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Dokumentenidentifikation DE102006000352A1 01.02.2007
Titel Luftsteuerungsgerät mit einem durch einen Motor angetriebenen Luftschaltventil
Anmelder Denso Corp., Kariya, Aichi, JP
Erfinder Kouzu, Takahiro, Kariya, JP;
Komiyama, Tadashi, Kariya, JP
Vertreter TBK-Patent, 80336 München
DE-Anmeldedatum 19.07.2006
DE-Aktenzeichen 102006000352
Offenlegungstag 01.02.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 01.02.2007
IPC-Hauptklasse F16K 31/04(2006.01)A, F, I, 20061020, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F01N 3/22(2006.01)A, L, I, 20061020, B, H, DE   
Zusammenfassung Eine Luftsteuerungsgerät wird vorteilhaft als Gerät zum Zuführen von Zusatzluft zu einem in einem Abgasrohr einer Brennkraftmaschine enthaltenen Katalysator verwendet. Das Luftsteuerungsgerät hat einen Elektromotor (3), einen Mechanismus zum Reduzieren der Drehzahl, ein Ventil (4), das eine Ventilstange (6) und eine Vorspannfeder (10) aufweist. Diese Bauteile sind alle in einem Gehäuse enthalten, dass eine Ventilöffnung in sich ausgebildet aufweist. Das Ventil (4) wird angetrieben, um die Ventilöffnung durch den Elektromotor gegen eine Vorspannkraft der Vorspannfeder (10) zu öffnen. Eine Drehbewegung eines Schlussrads (9) in dem Mechanismus zum Reduzieren der Drehzahl wird in eine Linearbewegung der Ventilstange (6) umgewandelt, um dabei die Ventilöffnung zu öffnen. Da die Vorspannfeder (10), die zum Beispiel als Torsionsfeder ausgeführt ist, um einen Flansch (45) gewickelt ist, der mit einer Achse (44) des Schlussrads (9) verbunden ist, wird eine Länge der Ventilstange (6) kurz gemacht und das Gerät als Ganzes kompakt gemacht.

Beschreibung[de]
GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft ein Ventil zum Schalten eines Fluidstroms wie zum Beispiel eines Luftstroms, das durch einen Antriebsmechanismus mit einem Antriebsmotor angetrieben wird. Ein Ventil zur Steuerung eines Luftstroms, um eine Luftmenge zu steuern, die durch einen Luftdurchtritt strömt, der mit einer Abgasleitung einer Brennkraftmaschine verbunden ist, ist bekannt. Das Ventil zur Steuerung des Luftstroms wird mittels Einschalten oder Ausschalten durch einen Antriebsmechanismus mit einem Elektromotor und einen Mechanismus zum Reduzieren einer Drehzahl mit einer Vielzahl von Zahnrädern angetrieben. Ein Schlusszahnrad in dem Mechanismus zum Reduzieren der Drehzahl ist mit einer auf einer Ventilstange ausgebildeten Zahnstange in Eingriff, die hin- und herbewegt wird, um eine Ventilöffnung zu öffnen oder schließen. Beispiele dieser Art von Ventil zur Steuerung eines Luftstroms sind in der JP 0006 173 783 A und der JP 0011 062 724 A offenbart.

Eine Spiralfeder zum Vorspannen des Ventilkopfs zu einer offenen Position oder einer geschlossenen Position des Ventils zur Steuerung des Luftstroms ist um die Ventilstange vorgesehen. Da die Spiralfeder um die Ventilstange vorgesehen ist, ist es unvermeidlich, dass die Ventilstange um die Länge der Spiralfeder zu verlängern ist, um einen Raum für die Spiralfeder sicherzustellen. Entsprechend wird das Ventil zur Steuerung der Luftströmung größer, was einen großen Raum zur Montage erfordert. Einige der Ventile zur Steuerung des Luftstroms wie zum Beispiel EGR- (Abgasrezirkulations-) Ventile sind in freitragender Weise mit einem Luftdurchtritt verbunden, der mit einer Brennkammer einer Brennkraftmaschine kommuniziert. Noch genauer ist ein einen Motor enthaltendes Gehäuse, ein Mechanismus zum Reduzieren der Drehzahl und ein darin vorhandenes Ventil bei einer Position gegenüber dem Motor in einer freitragenden Weise mit dem Luftdurchtritt verbunden. Falls die Ventilstange in ihrer axialen Richtung lange ausgebildet ist, wird ein Abstand von dem Montageabschnitt des Gehäuses zu dem Motor lange, und das Gehäuse muss verstärkt ausgeführt werden, um Schwingungen der Maschine auszuhalten. Wenn der Mechanismus zum Reduzieren der Drehzahl stark schwingt, wird eine Relativbewegung zwischen einer Zahnstange der Ventilstange und einem Schlusszahnrad des Mechanismus zum Reduzieren der Drehzahl erzeugt, das mit der Zahnstange in Eingriff ist, und dabei tritt bei der Zahnstange und dem Schlusszahnrad ein Abrasionsverschleiß auf.

