu dem ASV
2 zurückströmt. Bei einem Ausführungsbeispiel verhindert
das Rückschlagventil 3, dass im Wesentlichen das gesamte Abgas stromaufwärts
zu dem ASV 2 zurück strömt. Das Rückschlagventil
3 hat ein Reed-Ventil 21, einen Reed-Stopper 22 und eine
metallische Platte 23. Das Reed-Ventil 21 hat eine Dünnfilm-Form,
und es bewegt sich zu einem geöffneten Ventilzustand aufgrund eines Druckes
der sekundären Luft, die durch die elektrische Luftpumpe geblasen wird.
Der Reed-Stopper 22 ist eine Komponente zum Beschränken
des Öffnungsgrades des Reed-Ventils 21. Anders gesagt ist der Reed-Stopper
22 eine Komponente zum Begrenzen der maximalen Öffnung des Reed-Ventils
21. Die metallische Platte 23 ist eine Platte zum festen Stützen
des befestigten Endes des Reed-Ventils 21 und des befestigten Endes des
Reed-Stoppers 22.
Das Reed-Ventil 21 ist aus einem Dünnfilm erzeugt, der
aus einem metallischen Material wie z.B. eine Blattfeder besteht. Ein Ende des Reed-Ventils
21 ist an einer stromabwärtigen Seite der metallischen Platte
23 befestigt. Das Reed-Ventil 21 hat eine bewegbare
Platte mit einer doppelten Zungenform oder einer dreifachen Zungenform. Die bewegbare
Platte wird zum Öffnen und zum Schließen der Fluiddurchtrittsöffnung
20 verwendet. Insbesondere wird die bewegbare Platte elastisch verformt
(um das befestigte Ende), damit sie sich zu der Fluiddurchtrittsöffnung
20 hin und von dieser weg bewegt. Dadurch öffnet und schließt
die bewegbare Platte die Fluiddurchtrittsöffnung 20.
Wenn das Reed-Ventil 21 in einem geöffneten Ventilzustand
durch einen Druck der sekundären Luft versetzt wird, die durch die elektrische
Luftpumpe geblasen wird, dann bewegt sich die bewegbare Platte des Reed-Ventils
21 von der stromabwärtigen Seite der metallischen Platte
23 weg, und sie gelangt mit der stromaufwärtigen Seite des Reed-Stoppers
22 in Kontakt.
Der Reed-Stopper 22 ist als eine metallische Platte hergestellt.
Ein Ende des Reed-Ventils 21 und des Reed-Stoppers 22 ist ein
befestigtes Ende. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel erstreckt sich eine
Befestigungsvorrichtung durch die metallische Platte 23, um das befestigte
Ende des Reed-Stoppers 22 und des Reed-Ventils 21 zu befestigen.
An der Seite des freien Endes entgegengesetzt zu der Seite mit dem befestigten Ende
hat der Reed-Stopper 22 einen Stopperbereich mit einer doppelten Zungenform
oder einer dreifachen Zungenform. Der Stopperbereich wird zum Beschränken des
Öffnungsgrades der bewegbaren Platte des Reed-Ventils 21 verwendet.
Das befestigte Ende des Reed-Ventils 21 ist fest an der stromabwärtigen
Seite des befestigten Endes des Reed-Ventils 21 angebracht.
Die metallische Platte 23 ist ein Rahmen (oder ein Ventilsitz),
der aus einer Aluminiumlegierung oder einem anderen geeigneten Material besteht.
Die metallische Platte 23 definiert die Fluiddurchtrittsöffnung
20. Bei einem Ausführungsbeispiel hat die metallische Platte
23 ein Gitter, das die Fluiddurchtrittsöffnung 20 abdeckt.
Die Mittelachse der Fluiddurchtrittsöffnung 20 ist nicht
an der Achse des Ventilanschlusses 10 ausgerichtet. Anders gesagt ist die
Achse der Fluiddurchtrittsöffnung 20 hinsichtlich der Achse des Ventilanschlusses
10 versetzt.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist ein Gummidichtmaterial mit
einer Gitterform an einer Kanalwandseite der Fluiddurchtrittsöffnung
20 befestigt. Die gitterförmige Gummidichtung wird unter Verwendung
einer Druck/Back-Technik oder dergleichen angebracht. Der Rahmenbereich der metallischen
Platte 23 ist breiter als bei der herkömmlichen Technologie (z.B.
mehr als bei dem Ausführungsbeispiel in der 6).
Ein Ventilantriebsgerät (d.h. ein Motoraktuator) treibt das Tellerventil
4 des ASV 2 zwischen dem geöffneten Ventilzustand und dem
geschlossenen Ventilzustand an. Das Ventilantriebsgerät hat den vorstehend
erwähnten Elektromotor 1, der durch eine elektrische Leistung angetrieben
wird, und einen Leistungsübertragungsmechanismus einschließlich eines
Bewegungsrichtungsumwandlungsmechanismus. Der Elektromotor 1 ist ein bürstenloser
Gleichstrommotor (DC-Motor) mit einem Rotor, der an einer Abgabewelle (oder an einer
Motorwelle) 31 gefügt ist, um eine einzige Baugruppe zu bilden, und
einem Stator, der einer Außenumfangsseite des Rotors zugewandt ist. Der Rotor
hat einen Rotorkern mit einem Dauermagneten. Der Stator hat einen Statorkern, der
mit einer Ankerspule umwickelt ist, und ein Joch 32 mit einer zylindrischen
Form. Wenn die ECU das Fliessen eines Stromes zu dem Elektromotor 1 zulässt,
dann dreht sich die Motorwelle 31 entweder in einer Vorwärtsrichtung
(d.h. in der Ventilöffnungsrichtung) oder in einer Rückwärtsrichtung
(d.h. die Ventilschließrichtung). Der Elektromotor 1 ist an der Öffnungsumfangskante
eines Motoreinfügungsbereiches eines Motorgehäuses 33 unter Verwendung
einer Befestigungsschraube 34 befestigt. Es ist zu Beachten, dass anstelle
des bürstenlosen DC-Motors 1 ein DC-Motor mit Bürste oder ein
AC-Motor (Wechselstrommotor) wie z.B. ein Drei-Phasen-Induktionsmotor ebenfalls
verwendet werden kann.
Der Leistungsübertragungsmechanismus ist ein Mechanismus zum
Übertragen einer Drehleistung, die durch den Elektromotor 1 erzeugt
wird, und zwar zu der Ventilwelle 12 des Tellerventils 4. Der
Leistungsübertragungsmechanismus dient als ein Untersetzungsmechanismus, um
die Drehzahl (oder die Motordrehzahl) der Motorwelle 31 des Elektromotors
1 mit einem vorbestimmten Untersetzungsverhältnis zu reduzieren. Der
Untersetzungsmechanismus hat ein Ritzel 35 (d.h. ein motorseitiges Zahnrad,
einen ersten Drehantriebskörper, etc.), das mittlere Untersetzungszahnrad
36 (d.h. einen zweiten Drehantriebskörper), das ventilseitige Zahnrad
37 (d.h. ein letztes Zahnrad in dem Untersetzungsmechanismus, einen dritten
Drehantriebskörper, etc.) und die Zahnstange 13, die an der Ventilwelle
12 des Tellerventils 4 angebracht ist. Das Ritzel 35
hat eine zylindrische Form, und es ist an dem Außenumfang der Motorwelle
31 des Elektromotors 1 befestigt. Das mittlere Untersetzungszahnrad
36 ist mit dem Ritzel 35 im Eingriff, und es überträgt
ein Motormoment von dem Ritzel 35 zu dem ventilseitigen Zahnrad
37. Das ventilseitige Zahnrad 37 ist mit dem mittleren Untersetzungszahnrad
36 im Eingriff und nimmt ein Motormoment auf, das von dem mittleren Untersetzungszahnrad
36 übertragen wird.
