DE102011112844A1 - Throttle valve device for an internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Drosselklappenvorrichtung für einen Verbrennungsmotor in einem Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, insbesondere für einen Range-Extender, mit einem Gehäuse (4), in dessen Inneren ein durchströmter Fluidkanal (6) ausgebildet ist, mit einem Klappenkörper (18), der den durchströmbaren Querschnitt des Kanals (6) bestimmt, mit einer Klappenwelle (16), auf der der Klappenkörper (18) angeordnet ist und die drehbar im Gehäuse (4) an mindestens einer Lagerstelle gelagert ist, mit einer Stelleinheit (10), die die Klappenwelle (16) antreibt, wobei die Stelleinheit (10) eine begrenzte Anzahl von Stellpositionen für den Klappenkörper (18) vorsieht.The invention relates to a throttle valve device for an internal combustion engine in a hybrid drive train of a motor vehicle, in particular for a range extender, with a housing (4), in the interior of which a flow-through fluid channel (6) is formed, with a valve body (18), which flows through the Cross-section of the channel (6), with a flap shaft (16) on which the flap body (18) is arranged and which is rotatably mounted in the housing (4) at at least one bearing point, with an actuating unit (10), the flap shaft ( 16) drives, wherein the actuator (10) provides a limited number of positions for the valve body (18).

Description

Die Erfindung betrifft eine Drosselklappenvorrichtung für einen Verbrennungsmotor in einem Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, insbesondere für einen Range-Extender, mit einem Gehäuse, in dessen Inneren ein durchströmter Fluidkanal ausgebildet ist, mit einem Klappenkörper, der den durchströmbaren Querschnitt des Kanals bestimmt, mit einer Klappenwelle, auf der der Klappenkörper angeordnet ist und die drehbar im Gehäuse an mindestens einer Lagerstelle gelagert ist, mit einer Stelleinheit, die die Klappenwelle antreibt.The invention relates to a throttle valve device for an internal combustion engine in a hybrid drive train of a motor vehicle, in particular for a range extender, with a housing, in the interior of which a fluid channel is formed, with a flap body, which determines the flow-through cross section of the channel, with a flap shaft, on which the flap body is arranged and which is rotatably mounted in the housing at at least one bearing point, with an actuating unit which drives the flap shaft.

Drosselklappenvorrichtungen für einen Verbrennungsmotor sind hinlänglich bekannt. Hierbei hat die Drosselklappe das Ziel, die Luftmenge für den Verbrennungsmotor zu steuern, um gemeinsam mit einer zu steuernden Treibstoffmenge die geforderte Abgabeleistung zu regulieren. So ist insbesondere aus der DE 101 14 994 A1 eine Drosselklappenvorrichtung bekannt, die auf besonders kostengünstige Weise im Spritzgussverfahren herstellbar ist.Throttle valve devices for an internal combustion engine are well known. Here, the throttle has the goal to control the amount of air for the internal combustion engine to regulate the required output together with a fuel quantity to be controlled. So is in particular from the DE 101 14 994 A1 a throttle device known, which can be produced in a particularly cost-effective manner by injection molding.