Die Erfindung wurde unter Betrachtung der voranstehend erwähnten Probleme gemacht, und es ist die Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Luftsteuerungsgerät mit einem Luftschaltventil bereitzustellen, dessen Größe kompakt gemacht wird, indem die Ventilstange kurz gemacht ist und dessen mechanische Festigkeit gegen Schwingungen verbessert ist, um den Abrasionsverschleiß der Zahnstange und des Schlusszahnrads zu unterdrücken.

Das Luftsteuerungsgerät der Erfindung ist vorteilhaft als Zusatzluftsteuerungsgerät für eine Brennkraftmaschine einsetzbar, die in einem Kraftfahrzeug montiert ist. Das Luftsteuerungsgerät liefert Zusatzluft, die von einer Luftpumpe zu einem Katalysator wie zum Beispiel zu einem Drei-Wege Katalysator geschickt wird, der in einer Abgasleitung zum Reinigen von Abgas vorgesehen ist. Die Zusatzluft wird zu dem Katalysator geliefert, um ihn aufzuwärmen und dabei zu aktivieren, wenn eine Temperatur des Katalysators niedrig ist.

Das Luftsteuerungsgerät hat ein Gehäuse, das aufweist: in sich ausgebildet eine Ventilöffnung, einen Elektromotor, einen Mechanismus zum Reduzieren der Drehzahl, der eine Vielzahl von Zahnrädern zum Übertragen eines Drehmoments des Motor mit einer reduzierten Drehzahl, ein Ventil zum Öffnen oder schließen einer Ventilöffnung, und eine Vorspannfeder zum Vorspannen des Ventils in einer Richtung, um die Ventilöffnung zu schließen. Das Ventil ist aus einem Ventilkopf, der auf einen Ventilsitz sitzt, und einer Ventilwelle, die mit dem Ventilkopf verbunden ist, zusammengesetzt. Die Ventilstange hat eine Zahnstange, die mit einem Schlusszahnrad des Mechanismus zum Reduzieren der Drehzahl in Eingriff ist. Eine Drehbewegung des Schlusszahnrads wird in eine Linearbewegung der Ventilstange umgewandelt. Die Vorspannfeder ist um eine Achse des Schlusszahnrads vorgesehen. Wenn der Elektromotor mit Energie beaufschlagt ist, wird die Ventilstange des Ventils in eine Richtung angetrieben, um die Ventilöffnung gegen die Vorspannkraft der Vorspannfeder zu öffnen, und dabei wird die Ventilöffnung geöffnet, um die Zusatzluft zu dem Katalysator zu liefern.

Das die Bauteile des Luftsteuerungsgeräts in sich enthaltende Gehäuse ist mit einem Luftdurchtritt verbunden, der auf eine freitragende Weise mit der Ventilöffnung in Verbindung ist. Das Ventil muss in eine Richtung vorgespannt sein, um die Ventilöffnung so zu öffnen, dass die Ventilöffnung geschlossen wird, wenn sie durch den Elektromotor angetrieben wird. Der Elektromotor kann mittels anderer Antriebseinrichtungen wie zum Beispiel einem elektromagnetischen Solenoid ersetzt werden. Das Luftsteuerungsgerät kann zum Rezirkulieren bzw. Rückführen von Abgas in eine Maschine auf eine gesteuerte Weise verwendet werden. Bevorzugt ist die Vorspannfeder eine Torsionsfeder, die um einen Flansch gewinkelt ist, der mit der Achse des Schlusszahnrads verbunden ist.

Da die Vorspannfeder anstatt um die Ventilstange um die Achse des Schlusszahnrads vorgesehen ist, kann die Länge der Ventilstange kürzer gemacht werden. Entsprechend ist es möglich, das Luftsteuerungsgerät kompakt auszuführen, und seine mechanische Festigkeit gegen Schwingungen der Maschine kann verbessert werden, wenn das Gehäuse auf freitragende Weise auf dem Luftdurchtritt montiert ist. Andere Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden aus einem besseren Verständnis der bevorzugten Ausführungsform deutlicher werden, die im folgen mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben ist.

1 ist eine perspektivische Ansicht einer Struktur eines Ventilantriebsmechanismus, der in einem Luftsteuerungsgerät der Erfindung verwendet wird;

2 ist eine Querschnittsansicht einer gesamten Struktur eines Zusatzluftsteuerungsgeräts für eine Brennkraftmaschine;

3 ist eine Querschnittsansicht des Ventilantriebsmechanismus; und

4 ist eine Draufsicht eines Mechanismus zum Reduzieren der Drehzahl des Zusatzluftsteuerungsgeräts.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Die Erfindung wird auf ein Zusatzluftsteuerungsgerät für eine Brennkraftmaschine angewendet, die an einem Kraftfahrzeug montiert ist. Das Zusatzluftsteuerungsgerät wird in einem System zum Liefern von Zusatzluft zu einem Drei-Wege Katalysator in einer Abgasleitung zum Aufwärmen und schnellen Aktivieren von diesem verwendet, wenn zum Beispiel eine Temperatur des Abgases bei dem Anfahren der Maschine niedrig ist. Eine Luftpumpe ist durch einen Zusatzluftdurchtritt mit dem Zusatzluftsteuerungsgerät verbunden.