Das Ritzel 35 ist an derselben Achse wie die Motorwelle
31 des Elektromotors 1 vorgesehen. Das Ritzel 35 hat
einen Zahnraddurchmesser, der kleiner ist als der Außendurchmesser
(d.h. der Motordurchmesser) des maximalen Außendurchmesserbereiches (d.h. des
Joches 32) des Elektromotors 1. Der Zahnraddurchmesser des Ritzels
35 ist ebenfalls kleiner als der Außendurchmesser (d.h. der Zahnraddurchmesser)
des maximalen Außendurchmesserbereiches (d.h. des Zahnrades 41 mit
großem Durchmesser) des mittleren Untersetzungszahnrades 36.
Das mittlere Untersetzungszahnrad 36 hat das Zahnrad
41 mit großem Durchmesser, das mit dem Ritzel 35 im Eingriff
ist, und ein Zahnrad 42 mit kleinem Durchmesser, das mit dem ventilseitigen
Zahnrad 37 im Eingriff ist. Das mittlere Untersetzungszahnrad
36 ist mit dem Außenumfang einer Stützwelle 43 im Eingriff,
und es ist so orientiert, dass das mittlere Untersetzungszahnrad 36 mit
einem hohen Freiheitsgrad gedreht werden kann. Die Stützwelle 43 ist
ungefähr parallel zu der Motorwelle 31 des Elektromotors
1 vorgesehen. Das Zahnrad 41 mit großem Durchmesser des mittleren
Untersetzungszahnrades 36 hat einen Zahnraddurchmesser, der kleiner ist
als der Motordurchmesser des Elektromotors 1, der aber größer
als der Außendurchmesser (d.h. der Zahnraddurchmesser) des maximalen Durchmesserabschnittes
(d.h. des Zahnradbereiches 44) des ventilseitigen Zahnrades 37
ist.
Das ventilseitige Zahnrad 37 ist in einer Richtung orientiert,
die senkrecht zu der Mittelachse der Ventilwelle 12 des Tellerventils
4 ist. Das ventilseitige Zahnrad 37 hat den Zahnradbereich
44, der mit dem Zahnrad 41 mit großem Durchmesser des mittleren
Untersetzungszahnrades 36 im Eingriff ist. Das ventilseitige Zahnrad
37 hat außerdem ein zylindrisches Ritzel 45, das mit der
Zahnstange 13 im Eingriff ist. Das ventilseitige Zahnrad 37 ist
mit dem Außenumfang einer Stützwelle 46 in einer derartigen Orientierung
im Eingriff, dass das ventilseitige Zahnrad 37 mit einem hohen Freiheitsgrad
gedreht werden kann. Die Stützwelle 46 ist ungefähr parallel
zu der Motorwelle 31 des Elektromotors 1 und der Stützwelle
43. Der Zahnradbereich 44 des ventilseitigen Zahnrades
37 hat einen Zahnraddurchmesser, der kleiner ist als der Motordurchmesser
des Elektromotors 1 und der Durchmesser des Zahnrades 41 mit großem
Durchmesser des mittleren Untersetzungszahnrades 36. Jedoch hat der Zahnradbereich
44 einen Zahnraddurchmesser, der größer ist als der Zahnraddurchmesser
des Ritzels 45 des ventilseitigen Zahnrades 37.
Die Motorwelle 31 des Elektromotors 1 dient als
eine Zahnradwelle, die an der Drehmitte des Ritzels 35 zentriert ist. Die
Stützwelle 43 dient als eine Zahnradwelle, die an der Drehmitte des
mittleren Untersetzungszahnrades 36 zentriert ist. In ähnlicher Weise
dient die Stützwelle 46 als eine Zahnradwelle, die an der Drehmitte
des ventilseitigen Zahnrades 37 zentriert ist. Beide Enden der jeweiligen
Stützwellen 43, 46 sind in eine Öffnung eingefügt
(z.B. mittels einer Presspassung), die in dem Gehäuse ausgebildet ist.
Der Leistungsübertragungsmechanismus dient als ein Bewegungsrichtungsumwandlungsmechanismus
(d.h. eine Zahnstange und ein Ritzel) zum Drehen des Ritzels 45, um dadurch
die Zahnstange 13 anzutreiben und schließlich das Tellerventil
4 axial zum Öffnen und Schließen des Tellerventils
4 zu bewegen. Somit wandelt der Leistungsübertragungsmechanismus die
Drehbewegung der Motorwelle 31 des Elektromotors 1 zu einer linearen
Rückwärts-und-Vorwärts-Bewegung des Tellerventils 4 um.
Eine Schraubenfeder 47 ist ebenfalls enthalten (siehe
3), und sie ist koaxial zu der Stützwelle
46 angebracht. Wenn sich das ventilseitige Zahnrad 37 in einer
Ventilöffnungsrichtung dreht, dann spannt die Schraubenfeder 47 das
Tellerventil 4 in der Ventilschließrichtung vor. Anders gesagt erzeugt
die Schraubenfeder 47 bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine elastische
Rückstellkraft zum Drehen des ventilseitigen Zahnrades 37 in einer
Richtung entgegen der Ventilöffnungsrichtung.
Das ASV 2 und das Rückschlagventil 3 sind in
dem vorstehend erwähnten Gehäuse zusammen mit dem Elektromotor
1 enthalten. Das Gehäuse hat drei Einfassungen, d.h. eine Ventileinfassung
6, eine Einfassungsabdeckung 7 und eine Auslasseinfassung
8. Die Ventileinfassung 6, die Einfassungsabdeckung
7 und die Auslasseinfassung 8 sind unter Verwendung von Befestigungsschrauben,
Klammern oder dergleichen aneinander gefügt. Die Ventileinfassung
6 besteht aus einem metallischen Material wie z.B. Druckgussaluminium mit
einer guten Wärmeleitfähigkeit. Die Ventileinfassung 6 ist einstückig
ausgebildet, so dass sie eine einzige Baugruppe einschließlich mehrerer Komponenten
ist. Die Komponenten beinhalten den Ventilsitz 5 und das Einlassrohr
14. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist der Ventilsitz
5 getrennt, aber an die Ventileinfassung 6 gefügt.
Das Einlassrohr 14 hat eine Form eines geraden Rohres, und
es ist in einer Fluidverbindung mit der elektrischen Luftpumpe durch den sekundären
Luftkanal. Der vorstehend erwähnte Fluideinführungskanal 16 ist
in einem Ende des Einlassrohres 14 enthalten. Der Fluideinführungskanal
16 ist zu der Mittelachse des Ventilanschlusses 10 geneigt. Außerdem
ist das Einlassrohr 14 in einer derartigen Richtung orientiert, dass die
Mittelachse des Einlassrohres 14 zu dem Ventilanschluss 10 geneigt
ist.
