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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der
koreanischen Patentanmeldung mit der Nummer 10-2011-0112838 , eingereicht am 1. November 2011, welche in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme hierin einbezogen ist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Luftabsperrventil (bzw. eine Luftdrosselklappe) und insbesondere ein Luftabsperrventil und ein Verfahren zur Stabilisierung von Wiederstart, welches dasselbe verwendet, welche für einen raschen Wiederstart sorgen, indem ein offener Zustand eines Klappenventils (bzw. einer Ventilklappe) zum Zwecke einer Luftzufuhr aufrechterhalten wird, sogar wenn eine Antriebsmaschine (bzw. ein Aggregat zur Erzeugung von Fahrenergie, z. B. ein Brennstoffzellenstapel) unbeabsichtigt stoppt, und welche für eine reduzierte Anzahl von Formgebungsprozessen und eine verbesserte Produktivität einhergehend mit reduzierten Herstellungskosten sorgen, indem ein Kunststoffmaterial für Elemente verwendet wird.
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Ein Brennstoffzellenfahrzeug benötigt Luft (bzw. Sauerstoff) für eine Wasserstoffreaktion in einem Brennstoffzellenstapel (bzw. einem Brennstoffzellenstack), und die Menge von Luft, die für eine Reaktion mit Wasserstoff erforderlich ist, sollte gesteuert bzw. geregelt werden.
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Ein motorangetriebenes Gebläse wird im Allgemeinen verwendet, um Luft anzusaugen und zuzuführen, und ein Luftabsperrventil (ACV) wird verwendet, um die Durchflussrate (bzw. die Fördermenge) von Luft zu steuern.
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9 ist eine Ansicht einer Luftsystemleitung eines herkömmlichen Brennstoffzellenfahrzeugs.
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Wie darin gezeigt, ist die Luftsystemleitung mit einer Einlassleitung 300 verbunden, mittels welcher die angesaugte Luft zu einem Brennstoffzellenstapel 200 strömt. Eine Auslassleitung 400 ist mit der Luftsystemleitung verbunden, um die Luft herauszulassen. Ein Befeuchter 500 ist an der Einlassleitung 300 und der Auslassleitung 400 zum Befeuchten der Luft installiert.
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Das Gebläse 600 ist an der Einlassleitung 300 hinter einem Filter 610 installiert, welcher zum Filtern der angesaugten Luft konfiguriert ist. Das ACV 700 ist an nicht weniger als einem Abschnitt der Einlassleitung 300 und der Auslassleitung 400 angeordnet, um sicherzustellen, dass die Dauerhaltbarkeit des Brennstoffzellenstapels 200 geschützt werden kann.
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Wie oben beschrieben, ist das ACV 700 ein Bauteil zur Einstellung der Luftdurchflussrate während der Wasserstoffreaktion und weist auf: einen Gehäusekörper 701 mit einem bestimmten Luftdurchgang, einen Motor 710 (z. B. ein Elektromotor bzw. ein Servomotor) mit einem Antriebsmittel, welches eine Motorantriebskraft in Antwort auf ein Steuersignal von einer Steuervorrichtung (z. B. Steuergerät) erzeugt, ein Klappenventil 720, welches zur Variation eines Öffnungsgrades in Bezug auf den Luftdurchgang des Gehäusekörpers 701 unter Verwendung eines Klappenkörpers 722, welcher bei einem Antrieb des Motors 710 zusammen mit einem Drehschaft 721 rotiert, konfiguriert ist, und ein elektronisches Ventil 730, welches die Bewegungen des Klappenventils 730 steuert, wenn es eine Rotationskraft vom Motor 710 erhält.
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Das Fahrzeug kann in einer normalen Situation stoppen (bzw. dessen Betrieb beendet werden), wenn ein Fahrer mit Absicht die Antriebsmaschine ausschaltet, oder starten (bzw. in Betrieb genommen werden), wenn der Fahrer die Antriebsmaschine einschaltet (z. B. „zündet”), oder das Fahrzeug kann unbeabsichtigt stoppen in einer anormalen (bzw. nicht normalen) Situation. Wenn die Antriebsmaschine in einer anormalen Situation stoppt, verbessert ein schneller Wiederstart die Wiederaufnahme des Betriebs, wodurch die Qualität und die Zuverlässigkeit eines Produkts verbessert werden.