Mit Bezug auf 2 wird eine gesamte Struktur des Zusatzluftsteuerungsgeräts beschrieben. Das Zusatzluftsteuerungsgerät hat ein Luftschaltventil 1 zum Öffnen oder Schließen eines Luftdurchtritts, ein Rückschlagventil 2, um einen Luftstrom nur in eine Richtung zu ermöglichen, und einen Elektromotor 3 zum Antreiben des Luftschaltventils 1. Eine Antriebskraft des Elektromotors 3 wird durch einen Ventilantriebsmechanismus (aus 1 ersichtlich) zu einem Tellerventil 4 des Luftschaltventils 1 übertragen. Alle diese Bauteile des Zusatzluftsteuerungsgeräts sind in einem Gehäuse enthalten, das aus einem Ventilkasten 11, einem Auslasskasten 13 und einer Kastenabdeckung 12 zusammengesetzt ist (aus 3 ersichtlich).

Eine Luftpumpe zum Liefern der Zusatzluft zu einer Einlassöffnung 17 des Luftschaltventils 1 und des Elektromotors 3 werden durch eine ECU (elektronische Steuereinheit) gemäß den Antriebszuständen der Maschine gesteuert. Die ECU ist ein bekannter Mikrocomputer mit einer CPU (zentrale Verarbeitungseinheit) und Speichern (ROM, RAM) zum Speichern von Programmen und Daten. Eine Temperatur des Drei-Wege Katalysators wird erfasst und in die ECU eingegeben. Wenn die Katalysatortemperatur unter einer vorbestimmten Höhe liegt, werden die Luftpumpe und der Elektromotor 3 bei dem Anfahren der Maschine angetrieben, um die Zusatzluft zu dem Drei-Wege Katalysator zu liefern.

Der Ventilkasten 11 ist aus einen metallischen Material wie zum Beispiel spritzgegossenem Aluminium mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit hergestellt. In dem Ventilkasten 11 sind ein Ventilsitz 14, der eine Ventilöffnung 15 aufweist, die durch das Tellerventil geöffnet oder geschlossen wird, und eine Einlassleitung 16 zum Einbringen von Luft in die Ventilöffnung 15 einstückig ausgebildet. Der Ventilsitz 14 kann getrennt von dem Ventilkasten 11 ausgebildet und bei dem Ventilkasten 11 installiert sein. Die Einlassleitung 16 wird durch den Zusatzluftdurchtritt (nicht gezeigt) mit der Luftpumpe verbunden und hat einen Einlassdurchtritt 18, der sich im Wesentlichen gerade von der Einlassöffnung 17 mit einer Neigung zu der Ventilöffnung 15 erstreckt. Der Einlassdurchtritt 18 ist durch einen anderen Einlassdurchtritt 19 mit der Ventilöffnung 15 verbunden. Das Rückschlagventil 2, das einen Luftdurchtritt 21 aufweist, ist stromabwärts von der Ventilöffnung 15 vorgesehen, und die Ventilöffnung 15 ist durch einen Durchtritt 20 mit dem Luftdurchtritt 21 verbunden.

Die Kastenabdeckung 12 (aus 3 ersichtlich) ist aus einem Harzmaterial hergestellt und weist eine Verbindungsschale 22 auf. Das Zusatzluftsteuerungsgerät ist durch einen Drahtkabelbaum elektrisch mit der ECU verbunden, der Steckdosenanschlüsse aufweist, die mit Steckeranschlüssen 23 zu koppeln sind, die in der Verbindungsschale 22 ausgebildet sind. Der Auslasskasten 13 ist aus einem metallischen Material wie zum Beispiel spritzgegossenem Aluminium hergestellt und weist eine Auslassöffnung 28 auf, um durch diese die Zusatzluft zu liefern. Der Ventilkasten 11 und der Auslasskasten 13 sind durch das in Anlagebringen von entsprechenden Verbindungsflanschen 24, 25 miteinander verbunden. Ein kreisförmiger Dichtgummi 27 zum Dichten des Verbindungsabschnitts ist zwischen den beiden Flanschen 24, 25 vorgesehen. Eine Metallplatte 35 des Rückschlagventils 2 ist in einem Montageabschnitt 26 vorgesehen, der in dem Auslasskasten 13 ausgebildet ist, und zwischen dem Ventilasten 11 und dem Auslasskasten 13 eingefügt. Die Auslassöffnung 28 und der Durchtritt 21 des Rückschlagventils 2 sind durch einen Auslassdurchtritt 29 verbunden.