Ein Schnittwinkel &thgr;, der durch die Mittelachse des Einlassrohres
14 und einer Ebene gebildet wird, die senkrecht zu der Mittelachse der
Ventilwelle 12 des Tellerventils 4 ist, ist ein
positiver, spitzer Winkel, der kleiner als 90° ist (siehe 1).
Der Schnittwinkel &thgr; kann irgendein spitzer Winkel in dem Bereich zwischen
0° und 90° sein. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Schnittwinkel
&thgr; zwischen 20° und 80°. Darüber hinaus ist bei einem Ausführungsbeispiel
der Schnittwinkel &thgr; zwischen 30° und 60°.
Im Inneren der Ventileinfassung 6 verbindet der vorstehend
erwähnte Fluideinführungskanal 17 den Fluideinführungskanal
16 mit dem Ventilanschluss 10. An dem Ausgang der Ventileinfassung
6 dient der vorstehend erwähnte Verbindungskanal 19 als eine
Verbindung zu der Fluiddurchtrittsöffnung 20 des Rückschlagventils
3. Der Verbindungskanal 19 ist ein sekundärer Luftkanal,
der sich im Wesentlichen linear erstreckt. Der Verbindungskanal 19 ist
zu der Mittelachse der Fluiddurchtrittsöffnung 20 des Rückschlagventils
3 geneigt, wobei er in einer Richtung von dem Ventilanschluss
10 zu der Fluiddurchtrittsöffnung 20 orientiert ist.
An der Ventileinfassung 6 sind Komponenten gebildet, um eine
einzige Baugruppe durch die Ventileinfassung 6 auszubilden. Die Komponenten
beinhalten eine zylindrische Ventilführung 52, die ein axiales Loch
51 definiert, einen zylindrischen Getriebekasten 54, der eine
Zahnradkammer 53 definiert, und die vorstehend erwähnte Motoreinfassung
33, die einen Hohlraum 55 zum Aufnehmen eines Motors definiert.
Die Ventilwelle 12 des Tellerventils 4 ist im Inneren
des axialen Loches 51 bewegbar vorgesehen. Ein Dichtgummi 56 mit
einem runden Umfang ist zum Vermeiden von Leckagen der sekundären Luft aus
dem Fluideinführungskanal 17 vorgesehen. Das Dichtgummi
56 ist zwischen dem Außenumfang der Ventilwelle 12 und der
Innenfläche der Ventilführung 52 angebracht. Der Getriebekasten
54 und die Einfassungsabdeckung 7 wirken zusammen, um eine Aktuatoreinfassung
zu definieren. Im Inneren der Zahnradkammer 53 nimmt der Getriebekasten
54 Zahnräder des Untersetzungsmechanismus des Leistungsübertragungsmechanismus
so auf, dass sich die Zahnräder jeweils mit einem hohen Freiheitsgrad drehen
können. Die aufgenommenen Zahnräder sind das Ritzel 35, das mittlere
Untersetzungszahnrad 36 und das ventilseitige Zahnrad 37.
Die Zahnräder 35, 36, 37 des Untersetzungsmechanismus
des Leistungsübertragungsmechanismus sind im Inneren der Motoreinfassung
33 und im Inneren des Getriebekastens 54 vorgesehen. Die Zahnräder
35, 36, 37 sind gemeinsam ungefähr parallel zu der
Mittelachse des Einlassrohres 14 orientiert. Anders gesagt ist eine Linie
(in der 1 durch X markiert), die sich normal zu und
ungefähr durch die Achsen der Zahnräder 35, 36,
37 erstreckt, ungefähr parallel zu der Mittelachse des Einlassrohres
14. Somit sind bei dem Ventilantriebsgerät der Zahnradbereich
44 des ventilseitigen Zahnrades 37, das Zahnrad 41 mit
großem Durchmesser des mittleren Untersetzungszahnrades 36 und das
Ritzel 35 nacheinander in einer Richtung von der Seite des Einlassanschlusses
des Einlassrohres 14 zu der Seite des Ventilanschlusses angeordnet.
An der Bodenwand des Getriebekastens 54 ist ein Motoreinfügungseingang
der Motoreinfassung 33 als eine Öffnung vorgesehen. Die Motoreinfassung
33 der Ventileinfassung 6 nimmt den Elektromotor 1 im
Inneren des Hohlraumes 55 zum Aufnehmen des Motors auf. Die Außenumfangsseite
des Joches 32 des Elektromotors 1 ist fest an der Innenumfangsseite
der Motoreinfassung 33 befestigt.
Ein erster Wärmeübertragungsbereich 61 und ein
zweiter Wärmeübertragungsbereich 62 sind an der zylindrischen
Seite der Motoreinfassung 33 vorgesehen. Der erste Wärmeübertragungsbereich
61 definiert einen Abschnitt der zylindrischen Seite über den Außenumfang
des Joches 32 des Elektromotors 1. Der erste Wärmeübertragungsbereich
61 liegt in einer derartigen Orientierung frei, dass der erste Wärmeübertragungsbereich
61 Wärme zu der offenen Luft überträgt, die außerhalb
der Ventileinfassung 6 strömt. Bei einem Ausführungsbeispiel
sind Rippen mit einer Plattenform an dem ersten Wärmeübertragungsbereich
61 vorgesehen, um den Wärmeabstrahlungsflächeninhalt des ersten
Wärmeübertragungsbereiches 61 zu vergrößern.
Andererseits bildet der zweite Wärmeübertragungsbereich
62 einen Abschnitt einer zylindrischen Seite über den Außenumfang
des Joches 32 des Elektromotors 1. Insbesondere ist der zweite
Wärmeübertragungsbereich 62 von dem Außenumfang des Joches
32 des Elektromotors 1 zu dem Ventilanschluss 10 oder
der Nähe einer Fluiddurchtrittsöffnung leicht gebogen. Der zweite Wärmeübertragungsbereich
62 überträgt Wärme, die durch den Elektromotor
1 dissipiert wird, und zwar zu der sekundären Luft, die durch den
Fluideinfühungskanal 17 der Ventileinfassung 6 hindurch strömt.
Um den Wärmeabstrahlungsflächeninhalt des zweiten Wärmeübertragungsbereiches
62 zu vergrößern, sind bei einem Ausführungsbeispiel Rippen
jeweils mit einer Plattenform an dem zweiten Wärmeübertragungsbereich
62 ausgebildet. Vorzugsweise werden die Rippen so hinzugefügt, dass
der Fluidströmungswiderstand des Fluideinführungskanales 17 nicht
drastisch erhöht wird.
An der Innenwandseite an der Motorseite (d.h. an einer Seite gegenüber
der Seite des Einlassrohres) des mittleren Abschnittes der Ventileinfassung
6 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist eine gekrümmte
Seite 63 gegen die Richtung der sekundären Luft ausgebildet, die aus
dem Ausgang des Einlassanschlusses 15 und den Ausgang
des Fluideinführungskanales 16 strömt. Die gekrümmte Seite
63 ist so gekrümmt, dass die sekundäre Luft behutsam eingeführt
wird, die aus dem Ausgang des Fluideinführungskanales 16 herausströmt,
und zwar in das Innere des Fluideinführungskanales 17 zu dem Ventilanschluss
10, ohne dass der Druckverlust der sekundären Luft drastisch erhöht
wird. Ein Abschnitt der gekrümmten Seite 63 bildet die Wärmeabstrahlungsseite
des zweiten Wärmeübertragungsbereiches 62. Zusätzlich ist
die gekrümmte Seite 63 leicht gebogen, um eine Bogenform zu bilden
(z.B. eine Halbkugelform).