In den vergangenen Jahren haben Hybridfahrzeuge immer mehr Beachtung gefunden. Standen zunächst Kohlenwasserstoffe als Primärenergie (und damit der Verbrennungsmotor) im Vordergrund, so gewinnt in der jüngeren Vergangenheit die Verwendung von elektrischer Energie als Primärenergie einen immer größeren Stellenwert, wobei ein kleiner einfach ausgelegter Verbrennungsmotor lediglich noch als Reichweitenverlängerer, Range-Extender, eingesetzt wird. Insbesondere vor dem Hintergrund des Einsatzes von zwei Motorenkonzepten in ein Kraftfahrzeug ist die Bauraum- und Kostenoptimierung sehr wichtig. Bestehende Drosselklappenvorrichtungen sind für einen derartigen Verbrennungsmotor überdimensioniert.In recent years, hybrid vehicles have gained more and more attention. Initially, hydrocarbons were the primary energy (and thus the combustion engine) in the foreground, so in the recent past, the use of electrical energy as a primary energy is gaining ever greater importance, with a small simply designed internal combustion engine is only used as Range Extender, Range Extender. In particular, against the background of the use of two engine concepts in a motor vehicle, the space and cost optimization is very important. Existing throttle devices are oversized for such an internal combustion engine.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Drosselklappenvorrichtung zu schaffen, die insbesondere geeignet ist für einen Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeuges und dabei insbesondere für einen seriellen Range-Extender.Object of the present invention is therefore to provide a throttle valve device which is particularly suitable for a hybrid powertrain of a motor vehicle and in particular for a serial range extender.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Stelleinheit eine begrenzte Anzahl von Stellpositionen für den Klappenkörper vorsieht. Auf diese Weise wird eine Drosselklappenvorrichtung geschaffen, deren Stelleinrichtung lediglich sicherstellen muss, dass die Drosselklappe zwischen einer begrenzten Anzahl von Stellpositionen verstellbar ist. Beispielsweise können hier drei vordefinierte Stellpositionen gewählt werden: 1. Lastpunkt 25 kW, 2. Lastpunkt 15 kW und 3. Lastpunkt 10 kW. Eine aufwendige Positionsregelung kann hierdurch entfallen. Auch ist ein Elektromotor der Stelleinheit wesentlich einfacher auszuführen. Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der die Stelleinheit eine Einrastvorrichtung mit Einrastpositionen aufweist. Hierdurch kann die Stelleinheit noch einfacher und günstiger ausgeführt werden. Vorteilhafterweise weist die Stelleinheit einen Elektromotor und ein Getriebe auf, wobei ein Getriebeausgang drehfest mit der Klappenwelle verbunden ist. Hierbei kann das Getriebe als Schneckengetriebe ausgebildet sein, wobei ein Schneckenzahnrad des Schneckengetriebes drehfest mit der Klappenwelle verbunden ist. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Stelleinheit, und hierbei beispielsweise das Schneckenzahnrad, Einrastorgane aufweist, die im Zusammenwirken mit einem Federorgan ein Einrasten in die gewünschten Einrastpositionen ermöglichen.This object is achieved in that the actuator provides a limited number of parking positions for the valve body. In this way, a throttle valve device is provided, the adjusting device only has to ensure that the throttle valve between a limited number of parking positions is adjustable. For example, three predefined setting positions can be selected here: 1. load point 25 kW, 2. load point 15 kW and 3. load point 10 kW. An expensive position control can be omitted hereby. Also, an electric motor of the actuator is much easier to perform. Particularly advantageous is an embodiment in which the actuating unit has a latching device with latching positions. As a result, the actuator can be made even easier and cheaper. Advantageously, the actuator on an electric motor and a transmission, wherein a transmission output is rotatably connected to the valve shaft. Here, the transmission may be formed as a worm gear, wherein a worm gear of the worm gear is rotatably connected to the valve shaft. It has proved to be particularly advantageous if the setting unit, and in this case, for example, the worm gear wheel, has latching elements which, in cooperation with a spring element, make it possible to engage in the desired latching positions.

Aus montagetechnischer Sicht ist es sinnvoll, wenn das Gehäuse den Fluidkanal und ein Basisgehäuseteil für die Stelleinheit, das durch ein Deckelteil verschließbar ist, aufweist. Hierdurch entfällt die aufwendige Montage und Ausrichtung des Basisgehäuseteils der Stelleinheit am Drosselklappengehäuse. Ein derartiges Gehäuse kann vorteilhafterweise aus Kunststoff hergestellt sein.From a technical point of view, it makes sense if the housing has the fluid channel and a base housing part for the actuating unit, which can be closed by a cover part. This eliminates the costly assembly and alignment of the base housing part of the actuator on the throttle body. Such a housing may advantageously be made of plastic.

Um die Position des Klappenkörpers auf einfache Weise detektieren zu können, kann die Stelleinheit eine berührungslose Sensorvorrichtung aufweisen.In order to be able to detect the position of the flap body in a simple manner, the setting unit can have a contactless sensor device.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt:The invention will be explained in more detail with reference to the drawings. Hereby shows:

1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Drosselklappenvorrichtung, 1 a perspective view of a throttle device according to the invention,

2 eine erste Schnittdarstellung durch das Gehäuse der Drosselklappenvorrichtung aus 1, 2 a first sectional view through the housing of the throttle device 1 .