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Da der Wiederstart einer Antriebsmaschine, wie auch der Neustart, eine Luftzufuhr mittels des ACV 700 benötigt, ist das ACV 700, welches die Luft zuführt, der grundlegendste Faktor, welcher eine Antriebsmaschinen-Startbedingung in Bezug auf die Stabilität des Antriebsmaschinen-Starts des Brennstoffzellenfahrzeugs bestimmt.
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Das oben beschriebe ACV 700 ist schwach in Bezug auf das Wiederstart-Verhalten einer Antriebsmaschine.
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Das oben beschriebene Problem beruht auf der Betriebsweise des ACV 700. Das ACV 700 wird derart betrieben, dass das Klappenventil 720 in den Vollständig-Geschlossen-Zustand (d. h. der Öffnungsgrad des Klappenventils beträgt 0%) umgeschaltet wird ohne Rücksicht auf einen normalen oder anormalen Betrieb, wenn die Antriebsmaschine in einem Zündschlüssel-Aus-Zustand bzw. ausgeschalteten Zustand ist, wobei das Klappenventil 720 in den Vollständig-Offen-Zustand (d. h. der Öffnungsgrad des Klappenventils beträgt 100%) umgeschaltet wird, wenn Zündschlüssel-Ein-Zustand bzw. eingeschalteter Zustand vorliegt.
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Auch wenn die Antriebsmaschine ohne die Absicht eines Fahrers stoppt, wird der Betriebszustand des ACV 700 der Reihe nach von vollständig offen zu vollständig geschlossen geschaltet, was zur Folge hat, dass, auch wenn der Fahrer schnell die Antriebsmaschine wiederstartet, der Reihe nach von vollständig geschlossen zu vollständig offen geschaltet werden muss, wie bei einem Neustart.
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Das ACV 700, welches kein gutes Ansprechverhalten in Reaktion auf einen Fahrerwunsch zum Wiederstart hat, macht einen raschen Wiederstart unmöglich, so dass das Fahrzeug, welches aufgrund von einem unerwarteten Antriebsmaschinen-Stopp gestoppt worden ist, nicht rasch weiterbewegt werden kann. Damit kann die Sorge des Fahrers zunehmen, und in schlimmen Fällen verschlechtert sich die Zuverlässigkeit des Fahrzeugs.
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Das ACV 700 weist einen integrierten Gehäusekörper 701 auf, welcher zum Aufnehmen des Motors 710 an einer Seite konfiguriert ist und zum Aufnehmen des elektronischen Ventils 730 an einer anderen Seite konfiguriert ist, um mit dem Motor 710 und dem Klappenventil 720 zusammenzuwirken, so dass der Gehäusekörper 701 Nachteile hinsichtlich der Herstellung des ACV 700 aufweist.
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Zum Beispiel wird das ACV 700 derart hergestellt, dass der Gehäusekörper 701 gegossen (bzw. geformt bzw. spritzgegossen) wird mittels Druckgießens eines konventionellen Aluminiummaterials, und Löcher werden geformt, die Oberfläche wird verarbeitet, Lager werden in den Gehäusekörper 701 eingebaut zusammen mit anderen Elementen und eine Kühlleitung wird zum Zirkulieren von Kühlwasser eingebaut.
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Wenn das ACV 700 hergestellt ist, ist der Gehäusekörper 701 zwangläufig schwer, da Aluminium verwendet wird, und die thermische Dauerhaltbarkeit des ACV 700 wird herabgesetzt aufgrund der thermischen Ausdehnung des Aluminiummaterials.
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Insbesondere kann die thermische Empfindlichkeit des ACV 700 ein Grund dafür sein, dass ein anormaler Betrieb auftritt, wenn sich die Kühlleistung verschlechtert, so dass das ACV 700 die Qualität und die Zuverlässigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs, welches ein solches ACV 700 verwendet, negativ beeinflussen kann.
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Das ACV 700 wird unter Verwendung eines Aluminiummaterials hergestellt, und die Formgebung des Gehäusekörpers 701 ist beschränkt auf das Druckgießverfahren, welches ein unbequemes Gießverfahren zur Folge hat, und solche Unbequemlichkeiten nehmen sogar in weiteren Montageprozessen, die dem Gießen folgen, weiter zu.