An der Innenwandseite an der Motorseite (d.h. an einer Seite gegenüber
der Seite des Einlassrohres) des Ausganges der Ventileinfassung 6 erstreckt
sich eine geneigte Seite 64 in der Richtung der Fluidströmung. Die
geneigte Seite 64 (d.h. eine abgeschrägte Seite) ist hinsichtlich
der Mittelachse der Fluiddurchtrittsöffnung 20 um einen vorbestimmten
Neigungswinkel geneigt. Insbesondere ist die geneigte Seite 64 hinsichtlich
der Mittelachse der Fluiddurchtrittsöffnung 20 und zu der Mittelachse
des Ventilanschlusses 10 geneigt.
Eine Verstärkungsrippe 66 zum Verstärken der Motoreinfassung
33 ist zwischen dem ersten Wärmeübertragungsbereich
61 und einem Fügebereich 65 der Ventileinfassung
6 vorgesehen. Der Fügebereich 65 ist ein Bereich zum Fügen
des ersten Wärmeübertragungsbereiches 61 an die Auslasseinfassung
8.
Die Einfassungsabdeckung 7 besteht aus einem Kunstharzmaterial
(z.B. ein elektrisch isolierender Kunstharz). Die Einfassungsabdeckung
7 ist so ausgebildet, dass einem männlichen Stecker erlaubt ist, mechanisch
mit einem weiblichen Stecker verbunden zu werden, der an einer Kantenseite eines
Kabelbaumes an der Fahrzeugseite (oder an der Seite der ECU) vorgesehen ist, um
eine einzige Baugruppe auszubilden. Durch Stecken des weiblichen Steckers in ein
Steckerfach 67 des männlichen Steckers verbindet der männliche
Stecker eine Motorantriebsschaltung, die in der ECU eingebettet ist, elektrisch
mit einem Anschluss 69. Der Kabelbaum an der Fahrzeugseite ist ein Bündel
von elektrisch leitenden Drähten in einer isolierenden Schutzröhre, die
den Außenumfang des Bündels umgibt. Die elektrisch leitenden Drähte
sind jeweils elektrisch mit einem weiblichen Anschluss verbunden, der an dem weiblichen
Stecker vorgesehen ist.
Die Auslasseinfassung 8 besteht aus einem metallischen Material
wie z.B. Druckgussaluminium. An der Öffnungskante des Eingangs der Auslasseinfassung
8 ist ein Kopplungsbereich 71 (d.h. ein Kopplungsbereich der Auslasseinfassung
8) so ausgebildet, dass eine Fluidverbindung zwischen dem Kopplungsbereich
65 der Ventileinfassung 6 vorgesehen ist.
An der Innenfläche des Kopplungsbereiches 71 der Auslasseinfassung
8 ist ein Eingriffsbereich 72 ausgebildet, mit dem die Außenumfangskante
der metallischen Platte 23 des Rückschlagventils 3 im Eingriff
ist. Zwischen dem Kopplungsbereich 65 der Ventileinfassung 6 und
dem Kopplungsbereich 71 der Auslasseinfassung 8 ist ein Dichtgummi
73. Das Dichtgummi 73 hat eine Form mit einem gewinkelten Umfang.
Das Dichtgummi 73 reduziert eine Leckage der sekundären Luft, die
aus dem Ausgang der Ventileinfassung 6 und der Auslasseinfassung
8 herausströmt.
Das stromabwärtige Ende der Auslasseinfassung 8 hat
eine Öffnung, die als ein Luftauslassanschluss 74 dient. Anders gesagt
tritt die Luft aus dem Gehäuse durch den Auslassanschluss 74 aus.
Die Mittelachse des Auslassanschlusses 74 ist an einer Seite gegenüber
der freien Endseite des Reed-Ventils 21 angeordnet. Dadurch ist die Mittelachse
des Auslassanschlusses 74 hinsichtlich der Achse des Rückschlagventils
3 versetzt. Die Mittelachse des Auslassanschlusses 74 ist zu dem
befestigten Ende des Reed-Ventils 21 geneigt. Dadurch ist die Achse des
Auslassanschlusses 74 mit einem Winkel hinsichtlich der Mittelachse des
Ventilanschlusses 10 des ASV 2 geneigt. An der Öffnungsumfangskante
des Auslassanschlusses 74 ist ein Anbringungssteg 75 einstückig
angebracht und steht zu der Außenseite vor. Befestigungsvorrichtungen (z.B.
Schrauben und Muttern) können verwendet werden, um den Anbringungssteg
75 an externen Komponenten der Fahrzeugkraftmaschine zu befestigen. Als
eine Alternative kann der Anbringungssteg 75 direkt an dem Vereinigungsabschnitt
des Abgasrohres der Kraftmaschine befestigt sein.
An der Innenwandseite an der Motorseite (oder an einer Seite gegenüber
der Seite des Einlassrohres) des Einganges der Auslasseinfassung 8 gemäß
dem Ausführungsbeispiel ist ein Raum 76 vorgesehen. Der Raum
76 befindet sich zwischen der Innenwandseite und der freien Endseite des
Reed-Ventils 21. Zusätzlich befindet sich an der selben Innenwandseite
an der Motorseite des Eingangs der Auslasseinfassung 8 eine Kanalwandseite,
die der Strömung der sekundären Luft zugewandt ist. Die Kanalwandseite
der Auslasseinfassung 8 wird als eine gekrümmte Seite 77
mit einem Krümmungsradius verwendet, um die sekundäre Luft behutsam einzuführen,
die aus der Fluiddurchtrittsöffnung 20 herausströmt, und zwar
in das Innere des Raumes 76 im Auslassanschluss 74, ohne dass
der Druckverlust der sekundären Luft drastisch erhöht wird. Zusätzlich
ist die gekrümmte Seite 77 sanft gebogen, um eine Bogenform (z.B.
eine Halbkugelform) von der Fluiddurchtrittsöffnung 20 des Rückschlagventils
3 zu dem Auslassanschluss 74 auszubilden.
Um den Druckverlust weiter zu reduzieren, hat der Raum 76,
der zwischen der gekrümmten Seite 77 und der freien Endseite des Reed-Ventils
21 ausgebildet ist, ein relativ großes Volumen. Somit kann die sekundäre
Luft, die aus der Fluiddurchtrittsöffnung 20 des Rückschlagventils
3 zu dem Inneren des Raumes 76 über die Fläche des Reed-Ventils
21 strömt, noch behutsamer um das Reed-Ventil 21 ohne Stagnation
herum strömen. Um das Volumen des Raumes 76 zu vergrößern,
ist die gekrümmte Seite 77 (d.h. die Kanalwandseite) der Auslasseinfassung
8 von der freien Endseite des Reed-Ventils 21 beabstandet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Position des Kopplungsbereiches
71 der Auslasseinfassung 8 zu der rechten Seite verglichen mit
der herkömmlichen Technologie versetzt, die unter Bezugnahme auf die
6 beschrieben ist. Da die gekrümmte Seite
77 (die Kanalwandseite) der Auslasseinfassung 8 von der freien
Endseite des Reed-Ventils 21 beabstandet und abgeschrägt ist, ist
es somit möglich, eine Kammer mit einem relativ großen Volumen verglichen
mit der herkömmlichen Technologie vorzusehen, die unter Bezugnahme auf die
6 beschrieben ist. Zusätzlich kann die gekrümmte
Seite 77 einen konstanten Radius oder einen sich ändernden Radius
aufweisen.