Der Auslasskasten 13, der das Gehäuse zusammen mit dem Ventilkasten 11 und der Kastenabdeckung 12 ausbildet, hat einen Montageständer 30, der Schraublöcher 31 aufweist. Der Auslasskasten 13 ist fest mit einer Zusatzluftdurchtrittsleitung oder einem Abgasdurchtritt verbunden, die mit der Auslassöffnung 28 mit Montageschrauben (nicht gezeigt) in Verbindung sind, die in die Schraublöcher 31 eingefügt sind.

Das Luftschaltventil 1 hat ein Tellerventil 4, das aus einem Ventilkopf 5 und einer Ventilstange 6 zusammengesetzt ist, und beide sind einstückig durch das Formen eines Harzmaterials ausgebildet. Der Ventilkopf 5 und die Ventilstange 6 können getrennt hergestellt und miteinander verbunden sein. Das Tellerventil 4 ist durch den Antriebsmechanismus mit dem Elektromotor 3 hin- und herbewegbar angetrieben (in 2 in der vertikalen Richtung), und dabei wird die Ventilöffnung 15 durch den Ventilkopf geöffnet oder geschlossen. Der Ventilkopf 5 hat einen Dichtgummi 32, der fest mit einem äußeren Umfangsabschnitt des Ventilkopfs 5 verbunden ist. Der Dichtgummi 32 berührt den Ventilsitz 14, um dabei die Ventilöffnung 15 abzudichten, wenn die Ventilöffnung 15geschlossen ist. Der Ventilkopf 5 ist von dem Ventilsitz 14 getrennt und in dem Durchtritt 20 positioniert, wenn die Ventilöffnung 15 geöffnet ist. Ein unteres Teil der Ventilstange 6 ist in einer zylindrischen Form ausgebildet, und ein oberes Teil in einer festen Stange, auf der eine Zahnstange 49 ausgebildet ist, wie aus 2 ersichtlich ist.

Das Rückschlagventil 2 ist stromabwärts von der Ventilöffnung 15 positioniert. Das Rückschlagventil 2 ist aus einer Metallplatte 35, die einen Luftdurchtritt 21 aufweist, einem Blattventil 33 zum Öffnen oder Schließen den Luftdurchtritts 21 und einem Anschlag 34 zum Beschränken der Bewegung des Blattventils 33 zusammengesetzt. Die Metallplatte 35 ist fest zwischen dem Ventilkasten 11 und dem Auslasskasten 13 gehalten, und das Blattventil 33 und der Anschlag 34 sind mit einer Niete oder Ähnlichem bei ihren Enden an der Metallplatte 35 befestigt. Das Blattventil 33 ist aus einer dünnen metallischen Platte wie zum Beispiel einer Federplatte hergestellt und in Form einer Doppel- oder Dreifachzunge ausgebildet, so dass es sich federnd bewegt, um den Luftdurchtritt 21 zu öffnen oder zu schließen. Der Anschlag 34 ist aus einer metallischen Platte hergestellt und in Form einer Doppel- und Dreifachzunge ausgebildet. Die maximale Bewegung des Blattventils 33 ist durch den Anschlag 34 begrenzt, wenn das Blattventil 33 den Luftdurchritt 21 öffnet. Das Blattventil 33 öffnet den Luftdurchtritt 21 durch einen Druck der Zusatzluft, die zu dem Drei-Wege Katalysator in der Abgasleitung zu liefern ist. Das Blattventil 33 schließt den Luftdurchtritt 21, um zu verhindern, dass Abgas in das Luftsteuerungsgerät eindringt. Der Luftdurchtritt 21 ist in einer netzartigen Form ausgebildet, die eine Vielzahl von Öffnungen aufweist.

Mit Bezug auf 1 bis 4 wird nun beschrieben, wie das Tellerventil 4 angetrieben wird. Wie aus 1 deutlicher ersichtlich ist, wird die Ventilstange 6 des Tellerventils 4 hin- und herbewegend in ihrer axialen Richtung durch einen Ventilantriebsmechanismus angetrieben, der aus dem Elektromotor 3 und einem Mechanismus zum Reduzieren der Drehzahl mit einer Vielzahl von Zahnrädern zusammengesetzt ist. Das Tellerventil 4 ist durch eine um ein Schlusszahnrad 9 gewickelte Torsionsfeder 10 in eine Richtung zum Schließen der Ventilöffnung 15 vorgespannt. Das Tellerventil 4 öffnet die Ventilöffnung 15, wenn es durch den Motor 3 angetrieben wird.