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Zum Beispiel wird bei der Herstellung der Reihe nach vorgegangen: ein Aluminiummaterial wird druckgegossen und das ganze Profil des Gehäusekörpers 701 wird geformt (bzw. gespritzt), die Löcher werden gebildet und Oberflächen werden verarbeitet, und dann werden die zugehörigen Elemente ein- bzw. zusammengebaut, so dass ein Produkt fertig wird; allerdings sind die oben beschriebene Gieß- und Montageprozeduren kompliziert, wodurch die Herstellung des ACV 700 langsam abläuft bzw. die Produktivität nicht so hoch ist.
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Das ACV 700, welches den Gehäusekörper 701 aus einem Aluminiummaterial verwendet, weist keine gute Rosthemmungseigenschaft für das Brennstoffzellenfahrzeug auf, welches verhältnismäßig mehr der Feuchtigkeit ausgesetzt ist.
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Die oben genannten Phänomene verschlimmern sich sogar, wenn das ACV 700 schließt, wenn die Antriebsmaschine stoppt, und das Wasser, welches vom Brennstoffzellenstapel 200 erzeugt ist, kann nicht nach außen abgeführt werden, sondern sammelt sich an dem ACV 700.
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Das Wasser am ACV 700 verursacht einen instabilen Kaltstart aufgrund des Gefrierens der Feuchtigkeit bzw. der Vereisung bei einer Außentemperatur von unter 0°C. Das Aluminiummaterial kann aufgrund der Feuchtigkeit korrodieren.
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Die Verfestigung (bzw. Vereisung) des Klappenventils 720 aufgrund des Gefrierens der Feuchtigkeit (bzw. des Wassers) des ACV 700 kann einfach geschmolzen und beseitigt werden mittels einer Heizvorrichtung; allerdings kann das Korrosionsphänomen nicht beseitigt werden, außer wenn die gesamte Feuchtigkeit eliminiert wird.
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Wenn das ACV 700 weiter korrodiert aufgrund der Feuchtigkeit, kann das Wasser durch eine Leckage bis zu den elektronischen Elementen, wie z. B. das elektronische Ventil 730, welches das Klappenventil steuert, oder den Elektromotor, vordringen, so dass das ACV 700 versagen kann.
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Dementsprechend ist die vorliegende Erfindung gemacht, um die in der konventionellen Technik auftretenden Problems zu lösen. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Luftabsperrventil und ein Verfahren zum Stabilisieren von Wiederstart, welches dasselbe verwendet, bereitzustellen, welche signifikant die Stabilität beim Wiederstart verbessern können, da ein Wiederstart-Zustand durch ein schnelles Ansprechen rasch erhalten werden kann, wenn eine Antriebsmaschine wiedergestartet wird, wobei ein offener Zustand eines Klappenventils aufrechterhalten wird, sogar wenn die Antriebsmaschine anormal stoppt, was verschieden ist von einem normalen Antriebsmaschinen-Stopp, bei welchem ein Fahrer normal eine Abschaltung der Antriebsmaschine beabsichtigt.
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Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Luftabsperrventil und ein Verfahren zum Stabilisieren von Wiederstart, welches dasselbe verwendet, bereitzustellen, welche verhindern, dass die Formgebungs-(bzw. Gieß-) und Montagevorgänge zunehmen und Stückkosten steigen mithilfe einer Verhinderung von Gewichtszunahme und einer Druckgusseinspritzung, indem ein Gehäusekörper aus einem Kunststoffmaterial hergestellt wird im Unterschied zur konventionellen Technik, bei welcher ein Aluminiummaterial verwendet wird, und insbesondere ein Antriebsmaschinen-Versagen, welche aufgrund von Korrosion infolge der angesammelten Feuchtigkeit auftritt, verhindern können.
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Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Luftabsperrventil und ein Verfahren zum Stabilisieren von Wiederstart, welches dasselbe verwendet, bereitzustellen, welche ermöglichen, ein Start-Versagen, welches aufgrund von einer Vereisung der Feuchtigkeit bei einer Temperatur von unter 0°C im Winter auftritt, zu verhindern, dadurch, dass die Verfestigung bzw. das Klemmen aufgrund von Gefrieren der Feuchtigkeit am Klappenventil gelöst wird, welches mit dem Gehäusekörper aus Kunststoffmaterial im Eingriff ist und mittels eines Motors geöffnet und geschlossen wird.