Im Inneren der Auslasseinfassung 8 ist ein Fluidabgabekanal
enthalten, der den Ausgangsraum 76 mit dem Auslassanschluss 74
fluidisch verbindet. Der Fluidabgabekanal hat eine Querschnittsfläche, die
sich in einer Richtung von dem Ausgang des Raumes 76 zu dem Auslassanschluss
74 allmählich verringert. An der Innenwandseite an der Motorseite
(d.h. an einer Seite gegenüber der Seite des Einlassrohres) des mittleren Abschnittes
der Auslasseinfassung 8 erstreckt sich eine Kanalwandseite entlang der
Richtung einer Fluidströmung aus dem Ausgang des Raumes 76 zu dem
Auslassanschluss 74. Diese Kanalwandseite ist eine geneigte Seite
79 (d.h. eine abgeschrägte Seite). Die geneigte Seite 79
ist hinsichtlich der Mittelachse der Fluiddurchtrittsöffnung 20 des
Rückschlagventils 3 um einen vorbestimmten Neigungswinkel geneigt.
Betriebe des ersten Ausführungsbeispieles
Unter Bezugnahme auf die 1 bis
4 werden im Folgenden Betriebe des sekundären
Luftzuführungssystems gemäß diesem Ausführungsbeispiel beschrieben.
Genauer gesagt wird im Folgenden die Strömung der sekundären Luft beschrieben,
wenn die sekundäre Luftsteuerventilbaugruppe in einem geöffneten Ventilzustand
ist.
Ein Fahrzeug (wie z.B. ein Auto) ist mit einem Abgasreinigungsgerät
wie z.B. ein Drei-Wege-Katalysatorwandler versehen, um chemische Reaktionen auf
drei Elemente zu bewirken. Das Abgas beinhaltet Komponenten, die als schädlich
betrachtet werden. Der Katalysatorwandler bewirkt eine chemische Reaktion zum Umwandeln
der schädlichen Elemente (z.B. Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoff (HC),
und Stickoxid (NOx)) zu harmlosen Elementen. Insbesondere wird durch
Oxidation der Kohlenwasserstoff (HC) zu harmlosem Wasser (H2O) umgewandelt.
Wenn das Mischverhältnis von Luft zu Kraftstoff bei einem Verbrennungsprozess
der Kraftmaschine nicht gleich dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis
ist, dann führt jedoch der Drei-Wege-Katalysator des Drei-Wege-Katalysatorwandlers
die chemischen Reaktionen wahrscheinlich nicht korrekt aus. Es ist somit vorzuziehen,
das gewünschte stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis z.B. von
14,7:1 aufrecht zu erhalten. Zusätzlich arbeitet der Drei-Wege-Katalysator
nicht gut, wenn die Temperatur des Abgases niedrig ist, z.B. unmittelbar nachdem
die Kraftmaschine gestartet wurde.
Um das vorstehend geschilderte Problem zu lösen, wird die elektrische
Luftpumpe so betrieben, dass sie eine sekundäre Luftströmung durch den
sekundären Luftkanal erzeugt. Eine sekundäre Luft wird durch die elektrische
Luftpumpe erzeugt und strömt zu dem Drei-Wege-Katalysatorwandler durch den
sekundären Luftkanal, die sekundäre Luftsteuerventilbaugruppe und das
Abgasrohr der Kraftmaschine, um den Drei-Wege-Katalysator zu erwärmen und zu
aktivieren.
Die Temperatur des Abgases wird durch einen Abgastemperatursensor
erfasst, um zu erfassen, ob die Abgastemperatur niedriger als ein vorbestimmter
Wert ist. Falls ein niedriger Temperaturwert erfasst wird, führt die ECU eine
elektrische Leistung (oder einen elektrischen Motorantriebsstrom) zu dem Elektromotor
1 zu, um die Motorwelle 31 um einen vorbestimmten Drehwinkel zu
drehen, der zum Öffnen des Tellerventils 4 erforderlich ist. Anders
gesagt treibt ein durch den Elektromotor 1 erzeugtes Motormoment das Tellerventil
4 zu einen geöffneten Ventilzustand durch den Leistungsübertragungsmechanismus
an. Wie dies vorstehend beschrieben ist, hat der Leistungsübertragungsmechanismus
einen Untersetzungsmechanismus und einen Bewegungsrichtungsumwandlungsmechanismus
(d.h. einen Mechanismus mit Zahnstange und Ritzel).
Insbesondere wird die Motorwelle 31 in den Elektromotor
1 um einen vorbestimmten Drehwinkel gedreht, wodurch das an der Motorwelle
31 des Elektromotors 1 befestigte Ritzel 35 um die Mittelachse
der Motorwelle 31 um einen vorbestimmten Drehwinkel gedreht wird. Somit
wird das Motormoment zu dem Zahnrad 41 mit großem Durchmesser des
mittleren Untersetzungszahnrades 36 übertragen, das mit
dem Ritzel 35 im Eingriff ist.
Bei der Drehung des Zahnrades 41 mit großem Durchmesser
dreht sich das Zahnrad 42 mit kleinem Durchmesser des mittleren Untersetzungszahnrades
36 um die Mittelachse der Stützwelle 43 um einen vorbestimmten
Drehwinkel, wodurch das Motormoment zu dem Zahnradbereich 44 des ventilseitigen
Zahnrades 37 übertragen wird. Eine elastische Torsionskraft wird in
der Schraubenfeder 47 in einer Richtung erzeugt (oder akkumuliert), in
der sich das ventilseitige Zahnrad 37 zu seiner ursprünglichen Position
zurückdreht. Bei der Drehung des Zahnradbereiches 44 dreht sich dann
das Ritzel 45 um einen vorbestimmten Drehwinkel, und die Zahnstange
13 bewegt sich linear entlang der Achse der Ventilwelle 12 um
eine Distanz entsprechend dem Drehwinkel des Ritzels 45. Dadurch wird der
Ventilkopf 11 von dem Ventilsitz 5 getrennt, und der Ventilanschluss
10 wird geöffnet.
Somit tritt sekundäre Luft, die aus der Auslassmündung der
elektrischen Luftpumpe ausgelassen wird, in das Innere des Einlassrohres
14 in der sekundären Luftsteuerventilbaugruppe aus dem Einlassanschluss
15 mittels des sekundären Luftkanales ein. Die sekundäre Luft,
die in das Innere des Einlassrohres 14 eintritt, strömt des Weiteren
in den Ventilanschluss 10 aus dem Einlassanschluss 15 mittels
der Fluideinführungskanäle 16, 17. Dann tritt die sekundäre
Luft, die durch den Ventilanschluss 10 hindurch tritt, des Weiteren durch
einen Raum zwischen der Außenumfangskante des Ventilkopfes 11 des
Tellerventils 4 und der Kanalwandseite des Verbindungskanals
19 hindurch, und sie strömt in die Fluiddurchtrittsöffnung
20 des Rückschlagventils 3.