Der Elektromotor 3 ist ein bekannter bürstenloser Gleichstrommotor mit einem Rotor, der mit einer Motorwelle 36 verbunden ist, und einem Stator, der außerhalb von dem Rotor vorgesehen ist. Der Rotor weist Permanentmagnete auf, und der Stator weist eine Ankerwicklung auf, die in einem zylindrischen Loch 37 vorgesehen ist. Elektrischer Strom wird von dem Anschluss 38 zu dem Motor 3 geliefert, der sich von einem Motorgehäuse erstreckt und mit den Anschlüssen 23 (siehe 3) verbunden ist. Der Motor 3 wird unter der Steuerung der ECU angetrieben. Der Motor 3 ist in einem Motorloch 67 des Ventilkastens 11 enthalten und festgehalten, wie aus 3 ersichtlich ist. Ein Ritzel 7, das einen Teil des Mechanismus zum Reduzieren der Drehzahl bestimmt, ist mit der Motorwelle 36 verbunden. An Stelle des bürstenlosen Gleichstrommotors 3 können andere Motoren wie zum Beispiel ein Gleichstrommotor mit Bürsten oder ein Dreiphasen-Induktionsmotor verwendet werden.

Wie aus 1 ersichtlich ist, ist der Mechanismus zum Reduzieren der Drehzahl aus dem Ritzel 7, der mit der Motorwelle 36 verbunden ist, einen Zwischenzahnrad 8 und einem Schlusszahnrad 9 zusammengesetzt. Das Ritzel 7 ist in Eingriff mit einem großen Zahnrad 40 des Zwischenzahnrads 8. Der Durchmesser des großen Zahnrads 40 ist viel größer als der Durchmesser des Ritzels 7. Das Zwischenzahnrad 8 weist ebenfalls ein kleines Zahnrad 42 auf, und sowohl das große Zahnrad 40 als auch das kleine Zahnrad 42 werden gemeinsam durch eine Stützwelle 41 gehalten, die drehbar in dem Gehäuse gelagert ist. Das Schlusszahnrad 9 hat eine Achse 44, einen tortenförmigen Zahnradabschnitt 43, der mit den kleinen Zahnrad 42 des Zwischenzahnrads 8 in Eingriff ist, und ein Ritzel 46 (das Zähne 47 aufweist), die mit der Zahnstange 49 der Ventilstange 6 in Eingriff sind. Das Schlusszahnrad 9 hat außerdem einen Flansch 45, um den die Torsionsfeder 10 gewickelt ist, die die Ventilstange in die Richtung zum Schließen der Ventilöffnung 15 vorspannt. Ein erstes Ende 51 der Torsionsfeder 10 ist mit einem ersten Haken verbunden, der auf dem Flansch 45 ausgebildet ist, und ein zweites Ende 53 der Torsionsfeder 10 ist an einem zweiten Haken 54 befestigt, der in dem Gehäuse gehalten ist. Obwohl das Ritzel 46, das mit der Zahnstange 49 in Eingriff ist, in dieser Ausführungsform vollständig um die Achse 44 ausgebildet ist, kann es lediglich bei einem Abschnitt entsprechend der Zahnstange 49 ausgebildet sein.

Wie aus 1 und 3 ersichtlich ist, ist die Torsionsfeder 10 (eine Spiralfeder) in einem zylindrischen Raum zwischen dem Ritzel 46, das mit der Zahnstange 49 in Eingriff ist, und dem tortenförmigen Zahnradabschnitt 43 vorgesehen. Wenn die Ventilstange 6 in die Richtung zum Öffnen der Ventilöffnung 15 getrieben wird, wird in der Torsionsfeder 10 eine elastische Kraft gespeichert. Wie aus 2 bis 4 ersichtlich ist, sind eine zylindrische Federführung 62, die in sich einen Federraum 61 aufweist, eine zylindrische Ventilführung 64, die ein Loch 63 aufweist, das die Ventilstange 6 darin gleitbar enthält, ein Getriebekasten 66, der in sich eine Getriebekammer 65 ausbildet, und ein Motorkasten 39, der in sich ein Motorloch 67 ausbildet, einstücking in dem Ventilkasten 11 ausgebildet. Eine innere Bohrung der Federführung 62 wirkt als Bohrung zum Führen eines Außendurchmessers der Torsionsfeder 10. Wie aus 2 ersichtlich ist, ist ein ringförmiger Dichtgummi 69 in der Ventilführung 64 vorgesehen, um ein Ausfließen der Zusatzluft von dem Einlassdurchtritt 19 zu verhindern. Der Getriebekasten 66 enthält den Mechanismus zum Reduzieren der Drehzahl mit dem Ritzel 7, das Zwischenzahnrad 8 und das Schlusszahnrad 9.

Der Betrieb des voranstehend beschriebenen Zusatzluftsteuerungssystems wird erläutert. Der Drei-Wege Katalysator zum Umwandeln von schädlichen Bestandteilen wie zum Beispiel CO, HC und NOx in dem Abgas zu harmlosen Bestandteilen ist in der Abgasleitung installiert. Insbesondere wird HC (Kohlenwasserstoff) in dem Drei-Wege Katalysator oxidiert und in Wasser und Kohlendioxide umgewandelt. Jedoch funktioniert der Drei-Wege Katalysator nicht wirkungsvoll, falls ein zu der Maschine geliefertes Kraftstoff-Luftgemisch nicht stöchiometrisch (1:15) ist. Außerdem arbeitet der Drei-Wege Katalysator nicht ideal, wenn die Temperatur des Abgases niedrig ist.