3 eine zweite Schnittdarstellung durch die Stelleinheit mit einem Schneckenradgetriebe und 3 a second sectional view through the actuator with a worm gear and

4 eine dritte Schnittdarstellung durch die Stelleinheit, die die Einrastorgane und das Federorgan zeigt. 4 a third sectional view through the actuator, which shows the latch members and the spring member.

1 zeigt in perspektivischer Ansicht eine erfindungsgemäße Drosselklappenvorrichtung 2. Diese Drosselklappenvorrichtung 2 ist in einem Verbrennungsmotor in einem Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeuges eingesetzt. Der Verbrennungsmotor und der Hybridantriebsstrang sind nicht dargestellt. Insbesondere wenn der Verbrennungsmotor als serieller Range-Extender ausgeführt ist, sind derzeit bekannte Drosselklappenvorrichtungen überdimensioniert. Hier bietet der einfache und kostengünstige Aufbau der erfindungsgemäßen Drosselklappenvorrichtung 2 Vorteile. Die Drosselklappenvorrichtung 2 weist ein Gehäuse 4 auf, das aus Kunststoff hergestellt ist, und das sowohl einen Fluidkanal 6, als auch ein Basisgehäuseteil 8 für eine Stelleinheit 10 ausbildet. Desweiteren sind in diesem Ausführungsbeispiel Flanschorgane 12 zum Anschluss an verbrennungsmotorspezifische weitere Bauteile vorgesehen. Auch sind bereits Lagestellen 14 (siehe hierzu auch 2) für die Lagerung einer Klappenwelle 16, auf der ein Klappenkörper 18 angeordnet ist, vorgesehen. Das Basisgehäuseteil 8 der Stelleinheit 10 ist durch ein Deckelteil 20 verschließbar, das zudem einen Stecker 22 zur elektrischen Kontaktierung der Stelleinheit 10 aufweist. Die von der Stelleinheit wegweisende Lagerstelle 14 ist durch ein Deckelelement 24 abgedeckt. 1 shows a perspective view of a throttle valve device according to the invention 2 , This throttle device 2 is used in an internal combustion engine in a hybrid powertrain of a motor vehicle. The internal combustion engine and the hybrid powertrain are not shown. In particular, when the internal combustion engine is designed as a serial range extender, currently known throttle devices are oversized. Here offers the simple and inexpensive construction of the throttle valve device according to the invention 2 Advantages. The throttle device 2 has a housing 4 on, which is made of plastic, and both a fluid channel 6 , as well as a base housing part 8th for an actuator 10 formed. Furthermore, in this embodiment flange members 12 provided for connection to internal combustion engine specific additional components. Also already are locations 14 (see also 2 ) for the storage of a flap shaft 16 on which a valve body 18 is arranged provided. The base housing part 8th the actuator 10 is through a lid part 20 lockable, which also has a plug 22 for electrical contacting of the actuator 10 having. The bearing point leading away from the actuator 14 is by a cover element 24 covered.