Nachfolgend bewirkt der Druck, der durch die sekundäre Luft aufgebracht
wird, die in der Fluiddurchtrittsöffnung 20 strömt, eine Bewegung
der freien Endseite des Reed-Ventils 21 zu dem Reed-Stopper 22
und einen Kontakt mit diesem. In diesem Zustand ist die Fluiddurchtrittsöffnung
20 des Rückschlagventils 3 geöffnet, und die Fluiddurchtrittsöffnung
20 ist in einer Fluidverbindung mit dem Raum 76. Somit strömt
die sekundäre Luft, die durch die Fluiddurchtrittsöffnung 20
hindurch tritt, in den Raum 76.
Aufgrund der Tatsache, dass die gekrümmte Seite 77 der
Auslasseinfassung 8 eine gebogene Form hat, ändert die sekundäre
Luft, die in den Eingang des Raumes 76 hineinströmt, dann ihre Strömungsrichtung,
und sie strömt in einer entgegengesetzten Richtung und nach unten zu dem Auslassanschluss
74. Insbesondere strömt die sekundäre Luft um die freie Endseite
des Reed-Ventils 21 entlang der gekrümmten Seite 77 der Auslasseinfassung
8, sie strömt entlang der geneigten Seite 79 der Auslasseinfassung
8, und sie tritt in den Auslassanschluss 74 aus dem Ausgang des
Raumes 76 mittels des Fluidabgabekanales 78 ein. Dann strömt
die sekundäre Luft aus dem Auslassanschluss 74 heraus und tritt in
den Drei-Wege-Katalysatorwandler mittels eines Rohres ein, das an der stromaufwärtigen
Seite des Drei-Wege-Katalysatorwandlers vorgesehen ist.
Auch wenn die Temperatur des Abgases niedrig ist (z.B. unmittelbar
nachdem die Kraftmaschine gestartet wurde), wird somit die sekundäre Luft zu
dem Drei-Wege-Katalysatorwandler zugeführt. Infolgedessen hebt Sauerstoff (O2)
die Temperatur des Drei-Wege-Katalysators an und aktiviert den Drei-Wege-Katalysator.
Da eine Oxidationswirkung den Kohlenwasserstoff (HC) in dem Abgas zu harmlosem Wasser
(H2O) ändert, wird insbesondere die Länge der Kohlenwasserstoffe
reduziert, die in die Atmosphäre ausgestoßen wird.
Wirkungen des ersten Ausführungsbeispiels
Bei der sekundären Luftsteuerventilbaugruppe gemäß
dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Mittelachse des Einlassrohres
14 zu dem Ventilanschluss 10 geneigt. Insbesondere bildet die
Mittelachse des Einlassrohres 14 einen positiven, spitzen Schnittwinkel
&thgr; bezüglich einer Ebene, die senkrecht zu der Mittelachse der Ventilwelle
12 des Tellerventils 4 ist. Somit strömt die sekundäre
Luft, die aus dem Einlassanschluss 15 zu dem Inneren des Einlassrohres
14 strömt (oder die zu dem Fluideinführungskanal strömt),
im Wesentlichen linear entlang der Mittelachse des Einlassrohres 14, und
sie wird dann behutsam entlang einer Bogenlinie im Inneren des Fluideinführungskanales
17 durch den Ventilanschluss 10 umgeleitet. Infolgedessen tritt
ein Druckverlust in der sekundären Luft weniger wahrscheinlich auf, oder er
wird wahrscheinlich reduziert, wenn dies mit den herkömmlichen Ventilbaugruppen
verglichen wird, die in der 6 ausgeführt sind.
Somit kann die Menge der sekundären Luft gewährleistet werden, die dazu
erforderlich ist, dass der Drei-Wege-Katalysatorwandler aktiviert wird. Darüber
hinaus wird der Druckverlust reduziert, ohne dass die Größe der Ventilbaugruppe
wesentlich vergrößert wird. Somit erfüllt die Ventilbaugruppe noch
wahrscheinlicher die Anforderungen hinsichtlich der Größe für das
Fahrzeug.
Zusätzlich ist das Ventilantriebsgerät zum Betätigen
des Tellerventils 4 so orientiert, dass die Zahnräder des Untersetzungsmechanismus
ungefähr parallel zu der Richtung der Mittelachse des Einlassrohres
14 geneigt sind. Anders gesagt ist eine Linie (in der 1
durch X markiert), die sich normal zu und ungefähr durch die Achsen der Zahnräder
35, 36, 37 und den jeweiligen Zahnrädern
31, 43, 46 erstreckt, ungefähr parallel zu der Mittelachse
des Einlassrohres 14. Bei dem Ventilantriebsgerät sind außerdem
der Zahnradbereich 44 des ventilseitigen Zahnrades 37, das Zahnrad
41 mit großem Durchmesser des mittleren Untersetzungszahnrades
36 und das Ritzel 35 in einer Richtung nacheinander angeordnet,
die der Achse des Einlassrohres 14 entspricht, das sich zu dem Ventilanschluss
10 bewegt. Anders gesagt ist der Zahnradbereich 44 stromaufwärts
von dem Ritzel 35 hinsichtlich der Strömung durch das Einlassrohr
14 angeordnet, und das mittlere Untersetzungszahnrad 36 ist dazwischen
angeordnet. Der Durchmesser des maximalen Durchmesserabschnittes des ventilseitigen
Zahnrades 37 (d.h. der Zahnradbereich 44) ist kleiner als der
Durchmesser des maximalen Durchmesserabschnittes des mittleren Untersetzungszahnrades
36 (d.h. das Zahnrad 41 mit großem Durchmesser), und der
Durchmesser des maximalen Durchmesserabschnittes (d.h. das Zahnrad 41 mit
großem Durchmesser) ist kleiner als der Motordurchmesser des maximalen Durchmesserabschnittes
(d.h. das Joch 32) des Elektromotors 1. Da zusätzlich die
Mittelachse des Einlassrohres 19 zu dem Ventilanschluss 10 gemäß
der vorstehenden Beschreibung geneigt ist, kann das Ventilantriebsgerät effizient
in einem relativ kompakten Raum angebracht werden (d.h. der Getriebekasten
54 und die Motoreinfassung 33). Somit kann die physikalische Größe
der gesamten Konfiguration (oder der sekundären Luftsteuerventilbaugruppe)
verringert werden, und ein Raum zum Anbringen der sekundären Luftsteuerventilbaugruppe
in dem Fahrzeug kann gewährleistet werden.