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Um die oben genannten Aufgaben zu lösen, wird bereitgestellt: ein Luftabsperrventil, aufweisend: eine Kunststoffgehäuseeinheit, bei welcher ein metallisches Material an einem Luftdurchgang angebracht (bzw. damit gekoppelt) ist; ein Klappenventil (bzw. eine Ventilklappe), welches den Luftdurchgang öffnet und schließt; einen Motor (bzw. Elektromotor bzw. Servomotor), welcher mittels einer Steuervorrichtung angetrieben ist, wenn eine Antriebsmaschine (bzw. ein Aggregat zur Erzeugung von Fahrenergie, z. B. ein Brennstoffzellenstapel) startet, und eine Rotationskraft erzeugt, um das Klappenventil zu öffnen; eine elektronische Untersetzungsvorrichtung (bzw. Reduziervorrichtung), welche mittels Erhaltens einer rotatorischen Motorantriebskraft das Klappenventil von einem Vollständig-Geschlossen-Zustand in einen Vollständig-Offen-Zustand überführt (bzw. umschaltet) und den Vollständig-Offen-Zustand des Klappenventils ohne Antreiben des Motors aufrechterhält, so dass Luft mittels des Luftdurchgangs bei einem normalen Antriebsmaschinen-Stopp durch einen Fahrer oder bei einem anormalen Antriebsmaschinen-Stopp zugeführt werden kann; und eine Rückführeinheit, welche das Klappenventil mittels einer elastischen Rückstellkraft (z. B. Federkraft) in den Vollständig-Geschlossen-Zustand zurückführt in einem Zustand, bei welchem kein Antreiben des Motors vorliegt, wenn die Antriebsmaschine durch den Fahrer normal gestoppt wird.
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Die Gehäuseeinheit weist vorzugsweise auf: einen Gehäusekörper, bei welchem ein Paar metallischer Lager, welche an beiden Seiten des Luftdurchgangs vorgesehen sind, zusammen mit einer metallischen Bohrung (bzw. Hülse) ausgeformt (z. B. gegossen) ist, welche an dem Luftdurchgang angebracht ist; einen Motorkörper, welcher integral an einem Seitenabschnitt des Gehäusekörpers geformt ist und den Motor aufnimmt; und einen Getriebekörper, welcher integral an einem anderen Seitenabschnitt des Gehäusekörpers geformt ist und die elektronische Untersetzungsvorrichtung aufnimmt.
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Die elektronische Untersetzungsvorrichtung weist vorzugsweise auf: eine Getriebeeinheit, welche das Klappenventil dreht, indem eine Rotation (bzw. Drehzahl) des Motors untersetzt und das Drehmoment erhöht wird, und eine elastische Rückstellkraft bildet, welche auf die Rückführeinheit angewandt wird, wenn das Klappenventil in den Vollständig-Offen-Zustand überführt wird; eine Abfühleinheit (bzw. Sensoreinheit), welche ein Vollständig-Geschlossen-Signal und ein Vollständig-Offen-Signal des Klappenventils infolge einer Drehpositionsänderung der Getriebeeinheit erzeugt und diese an die Steuervorrichtung übermittelt; und eine Halteeinheit, welche mittels der Steuervorrichtung, die den Vollständig-Offen-Zustand des Klappenventils erkennt, betrieben wird, den Vollständig-Offen-Zustand des Klappenventils fixiert und das Fixieren des Vollständig-Offen-Zustands des Klappenventils aufhebt, indem sie mittels der Steuervorrichtung, die den Antriebsmaschinen-Stopp durch den Fahrer erkennt, betrieben wird.
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Die Getriebeeinheit weist vorzugsweise auf: ein Stirnrad (z. B. Ritzel), welches mittels des Motors rotiert; ein Untersetzungsrad, welches die Rotation (bzw. die Drehzahl) des Stirnrades untersetzt (bzw. reduziert) und das Drehmoment erhöht; ein Zwischenrad, welches mit einem Radschaft (bzw. Getrieberadwelle) des Untersetzungsrades im Eingriff ist (bzw. daran drehfest befestigt ist); und ein Schaftrad (bzw. Zahnrad mit einem Schaft), welches mit dem Zwischenrad im Eingriff ist (bzw. kämmt), im Eingriffzustand die Rotation (bzw. Drehzahl des Zwischenrades) reduziert, das Drehmoment erhöht und das Klappenventil öffnet und schließt.
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Das Schaftrad verformt vorzugsweise eine Torsionsfeder, welche zur Rückführeinheit gehört, elastisch, wenn es zum Öffnen des Klappenventils rotiert, und die elastische Rückstellkraft, welche von der Torsionsfeder ausgeübt wird, wird kontinuierlich auf das Schaftrad ausgeübt.