Um den Drei-Wege Katalysator zu aktivieren, wird durch die Luftpumpe erzeugte Zusatzluft durch das Zusatzluftsteuerungsgerät zu dem Drei-Wege Katalysator geliefert. Die Abgastemperatur wird durch das Oxidieren von unverbrannten Bestandteilen mit der Zusatzluft erhöht, und der Drei-Wege Katalysator dabei aktiviert. Deswegen wird die Zusatzluft zu dem Drei-Wege Katalysator geliefert, wenn die Abgastemperatur unter einer vorbestimmten Höhe liegt (bei Bedingungen wie zum Beispiel dem Anlassen der Maschine). Die Temperatur kann durch einen Abgastemperatursensor oder einen Sensor zum Erfassen der Temperatur des Drei-Wege Katalysators erfasst werden. Die Luftpumpe und das Zusatzluftsteuerungsgerät werden unter der Steuerung der ECU betrieben, in die die erfasste Temperatur eingegeben wird.

Wenn der elektrische Motor 3 angetrieben wird, wird sein Drehmoment durch den Mechanismus zum Reduzieren der Drehzahl zu dem Kellerventil 4 übertragen. Genauer wird das Motormoment zuerst von dem Ritzel 7, das mit der Motorwelle 36 verbunden ist, zu dem großen Zahnrad 40 des Zwischenzahnrads 8 übertragen. Dann wird das Drehmoment weiter von dem kleinen Zahnrad 42 zu dem Zahnradabschnitt 43 des Schlusszahnrads 9 übertragen. Dann wird das Drehmoment des Ritzels 46 des Schlusszahnrads 49 in eine lineare Bewegung der Zahnstange 49 umgewandelt, die mit dem Ritzel in Eingriff ist. Somit wird die Ventilstange 6 in die Richtung zum Öffnen der Ventilöffnung 15 angetrieben. Wenn die Stromzufuhr zu dem Motor 3 unterbrochen wird, kehrt die Ventilstange 6 durch die Vorspannkraft der Torsionsfeder 10 zu ihrer ursprünglichen Position zurück, um dabei die Ventilöffnung 15 zu schließen.

Da das Drehmoment des Motors 3 durch den Mechanismus zum Reduzieren der Drehzahl mit dem Ritzel 7, dem großen Zahnrad 40, dem kleinen Zahnrad 42 und dem Zahnradabschnitt 43 zu dem Ritzel 46 des Schlusszahnrads 9 übertragen wird, wird die Drehzahl um das Ausmaß des Übersetzungsverhältnisses in dem Mechanismus zum Reduzieren der Drehzahl reduziert. Ein Ausmaß des Öffnungsgrads der Ventilöffnung 15 wird ebenfalls durch die ECU gesteuert.

Die Zusatzluft wird von der Luftpumpe durch das Zusatzluftsteuerungsgerät zu dem Drei-Wege Katalysator geliefert. Noch genauer wird die Zusatzluft von der Luftpumpe durch die Einlassöffnung 17 der Einlassleitung 16, die Einlassdurchtritte 18, 19, die Ventilöffnung 15, den Durchtritt 20, den Luftdurchtritt 21 in dem Rückschlagventil 2, den Auslassdurchtritt 29 in dem Auslasskasten 13, und die Auslassöffnung 28 übertragen. Auf diese Weise wird die Temperatur des Drei-Wege Katalysators durch die Oxidation von unverbrannten Bestandteilen durch die Zusatzluft erhöht, und der Drei-Wege Katalysator wird aktiviert. Somit werden die schädlichen Bestandteile in dem Abgas wirkungsvoll in harmlose Bestandteile umgewandelt.

Durch die voranstehend beschriebene Ausführungsform erhaltene Vorteile werden zusammengefasst. Da die Torsionsfeder 10 um den Flansch 45 des Schlusszahnrads 9 gewickelt ist, ist die Länge der Ventilstange 6 verkürzt (bekannt ist eine Spiralfeder um die Ventilstange vorgesehen). Deswegen kann das Zusatzluftsteuerungsgerät kompakt gemacht werden, wodurch Montageraum in einem Motorraum eingespart wird. Das das Zusatzluftgerät enthaltende Gehäuse, das mit der Zusatzluftdurchtrittsleitung oder der Abgasleitung auf freitragende Weise verbunden ist, weist eine höhere Festigkeit gegen Schwingungen auf, da ein Abstand von der Montagebasis 30 des Gehäuses zu dem anderen Ende des Geräts kürzer gemacht ist. Mit anderen Worten ist eine freitragende Länge des Hauses verkürzt.