Zusätzlich ist der Elektromotor 1 im Inneren des Hohlraumes
55 zum Aufnehmen des Motors der Motoreinfassung 33 der Ventileinfassung
6 mit einer derartigen Orientierung eingebaut, dass die Außenumfangsseite
des Joches 32 fest an der Innenumfangsseite der Motoreinfassung
33 angebracht ist. Der erste Wärmeübertragungsbereich
61 ist an der zylindrischen Seite der Motoreinfassung 33 der Ventileinfassung
6 vorgesehen, und er ist der offenen Luft außerhalb der Ventileinfassung
6 ausgesetzt, damit Wärme zu ihr übertragen wird. Zusätzlich
ist der zweite Wärmeübertragungsbereich 62 mit einer derartigen
Orientierung vorgesehen, dass der zweite Wärmeübertragungsbereich
62 Wärme zu dem Inneren der Ventileinfassung 6 abstrahlen
kann. Insbesondere ist die Wärmeabstrahlungsseite des zweiten Wärmeübertragungsbereiches
62 an der Kanalwandseite (oder der gekrümmten Seite 63) der
Strömung der sekundären Luft zugewandt, die aus dem Ausgang des Fluideinführungskanales
16 des Einlassrohres 14 zu dem Inneren des Fluideinführungskanales
17 strömt. Durch Anordnen der gekrümmten Seite 63 an
einer Seite gegenüber der Seite des Einlassrohres hinsichtlich der Mittelachse
der Ventilwelle 12 gelangt die sekundäre Luft, die aus dem Einlassanschluss
15 zu dem Inneren des Fluideinführungskanales 17 über
den Fluideinführungskanal 16 strömt, mit der gekrümmten
Seite 63 in Kontakt, die als die Wärmeübertragungsseite des zweiten
Wärmeübertragungsbereiches dient. Somit kann der zweite Wärmeübertragungsbereich
62 Wärme von dem Elektromotor 1 zu der sekundären Luft
übertragen, die durch das Innere des Fluideinführungskanales
17 strömt, so dass der Elektromotor 1 effizient gekühlt
werden kann.
Zusätzlich ist das Rückschlagventil 3 in der sekundären
Luftsteuerventilbaugruppe stromabwärts von dem Ventilanschluss 10
vorgesehen. Das Rückschlagventil 3 hat das Reed-Ventil 21,
den Reed-Stopper 22 und die metallische Platte 23. Die Fluiddurchtrittsöffnung
20 ist in der metallischen Platte 23 ausgebildet, wodurch es möglich
ist, dass die sekundäre Luft durch den Ventilanschluss 10 hindurch
tritt, damit sie durch das Reed-Ventil 21 hindurch strömt. Die Mittelachse
der Fluiddurchtrittsöffnung 20 des Rückschlagventils
3 ist an einer Seite der Achse des Ventilanschlusses 10 derart
vorgesehen, dass diese Achsen versetzt (d.h. exzentrisch) sind. Die Mittelachse
der Fluiddurchtrittsöffnung 20 ist an einer Seite des Ventilanschlusses
10 entgegengesetzt zu dem Einlassrohr 14 versetzt. Somit strömt
die sekundäre Luft, die durch den Ventilanschluss 10 hindurch tritt,
entlang der Kanalwandseite (d.h. die geneigte Seite 64) der Ventileinfassung
6. Auch wenn der Ventilkopf 11 vollständig ausgefahren ist
und die Fluiddurchtrittsöffnung 20 teilweise blockiert, kann nämlich
die sekundäre Luft durch einen Raum zwischen dem Umfang des Ventilkopfes
11 und der Kanalwandseite (d.h. der geneigten Seite 64) der Ventileinfassung
6 strömen, und sie strömt behutsam durch die Fluiddurchtrittsöffnung
20. Somit wird der Druckverlust verringert, der durch die sekundäre
Luft erzeugt wird, die aus dem Ventilanschluss 10 zu der Fluiddurchtrittsöffnung
20 strömt, wodurch es möglich ist, dass die physikalische Größe
der gesamten Konfiguration (oder der sekundären Luftsteuerventilbaugruppe)
weiter reduziert wird.
Zusätzlich sind die freie Endseite des Reed-Ventils
21 und die freie Endseite des Reed-Stoppers 22 an einer Seite
der Achse des Ventilanschlusses 10 entgegengesetzt zu dem Einlassrohr
14 vorgesehen. Somit strömt die sekundäre Luft durch die Fluiddurchtrittsöffnung
20 des Rückschlagventils 3 behutsam um die freie Endseite
des Reed-Ventils 21 und des Reed-Stoppers 22. Somit gibt es einen
geringeren Druckverlust, der durch die sekundäre Luft erzeugt wird, die aus
der Fluiddurchtrittsöffnung 20 nach dem Reed-Ventil 21 und
dem Reed-Stopper 22 strömt, wodurch es möglich ist, dass die
physikalische Größe der sekundären Luftsteuerventilbaugruppe weiter
reduziert wird.
Zusätzlich ist der Auslassanschluss 74 an einer Seite
der Achse der Fluiddurchtrittsöffnung 20 gegenüber der freien
Endseite des Reed-Ventils 21 und des Reed-Stoppers 22 vorgesehen.
Dadurch ist der Auslassanschluss 74 hinsichtlich der Achse der Fluiddurchtrittsöffnung
20 versetzt. Auch wenn das Abgas stromaufwärts durch
den Auslassanschluss 74 zu dem Rückschlagventil 3 strömt,
wird somit die Fluiddurchtrittsöffnung 20 durch das Reed-Ventil
21 zwangsweise abgedichtet und geschlossen. Infolgedessen strömt das
Abgas weniger wahrscheinlich stromaufwärts hinter der Fluiddurchtrittsöffnung
20.
Außerdem ist an der Innenwandseite an der Motorseite (d.h. an
einer Seite gegenüber dem Einlassrohr 14) des Eingangs der Auslasseinfassung
8 der Raum 76 zwischen der Innenwandseite und der freien Endseite
des Reed-Ventils 21 gebildet. An der selben Innenwandseite an der Motorseite
des Eingangs der Auslasseinfassung 8 ist eine Kanalwandseite (d.h. die
gekrümmte Seite 77) vorgesehen, und sie ist der Richtung der Luftströmung
zugewandt, die über die Fläche des Reed-Ventils 21 streicht.
Somit strömt die sekundäre Luft, die über die Fläche des Reed-Ventils
21 aus der Fluiddurchtrittsöffnung 20 des ASV 2
zu dem Inneren des Raumes 76 strömt, behutsam um das Reed-Ventil
21, und sie ändert ihre Richtung entlang der Kanalwandseite (d.h.
der gekrümmten Seite 77). Infolgedessen strömt die sekundäre
Luft behutsam aus dem Raum 76 zu dem Auslassanschluss 74 mittels
des Fluidabgabekanals 78 ohne Stagnation, und somit ohne eine Erhöhung
des Druckverlustes, der durch die sekundäre Luft erzeugt wird. Dementsprechend
wird der Druckverlust verringert, der durch die sekundäre Luft erzeugt wird,
die aus der Fluiddurchtrittsöffnung 20 des Rückschlagventils
3 zu dem Auslassanschluss 74 strömt, wodurch es möglich
ist, die physikalische Größe der sekundären Luftsteuerventilbaugruppe
weiter zu reduzieren.