2 zeigt nun eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Drosselklappenvorrichtung 2 aus 1. Das Gehäuse 4 sowie der Klappenkörper 18 mit der Klappenwelle 16 sind auf günstige Weise im Montagespritzverfahren hergestellt. In den Lagerstellen 14 können auf bekannte Weise Gleitlager 26 für die Lagerung der Klappenwelle 16 eingesetzt werden. Die Klappenwelle 16 und damit der Klappenkörper 18 sind über eine Schraubverbindung 28 drehfest mit einem Schneckenzahnrad 30 eines Schneckengetriebes 32 verbunden. Das Schneckengetriebe 32 weist desweiteren eine Antriebsschnecke 34 auf. Desweiteren weist die Stelleinheit 10 noch eine berührungslose Sensorvorrichtung 40 auf, die hier lediglich schematisch dargestellt ist. Hierzu ist in dem Schneckenrad 30 ein Magnet 42 eingelegt, der mit einem feldrichtungssensitiven Sensor 44, der auf einer Platine 38 angeordnet ist, zusammenwirkt. Die Platine 38 ist über einen nicht weiter dargestellten Stanzkamm mit dem Stecker 22 verbunden. 2 now shows a sectional view of the throttle valve device according to the invention 2 out 1 , The housing 4 as well as the valve body 18 with the flap shaft 16 are made in a cheap way in the assembly spray process. In the campsites 14 can slide bearings in a known manner 26 for the storage of the flap shaft 16 be used. The flap shaft 16 and thus the valve body 18 are via a screw connection 28 rotatably with a worm gear 30 a worm gear 32 connected. The worm gear 32 also has a drive screw 34 on. Furthermore, the actuator has 10 another non-contact sensor device 40 on, which is shown here only schematically. This is in the worm wheel 30 a magnet 42 inserted, which with a field direction sensitive sensor 44 standing on a circuit board 38 is arranged, cooperates. The board 38 is about a not shown punching comb with the plug 22 connected.

Wie aus 3 hervorgeht, ist die Antriebsschnecke 34 drehfest mit einer Antriebswelle 46 eines Elektromotors 48 verbunden. Das Schneckenzahnrad 30 weist hier eine über den gesamten Umfang angeordnete Verzahnung auf. Es kann jedoch auch als Teilzahnrad ausgebildet sein.How out 3 shows, is the drive screw 34 rotationally fixed with a drive shaft 46 an electric motor 48 connected. The worm gear 30 here has a toothing arranged over the entire circumference. However, it can also be designed as a partial gear.

Wie aus 4 ersichtlich ist, weist das Schneckenrad im vorliegenden Ausführungsbeispiel auch noch eine Umfangsfläche 46 auf, die mit Einrastorganen 48, 50, 52 versehen ist. Diese Rastorgane bilden zusammen mit einem Federorgan 54 eine Einrastvorrichtung 56. Durch eine derartige Einrastvorrichtung 56 kann die Stromzufuhr des Elektromotors bei erreichter Einrastposition wesentlich vermindert, wenn nicht sogar abgestellt werden. Jedes Einrastorgan 48, 50, 52 definiert hierzu eine Einrastposition, die wiederum eine bestimmte Stellung der Klappe 18 bedingt. Im vorliegenden Fall sind drei Einrastorgane 48, 50, 52 vorgesehen, die hier einen 1. Lastpunkt 25 kW, 2. Lastpunkt 15 kW und 3. Lastpunkt 10 kW des Klappenkörpers 18 im Fluidkanal entsprechen. Das Federorgan 54 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen halbkugelförmigen Ansatz 56 auf, der mit einer Federkraft des Federorgans 54 in das jeweilige Rastorgan 48, 50, 52 eingreift.How out 4 can be seen, the worm wheel in the present embodiment also has a peripheral surface 46 on that with latching organs 48 . 50 . 52 is provided. These locking members form together with a spring member 54 a latching device 56 , By such a latching device 56 can be significantly reduced, if not turned off, the power supply of the electric motor when reached latching position. Each latch 48 . 50 . 52 defines a latching position, which in turn determines a specific position of the flap 18 conditionally. In the present case are three latching organs 48 . 50 . 52 provided here a first load point 25 kW, 2nd load point 15 kW and 3rd load point 10 kW of the valve body 18 in the fluid channel. The spring organ 54 has a hemispherical approach in the present embodiment 56 on, with a spring force of the spring organ 54 in the respective locking member 48 . 50 . 52 intervenes.