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Das Stirnrad, das Untersetzungsrad, welches mit dem Stirnrad im Eingriff ist, und das Schaftrad, welches mit dem Zwischenrad des Untersetzungsrades im Eingriff ist, sind vorzugsweise an einer geraden Linie angeordnet.
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Die Abfühleinheit weist vorzugsweise auf: einen Magneten, welcher seine Position ändert infolge einer Drehpositionsänderung der Getriebeeinheit; und einen Hall-Sensor, welcher die Positionsänderung des Magneten an zwei verschiedenen Positionen detektiert und ein Detektionssignal erzeugt, welches an die Steuervorrichtung übermittelt wird.
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Vorzugsweise weist der Hall-Sensor auf: einen ersten Hall-Sensor, welcher an einem Schaltkreissubstrat (bzw. träger), welches einen Schaltkreis, welcher Signale an die Steuervorrichtung übermittelt und von dieser erhält, aufweist, montiert ist, und eine Position des Magneten detektiert; und einen zweiten Hall-Sensor, welcher an dem Schaltkreissubstrat in einem Abstand zu dem ersten Hall-Sensor montiert ist und eine andere Position infolge der Positionsänderung des Magneten detektiert.
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Der erste und der zweite Hall-Sensor weisen vorzugsweise einen Abstand (bzw. ein Intervall bzw. einen Winkelabstand) von maximal 90° auf, und das Detektionssignal des ersten Hall-Sensors korrespondiert zu der Vollständig-Offen-Position des Klappenventils, und das Detektionssignal des zweiten Hall-Sensors korrespondiert zu der Vollständig-Geschlossen-Position des Klappenventils.
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Die Halteeinheit weist vorzugsweise auf: ein Solenoid (bzw. einen Elektromagneten), welches eine innere Rückstellfeder mittels Ziehens (bzw. Anziehens) einer Stange (bzw. eines Kolbens) zusammendrückt, wenn ein elektrischer Strom (bzw. elektrische Leistung) zugeführt wird, und die Stange mithilfe einer elastischen Rückstellkraft der Rückstellfeder drückt, wenn der elektrische Strom unterbrochen ist; eine Klinke (bzw. ein Sperrhaken) mit einem Rotationszentrum, welche im Gegenuhrzeigersinn rotiert, wenn die Stange nach innen bewegt wird, und im Uhrzeigersinn rotiert, wenn die Stange nach außen bewegt wird; und einen Klinkenvorsprung (z. B. Verzahnung), welcher im Abstand angeordnet ist, wenn die Klinke im Gegenuhrzeigersinn rotiert, und die Getriebeeinheit festhält, sobald er im Eingriff ist, wenn die Klinke im Uhrzeigersinn rotiert.
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Die Getriebeeinheit weist vorzugsweise auf: ein Stirnrad, welches mittels des Motors rotiert; ein Untersetzungsrad, welches die Rotation des Stirnrades untersetzt und das Drehmoment erhöht; ein Zwischenrad, welches mit einem Radschaft des Untersetzungsrades im Eingriff ist; und ein Schaftrad, welches mit dem Zwischenrad im Eingriff ist, die Rotation reduziert, das Drehmoment erhöht und das Klappenventil öffnet und schließt, wobei der Klinkenvorsprung integral an dem Schaftrad geformt ist.
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Die Steuervorrichtung weist vorzugsweise ferner eine Steuerung einer Heizvorrichtung auf, welche Wärme bei einer Verfestigung aufgrund des Gefrierens von Feuchtigkeit am Klappenventil erzeugt, und die Heizvorrichtung ist konfiguriert, einen metallischen Abschnitt zu heizen, welcher an dem Luftdurchgang angebracht ist.