Da das Ritzel 46 des Schlusszahnrads 9 fest mit der Zahnstange 49 der Ventilstange 6 durch die Vorspannkraft der Torsionsfeder 10 in Eingriff ist, sogar wenn der Motor 3 nicht angetrieben ist, kann ein Abrasionsverschleiß des Ritzels 46 und der Zahnstange 49 wegen Schwingungen der Maschine minimiert werden. Da der zylindrische Raum zwischen dem Ritzel 46 und dem Zahnradabschnitt 43 des Schlusszahnrads 9 zum Vorsehen der Torsionsfeder 10 verwendet wird, wird die Größe des Zusatzluftsteuerungsgeräts weiter reduziert. Da das Ritzel 46 des Schlusszahnrads 9 fest mit der Zahnstange 49 durch die Vorspannkraft der Torsionsfeder 10 in Eingriff ist, kann ein Eingriffsverschleiß des Ritzels 46 und der Zahnstange 49 unterdrückt werden. Da die Torsionsfeder 10 in dieser Ausführungsform näher bei dem Motor 3 positioniert ist als bei dem bekannten Gerät, kann ein Rastmoment des Motors 3 zum Beibehalten einer offenen Position des Tellerventils 4 wirkungsvoll verwendet werden.

Die Erfindung ist nicht auf die voranstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt sondern kann verschiedentlich abgeändert werden. Zum Beispiel kann die Erfindung auf andere Geräte als das Zusatzluftsteuerungsgerät angewendet werden, wie zum Beispiel auf Luftsteuerventile (Wirbelsteuerventile, Taumelsteuerventile) oder Ventile zur Steuerung der Menge von Einlassluft (Drosselventile, Leerlaufdrehzahlsteuerventile). Die Erfindung kann auf ein Abgasrezirkulationssteuerventil (EGR Steuerventil) angewendet werden. In diesem Fall kann das Rückschlagventil weggelassen werden. Außerdem kann die Erfindung auf Ventile zum Öffnen oder Schließen eines Fluiddurchtritts, Ventile zum Unterbrechen eines Fluiddurchtritts, Ventile zur Steuerung einer Fluidmenge oder Ventile zur Steuerung eines Fluiddrucks verwendet werden. Das Fluid ist nicht auf Luft beschränkt, sondern es können andere Gase wie zum Beispiel verdampfter Kraftstoff, Wasser, flüssiger Kraftstoff, Öl oder andere Flüssigkeiten das Fluid sein. Außerdem kann das Fluid ein Gemisch aus gasförmigen und flüssigen Fluiden wie zum Beispiel ein Kältemittel in einer Klimaanlage sein.

Obwohl ein Elektromotor zum Antreiben des Tellerventils 4 verwendet wird, können andere Antriebe wie zum Beispiel elektromagnetische Stellglieder verwendet werden, die eine Solenoidspule aufweisen. An Stelle des Tellerventils 4können andere Ventile wie zum Beispiel ein drehendes Ventil, ein Schmetterlingsventil, ein Schließventil, oder ein Kugelventil verwendet werden. Eine Ventilstange und ein Ventilkörper können getrennt ausgebildet sein und danach verbunden werden. Das Rückschlagventil kann in bestimmen Anwendungen ausgelassen sein. Das Blattventil 33 und der Anschlag 34 können bei ihrem einen Ende zusammengenietet, mit einer Schraube befestigt oder durch Triebnieten miteinander verbunden sein. Das Rückschlagventil 2 kann bei der Auslassöffnung 28 positioniert sein. Der Ventilkasten 11 und der Auslasskasten 13 können in einen einzelnen Körper kombiniert werden. Eine Auslassleitung kann mit der Auslassöffnung 28 verbunden sein. Die Torsionsfeder 10 kann mit einem Torsionsriegel oder einer Blattfeder, einer Doppelspiralfeder oder einer Spiralfeder mit einem ungeraden Abstand ersetzt werden.

Während die Erfindung mit Bezug auf die voranstehend beschriebene Ausführungsform gezeigt und beschrieben wurde, ist für Fachleute offensichtlich, dass Änderungen in Form und Detail gemacht werden können, ohne von dem Bereich der Erfindung abzuweichen, der in den anhängenden Ansprüchen definiert ist.

Ein Luftsteuerungsgerät wird vorteilhaft als Gerät zum Zuführen von Zusatzluft zu einem in einer Abgasleitung einer Brennkraftmaschine enthaltenen Katalysator verwendet. Das Luftsteuerungsgerät hat einen Elektromotor, einen Mechanismus zum Reduzieren der Drehzahl, ein Ventil, das eine Ventilstange und eine Vorspannfeder aufweist. Diese Bauteile sind alle in einem Gehäuse enthalten, das in sich ausgebildet eine Ventilöffnung aufweist. Das Ventil wird angetrieben, um die Ventilöffnung durch den Elektromotor gegen eine Vorspannkraft der Vorspannfeder zu öffnen. Eine Drehbewegung eines Schlusszahnrads in dem Mechanismus zum Reduzieren der Drehzahl wird in eine Linearbewegung der Ventilstange umgewandelt, um dabei die Ventilöffnung zu Öffnen. Da die Vorspannfeder, die zum Beispiel als Torsionsfeder ausgeführt ist, um einen Flansch gewickelt ist, der mit einer Achse des Schlusszahnrads verbunden ist, wird eine Länge der Ventilstange kurz gemacht, und das Gerät als ganzes kompakt gemacht.