Zweites Ausführungsbeispiel
Die 5 zeigt eine Ansicht einer sekundären
Luftsteuerventilbaugruppe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Bei der sekundären Luftsteuerventilbaugruppe sind
das Einlassrohr 14 und das ASV 2 zu der Mittelachse des Auslassanschlusses
74 um einen vorbestimmten Neigungswinkel geneigt, damit die sekundäre
Luft im Inneren des Gehäuses behutsam strömt. Außerdem ist die Mittelachse
des Einlassrohres 14 zu dem Ventilanschluss 10 derart geneigt,
dass ein Schnittwinkel &thgr; ein positiver, spitzer Winkel ist, der durch die
Mittelachse des Einlassrohres 14 und einer Ebene gebildet ist, die senkrecht
zu der Mittelachse der Ventilwelle 12 ist. Pfeile, die in der
5 gezeigt sind, geben die Strömungsrichtung der
sekundären Luft im Inneren des Gehäuses an, wenn das Tellerventil
4 und das Reed-Ventil 21 in einem geöffneten Ventilzustand
sind.
Abgewandelte Versionen
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird die
Fluidsteuerventilbaugruppe der vorliegenden Erfindung als eine sekundäre Luftsteuerventilbaugruppe
in einem sekundären Luftzuführungssystem eines Fahrzeuges wie z.B. ein
Auto verwendet. Jedoch ist es nicht erforderlich, den Umfang der vorliegenden Erfindung
auf eine derartige sekundäre Luftsteuerventilbaugruppe zu beschränken.
Z.B. kann das Fluidsteuerventil, das bei der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist,
auch als ein Einlassluftsteuerventil (z.B. ein Wirbelstromsteuerventil oder ein
Taumelstromsteuerventil) oder als ein Einlassluftmengensteuerventil (z.B. ein Drosselventil
oder ein Leerlaufdrehzahlsteuerventil) verwendet werden. Zusätzlich kann die
Fluidsteuerventilbaugruppe der vorliegenden Erfindung auch als ein Abgasrückflussmengensteuerventil
(oder ein EGR-Steuerventil) verwendet werden. In jedem Fall ist es nicht erforderlich,
ein Rückschlagventil vorzusehen. Vor allen Dingen kann die Fluidsteuerventilbaugruppe,
die bei der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, auch als ein Fluidkanal-Öffnungs/Schließ-Ventil,
ein Fluidkanalblockierventil, ein Fluidmengensteuerventil und ein Fluiddrucksteuerventil
verwendet werden. Es ist zu beachten, dass das bei den Ausführungsbeispielen
Fluid nicht nur ein Gas wie z.B. Luft (die sekundäre Luft oder die offene Luft
sein kann) oder ein verdampftes Fluid sein kann, sondern auch ein Gas wie z.B. ein
Kühlmittel in der Gasphase, eine Flüssigkeit wie z.B. Wasser, Kraftstoff,
Öl oder ein Kühlmittel in der Flüssigphase oder ein Fluid in einem
zweiphasigen Zustand, d.h. ein Zustand der Gas- und Flüssigphase.
Als das Ventilantriebsgerät zum Antreiben des Tellerventils
4 zu einem geöffneten Ventilzustand (oder einen geschlossenen Ventilzustand)
verwenden die Ausführungsbeispiele außerdem einen Motoraktuator, der einen
Leistungsübertragungsmechanismus beinhaltet, und sie verwenden den Elektromotor
1 als eine Leistungsquelle. Jedoch ist es auch möglich, einen elektromagnetischen
Aktuator zum Antreiben des Tellerventils 4 zu einem geöffneten Ventilzustand
(oder einen geschlossenen Ventilzustand) durch Nutzung einer Absorption einer elektromagnetischen
Kraft einer Solenoidspule zu verwenden. In diesem Fall dient das ASV 2
als ein elektromagnetisches Luftsteuerventil (wie z.B. ein elektromagnetisches Ventil,
ein elektromagnetisches Fluidmengensteuerventil oder ein elektromagnetisches Fluiddrucksteuerventil).
Bei den Ausführungsbeispielen können außerdem als die Ventile ein
Drehventil, ein Drosselklappenventil, ein Schließerventil oder ein Kugelventil
verwendet werden. Für jedes Ventil können der Ventilkörper und die
Ventilwelle separat hergestellt werden, und nachdem Herstellungsprozess werden der
Ventilkörper und die Ventilwelle so aneinandergefügt, dass es möglich
ist, dass der Ventilkörper und die Ventilwelle als eine einzige Baugruppe arbeiten.
Bei den Ausführungsbeispielen werden das befestigte
Ende des Reed-Ventils 21, das befestigte Ende des Reed-Stoppers
22 und der Stützbereich der metallischen Platte 23 unter
Verwendung von Nieten oder dergleichen festgehalten. Jedoch können das befestigte
Ende des Reed-Ventils 21, das befestigte Ende des Reed-Stoppers
22 und der Stützbereich der metallischen Platte 23 auch unter
Verwendung von Befestigungsschrauben oder unter Verwendung sowohl von Befestigungsschrauben
als auch von Befestigungsbolzen festgehalten werden.
Darüber hinaus ist bei einem Ausführungsbeispiel das Rückschlagventil
3 nicht vorgesehen. Zusätzlich können die Ventileinfassung
6 und die Auslasseinfassung 8 als eine einzige Baugruppe eines
Gehäuses ausgebildet sein. Das Rückschlagventil 3 kann außerdem
an dem Ausgang der Ventileinfassung 6 vorgesehen sein. Ein Auslassrohr
mit einer röhrenartigen Form kann an dem Ausgang der Auslasseinfassung
8 vorgesehen sein.
Während nur die ausgewählten Ausführungsbeispiele zum
Darstellen der vorliegenden Erfindung ausgewählt wurden, so ist dem Fachmann
offensichtlich, dass vielfältige Änderungen und Abwandlungen hierbei geschaffen
werden können, ohne dass der Umfang der Erfindung verlassen wird, wie er in
den beigefügten Ansprüchen definiert ist. Darüber hinaus dient die
vorstehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden
Erfindung nur der Darstellung und nicht dem Zwecke einer Beschränkung der Erfindung,
wie sie durch die beigefügten Ansprüche und ihren Äquivalenten definiert
ist.
Eine Fluidsteuerventilbaugruppe ist offenbart, die ein Gehäuse
aufweist. Das Gehäuse definiert ein Einlassrohr (14) und einen Ventilanschluss
(10), der mit dem Einlassrohr (14) derart in einer Fluidverbindung
ist, dass ein Fluid aus dem Einlassrohr (14) und durch den Ventilanschluss
(10) tritt. Das Einlassrohr (14) definiert eine Einlassrohrachse,
und der Ventilanschluss (10) definiert eine Ventilanschlussachse. Die Fluidsteuerventilbaugruppe
hat außerdem ein Ventil (4), das innerhalb des Gehäuses bewegbar
gestützt ist. Das Ventil (4) hat einen Ventilkopf (11) zum
Öffnen und zum Schließen des Ventiles (4), und eine Ventilwelle
(12), die mit dem Ventilkopf (11) gekoppelt ist. Die Ventilwelle
(12) definiert eine Ventilachse, die koaxial zu der Ventilanschlussachse
ist. Das Einlassrohr (14) ist zu dem Ventilanschluss (10) derart
orientiert, dass ein positiver, spitzer Winkel (&thgr;) zwischen der Einlassrohrachse
und einer Ebene gebildet ist, die senkrecht zu der Ventilachse ist.