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Um die obigen Aufgaben zu lösen, wird bereitgestellt: ein Luftabsperrventil, aufweisend: eine Kunststoffgehäuseeinheit, bei welcher ein metallisches Material an einem Luftdurchgang, welcher mittels eines Klappenventils geöffnet und geschlossen wird, angebracht ist; einen Motor, welcher eine Rotationskraft erzeugt, um das Klappenventil zu öffnen, wenn eine Antriebsmaschine durch einen Fahrer gestartet wird; eine Getriebeeinheit, aufweisend: ein Stirnrad, welches mittels des Motors rotiert, ein Untersetzungsrad, welches die Rotation des Stirnrades untersetzt und das Drehmoment erhöht, ein Zwischenrad, welches mit einem Radschaft des Untersetzungsrades im Eingriff ist, und ein Schaftrad, welches mit dem Zwischenrad im Eingriff ist, im Eingriffzustand die Rotation reduziert, das Drehmoment erhöht und das Klappenventil öffnet und schließt; eine Abfühleinheit, welches die Positionsänderungen eines Magneten, welcher an dem Schaftrad befestigt ist, an zwei verschiedenen Positionen detektiert, ein Detektionssignal der einen Position als eine Vollständig-Geschlossen-Position verwendet und ein Detektionssignal der anderen Position als eine Vollständig-Offen-Position des Klappenventils verwendet; eine Halteeinheit, aufweisend: ein Solenoid mit einer Stange, welcher nach innen bewegt wird, wobei sie eine Rückstellfeder im Inneren zusammengedrückt, wenn ein elektrischer Strom zugeführt wird, und nach außen gedrückt wird mittels einer elastischen Rückstellkraft der Rückstellfeder, wenn der elektrische Strom unterbrochen ist; und eine Klinke, welcher im Gegenuhrzeigersinn rotiert, wenn die Stange nach innen bewegt wird, und im Abstand zu einem Klinkenvorsprung, welcher an dem Schaftrad geformt ist, angeordnet ist und im Uhrzeigersinn rotiert, wenn die Stange nach außen bewegt wird, und mit dem Klinkenvorsprung im Eingriff ist, um dadurch das Schaftrad festzuhalten; eine Torsionsfeder, welche das Klappenventil in den Vollständig-Geschlossen-Zustand zurückführt, indem eine elastische Rückstellkraft auf das Schaftrad ausgeübt wird in dem Zustand, bei dem kein Antreiben des Motors vorliegt, wenn eine Antriebsmaschine durch einen Fahrer gestoppt wird; eine Heizvorrichtung, welche Wärme erzeugt, wenn eine Verfestigung aufgrund des Gefrierens von Feuchtigkeit am Klappenventil auftritt, und einen metallischen Abschnitt heizt, welcher an dem Luftdurchgang angebracht ist; und eine Steuervorrichtung, welche beim Antriebsmaschinen-Start durch den Fahrer das Klappenventil in den Vollständig-Offen-Zustand mittels Antreibens des Motors überführt und den Vollständig-Offen-Zustand des Klappenventils aufrechterhält, indem das Solenoid vom eingeschalteten Zustand in den ausgeschalteten Zustand überführt wird; beim Antriebsmaschinen-Stopp durch den Fahrer das Solenoid vom eingeschalteten Zustand in den ausgeschalteten Zustand ohne Antreiben des Motors überführt; die Antriebsmaschine ohne Antreiben des Motors und des Solenoids startet, wenn die Antriebsmaschine anormal stoppt unabhängig von der Fahrerabsicht; und einen elektrischen Strom der Heizvorrichtung zuführt bei einer extremen Temperaturbedingung, welche das Gefrieren von Feuchtigkeit hervorruft.