Es sollte deutlich sein, dass die Einrastpositionen nicht auf die Offen-, Geschlossen-, Leerlauf-Stellung des Klappenkörpers 18 beschränkt sind. Insbesondere beim Einsatz für einen Rage-Extender können auch Einrastpositionen gewählt werden, die beispielsweise einem drittel, einem zweidrittel und einem voll geöffneten Fluidkanal entsprechen können. Demzufolge sind die Einrastorgane natürlich auch nicht auf die in 4 dargestellten Positionen am Umfang 46 beschränkt.It should be clear that the latching positions are not on the open, closed, idle position of the valve body 18 are limited. In particular, when used for a rage extender and locking positions can be selected, which may correspond, for example, a third, a two-thirds and a fully open fluid channel. Consequently, the latching organs are of course not on the in 4 shown positions on the circumference 46 limited.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 10114994 A1 [0002] DE 10114994 A1 [0002]

Claims (8)

Drosselklappenvorrichtung für einen Verbrennungsmotor in einem Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, insbesondere für einen Range-Extender, mit einem Gehäuse (4), in dessen Inneren ein durchströmter Fluidkanal (6) ausgebildet ist, mit einem Klappenkörper (18), der den durchströmbaren Querschnitt des Kanals (6) bestimmt, mit einer Klappenwelle (16), auf der der Klappenkörper (18) angeordnet ist und die drehbar im Gehäuse (4) an mindestens einer Lagerstelle gelagert ist, mit einer Stelleinheit (10), die die Klappenwelle (16) antreibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinheit (10) eine begrenzte Anzahl von Stellpositionen für den Klappenkörper (18) vorsieht.Throttle valve device for an internal combustion engine in a hybrid drive train of a motor vehicle, in particular for a range extender, with a housing ( 4 ), in whose interior a flow-through fluid channel ( 6 ) is formed, with a valve body ( 18 ), which the flow-through cross-section of the channel ( 6 ), with a flap shaft ( 16 ), on which the valve body ( 18 ) is arranged and the rotatable in the housing ( 4 ) is mounted on at least one bearing, with an actuator ( 10 ), the flap shaft ( 16 ), characterized in that the actuator ( 10 ) a limited number of actuating positions for the valve body ( 18 ). Drosselklappenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinheit (10) eine Einrastvorrichtung (56) mit Einrastpositionen (48, 50, 52) aufweist.Throttle valve device according to claim 1, characterized in that the actuating unit ( 10 ) a latching device ( 56 ) with latching positions ( 48 . 50 . 52 ) having. Drosselklappenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinheit (10) einen Elektromotor (48) und ein Getriebe (32) aufweist, wobei ein Getriebeausgang drehfest mit der Klappenwelle (16) verbunden ist.Throttle valve device according to claim 1 or 2, characterized in that the actuating unit ( 10 ) an electric motor ( 48 ) and a transmission ( 32 ), wherein a transmission output rotatably with the flap shaft ( 16 ) connected is. Drosselklappenvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (32) als Schneckengetriebe ausgebildet ist, wobei ein Schneckenzahnrad (30) des Schneckengetriebes (32) drehfest mit der Klappenwelle (16) verbunden ist.Throttle valve device according to claim 3, characterized in that the transmission ( 32 ) is designed as a worm gear, wherein a worm gear ( 30 ) of the worm gear ( 32 ) rotatably with the flap shaft ( 16 ) connected is. Drosselklappenvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinheit (10), und hierbei beispielsweise das Schneckenzahnrad (30), Einrastorgane (48, 50, 52) aufweist, die im Zusammenwirken mit einem Federorgan (54) ein Einrasten in die gewünschten Einrastpositionen ermöglichen.Throttle valve device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the actuating unit ( 10 ), and here, for example, the worm gear ( 30 ), Latching organs ( 48 . 50 . 52 ), which in cooperation with a spring member ( 54 ) allow snapping into the desired locking positions. Drosselklappenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) den Fluidkanal (6) und ein Basisgehäuseteil (8) für die Stelleinheit (10), das durch ein Deckelteil (20) verschließbar ist, aufweist.Throttle valve device according to one of the preceding claims, characterized in that the housing ( 4 ) the fluid channel ( 6 ) and a base housing part ( 8th ) for the actuator ( 10 ), which by a cover part ( 20 ) is closable. Drosselklappenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) aus Kunststoff hergestellt ist.Throttle valve device according to one of the preceding claims, characterized in that the housing ( 4 ) is made of plastic. Drosselklappenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinheit (10) eine berührungslose Sensorvorrichtung (40) aufweist.Throttle valve device according to one of the preceding claims, characterized in that the actuating unit ( 10 ) a non-contact sensor device ( 40 ) having.
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