Anspruch[de]
Luftsteuerungsgerät mit:

einem Gehäuse (11, 12, 13), das eine Ventilöffnung (15) aufweist, die in diesem ausgebildet ist;

einem Ventil (4), das in dem Gehäuse (11, 12, 13) vorgesehen ist, um die Ventilöffnung (15) zu öffnen oder zu schließen, wobei das Ventil (4) eine Ventilstange (6) und einen Ventilkopf (5) aufweist;

einem Ventilantriebsmechanismus mit einem Elektromotor (3), einem Mechanismus zum Reduzieren der Drehzahl, der eine Vielzahl von Zahnrädern (7, 8, 9) mit einem Schlusszahnrad (9) aufweist, das mit einer auf der Ventilstange (6) ausgebildeten Zahnstange (49) in Eingriff ist, so dass die Drehbewegung des Schlusszahnrads (9) in eine Linearbewegung der Ventilstange (6) zum Öffnen oder Schließen der Ventilöffnung (15) umgewandelt wird;

einer Vorspanneinrichtung (10) zum Vorspannen des Ventils (4) in eine Richtung zum Schließen der Ventilöffnung (15),

dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspanneinrichtung (10) um eine Achse (44) des Schlusszahnrads (9) vorgesehen ist.
Luftsteuerungsgerät nach Anspruch 1, wobei die Achse (44) des Schlusszahnrads (9) rechwinklig zu der Ventilstange (6) vorgesehen ist. Luftsteuerungsgerät nach Anspruch 2, wobei die Vorspanneinrichtung (10) eine um die Achse (44) des Schlusszahnrads (9) gewickelte Torsionsfeder (10) ist. Luftsteuerungsgerät nach Anspruch 3, wobei eine elastische Torsionskraft in der Torsionsfeder (10) gespeichert wird, wenn die Achse (44) des Schlusszahnrads (9) in eine Richtung zum Öffnen der Ventilöffnung (15) angetrieben wird. Luftsteuerungsgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Zahnstange (49) auf dem Endabschnitt der Ventilstange (6) gegenüber einem Ende ausgebildet ist, bei dem der Ventilkopf (5) verbunden ist; und die Zahnstange (49) mit einem Ritzel (46) in Eingriff ist, das mit der Achse (44) des Schlusszahnrads (9) verbunden ist. Luftsteuerungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Ventilantriebsmechanismus in dem Gehäuse (11, 12, 13) zusammen mit dem Ventil (4) enthalten ist; und das Gehäuse (11, 12, 13) auf freitragende Weise an einem Luftdurchritt befestigt ist, der mit der Ventilöffnung (15) verbunden ist. Luftsteuerungsgerät nach Anspruch 1, wobei das Luftsteuerungsgerät die Luftströmung von Zusatzluft steuert, die von einer Luftpumpe zu einem Katalysator in einer Abgasleitung eines Kraftfahrzeugs geliefert wird. Luftsteuerungsgerät nach Anspruch 7, außerdem mit einem Einwegventil (2) zum Verhindern, dass Abgas in die Ventilöffnung (15) strömt, während es ermöglicht, dass Zusatzluft durch die Ventilöffnung (15) ausströmt. Luftsteuerungsgerät mit:

einem Gehäuse (11, 12, 13), das eine Ventilöffnung (15) aufweist, die in diesem ausgebildet ist;

einem Ventil (4), das in dem Gehäuse (11, 12, 13) vorgesehen ist, um die Ventilöffnung (15) zu öffnen oder zu schließen, wobei das Ventil (4) eine Ventilstange (6) und einen Ventilkopf (5) aufweist;

einem Ventilantriebsmechanismus mit einem Elektromotor (3), einem Mechanismus zum Reduzieren der Drehzahl, der eine Vielzahl von Zahnrädern (7, 8, 9) mit einem Schlusszahnrad (9) aufweist, das mit einer auf der Ventilstange (6) ausgebildeten Zahnstange (49) in Eingriff ist, so dass die Drehbewegung des Schlusszahnrads (9) in eine Linearbewegung der Ventilstange (6) zum Öffnen oder Schließen der Ventilöffnung (15) umgewandelt wird;

einer Vorspanneinrichtung (10) zum Vorspannen des Ventils in eine Richtung zum Öffnen der Ventilöffnung (15), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspanneinrichtung (10) um eine Achse (44) des Schlusszahnrads (9) vorgesehen ist.






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