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Um die obigen Aufgaben zu lösen, wird bereitgestellt: ein Verfahren zum Stabilisieren von Wiederstart, welches ein Luftabsperrventil verwendet, aufweisend: einen Vereisung-Auftauschritt zum Auftauen des gefrorenen Zustands eines Klappenventils, welches einen Luftdurchgang öffnet und schließt, indem eine Heizvorrichtung angetrieben wird, wenn eine Außentemperatur beim Starten einer Antriebsmaschine unter 0°C ist; einen Klappenventil-Offen-Position-Öffnungsschritt zum Antreiben eines Motors, nachdem ein Solenoid eingeschaltet worden ist, um eine Klinke im Gegenuhrzeigersinn zu drehen mittels einer Stange, welche nach innen bewegt wird, und zum Öffnen des Klappenventils, welches mit einem Schaftrad im Eingriff ist, mittels Rotationen des Schaftrades, welches die Motorantriebskraft des Motors erhält nach Rotationsuntersetzungs- und Drehmomenterhöhungsvorgängen; einen Klappenventil-Offen-Erhaltungsschritt zum Verhindern einer Schließabsicht des Klappenventils, indem die Klinke mit dem Schaftrad in Eingriff gebracht wird, wobei die Klinke im Uhrzeigersinn rotiert mittels der Stange, welche nach außen bewegt wird, wenn das Solenoid ausgeschaltet wird, nachdem das Klappenventil einen Vollständig-Offen-Zustand eingenommen hat; einen Wiederstart-Implementierungsschritt zum Ausführen eines Antriebsmaschinen-Starts, ohne den Motor und das Solenoid anzutreiben, wenn die Antriebsmaschine durch einen Fahrer wiedergestartet wird, nachdem die Antriebsmaschine anormal gestoppt hat, was unterschiedlich zu einem normalen Antriebsmaschinen-Stopp durch den Fahrer während der Fahrt ist; und einen Klappenventil-Führungsschritt, wenn die Antriebsmaschine stoppt, wobei das Solenoid eingeschaltet wird, um das Halten bezüglich des Schaftrades freizugeben, wobei die Klinke im Gegenuhrzeigersinn rotiert, indem die Stange nach innen bewegt wird, ohne den Motor anzutreiben, wenn die Antriebsmaschine durch den Fahrer gestoppt wird, und das Solenoid ausgeschaltet wird, nachdem das Klappenventil in den Vollständig-Geschlossen-Zustand zurückgekehrt ist mittels einer elastischen Rückstellkraft einer Torsionsfeder, welche elastisch verformt war, als das Klappenventil vollständig offen war, und der Vollständig-Offen-Zustand des Klappenventils aufrechterhalten wird, wenn die Antriebsmaschine wiedergestartet wird, ohne den Motor und das Solenoid anzutreiben (z. B. wenn die Antriebsmaschine anormal gestoppt worden ist).
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Beim Klappenventil-Offen-Erhaltungsschritt dauert das Antreiben des Motors beim Klappenventil-Offen-Erhaltungsschritt vorzugsweise eine Sekunde lang, und der Vollständig-Offen-Zustand des Klappenventils, bei welchem das Solenoid ausgeschaltet wird, wird festgelegt ausgehend von einem Detektionssignal eines zweiten Hall-Sensors, welcher an der Vollständig-Geschlossen-Position des Klappenventils befestigt ist und auf eine magnetische Kraft eines Magneten anspricht, und wird beurteilt mittels des Detektionssignals eines ersten Hall-Sensors, welcher an der Vollständig-Offen-Position des Klappenventil befestigt ist und auf die magnetische Kraft des bewegten Magneten anspricht.
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Das Detektionssignal des ersten Hall-Sensors und das Detektionssignal des zweiten Hall-Sensors werden vorzugsweise kontinuierlich und wiederholt für 30 Sekunden detektiert, und, wenn während des wiederholten Detektionsvorgangs ein Detektionssignal des zweiten (oder des ersten) Hall-Sensors erzeugt wird, wird dieses beendet und das Solenoid ausgeschaltet.
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Beim Antriebsmaschinen-Stopp-Implementierungsschritt (bzw. dem Klappenventil-Führungsschritt) dauert die eingeschaltete Zeit des Solenoids vorzugsweise zwei Sekunden, und der Vollständig-Geschlossen-Zustand des Klappenventils, bei welchem das Solenoid ausgeschaltet wird, wird beurteilt mittels eines Detektionssignals des zweiten Hall-Sensors, welcher an der Vollständig-Geschlossen-Position des Klappenventils befestigt ist und auf eine magnetische Kraft eines Magneten anspricht.
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Das Luftabsperrventil gemäß der vorliegenden Erfindung macht es möglich, signifikant die Stabilität bei einem Wiederstart durch ein schnelles Ansprechen und eine schnelle Reaktion zu verbessern, wenn eine Antriebsmaschine wiedergestartet wird, wobei ein offener Zustand eines Klappenventils aufrechterhalten wird, sogar wenn die Antriebsmaschine anormal stoppt, was verschieden ist von einem normalen Antriebsmaschinen-Stopp, bei welchem ein Fahrer eine Abschaltung der Antriebsmaschine in einem normalen Betriebszustand beabsichtigt.
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Zusätzlich ermöglicht die vorliegende Erfindung, die Qualität eines Produkts signifikant zu verbessern, wobei die Sorgen eines Fahrers beseitigt werden, da sich ein Fahrzeug in Reaktion auf einen Wiederstart einer Antriebsmaschine zusammen mit einem schnellen Betrieb eines Luftabsperrventils schnell wieder bewegen kann.
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Das Luftabsperrventil der vorliegenden Erfindung adaptiert einen Gehäusekörper, welcher aus einem schmelzbaren bzw. spritzgießbaren Kunststoffmaterial hergestellt ist und elektronische Elemente und ein Klappenventil etc. aufnimmt, so dass das Gesamtgewicht abnimmt im Vergleich mit Aluminiummaterial, und das Formgebungsvermögen kann dank der Beschaffenheit eines Kunststoffmaterials verbessert werden, so dass der Formgebungs- und der Montageprozess vereinfacht und die Herstellungsstückkosten reduziert werden.
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Das Luftabsperrventil der vorliegenden Erfindung adaptiert einen Gehäusekörper aus Kunststoffmaterial, welcher die elektronischen Elemente und ein Klappenventil etc. aufnimmt, so dass das Versagen aufgrund von Korrosion perfekt verhindert werden kann.
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Das Luftabsperrventil der vorliegenden Erfindung ist ausgestattet mit einer Heizvorrichtung zum Auftauen des gefrorenen Zustands, wenn eine Außentemperatur unter 0°C ist, so dass das Versagen eines Antriebsmaschinen-Starts aufgrund von Vereisung der Feuchtigkeit verhindert werden kann.
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1 ist eine Ansicht, welche eine Konstruktion eines Luftabsperrventils gemäß der vorliegenden Erfindung illustriert.
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2 ist eine Ansicht, welche einen Gehäusekörper gemäß der vorliegenden Erfindung illustriert.
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3 und 4 sind Ansichten, welche eine detaillierte Konstruktion einer elektronischen Untersetzungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung illustrieren.
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5 ist ein Steuerungsblockdiagramm eines Luftabsperrventils und eines Verfahrens zum Stabilisieren eines Wiederstarts, welches dasselbe verwendet, gemäß der vorliegenden Erfindung.
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6 ist eine Ansicht, welche einen Betriebszustand einer Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung illustriert.
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7 und 8 sind Ansichten, welche einen Betriebszustand einer elektronischen Untersetzungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung illustriert, wenn ein Luftabsperrventil offen und geschlossen ist.
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9 ist eine Ansicht, welche eine Luftsystemleitung für ein konventionelles Brennstoffzellenfahrzeug illustriert.
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Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden beschrieben mit Bezug auf die angehängten Zeichnungen. Da die Ausführungsformen von einem gewöhnlichen Fachmann in verschiedenen Formen implementiert werden können, sind die Ausführungsformen nicht auf die folgenden Beschreibungen beschränkt.
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1 ist eine Ansicht, welche eine Konstruktion eines Luftabsperrventils gemäß der vorliegenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
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Wie darin gezeigt, weist das Luftabsperrventil (ACV) auf: eine Gehäuseeinheit 1, welche ausgeformt (bzw. gegossen, z. B. spritzgegossen) ist unter Verwendung eines Kunststoffmaterials und einen offenen Luftdurchgang 3 formt; ein Klappenventil 9, welches an dem Luftdurchgang 3 installiert ist, zum Öffnen und Schließen des Luftdurchgangs 3; eine Motorantriebskrafteinheit 10, welche in Antwort auf eine Steuerung bzw. Regelung der Steuervorrichtung angetrieben wird und eine Rotationskraft erzeugt; eine elektronische Untersetzungsvorrichtung, welche das Klappenventil 9 öffnet und schließt mittels Untersetzung der Rotation (bzw. Umdrehungen bzw. Drehzahl) der Motorantriebskrafteinheit 10 und mittels Erhöhung des Drehmoments und mittels der Steuervorrichtung gesteuert bzw. geregelt wird, um sicherzustellen, dass der offene Zustand des Klappenventils 9 aufrechterhalten wird bis zum ausgeschalten Zustand (bzw. Zündschlüssel-Aus-Zustand); und eine Heizvorrichtung 60, welche mittels der Steuervorrichtung gesteuert wird, so dass die Verfestigung bzw. Vereisung des Klappenventils 9, welche aufgrund des Gefrierens von Feuchtigkeit auftritt, mittels Erzeugung von Wärme geschmolzen und beseitigt werden kann.
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Die Gehäuseeinheit 1 ist aus einem Kunststoffmaterial hergestellt, und das Klappenventil 9 ist geformt aus einem Klappenkörper 9b, welcher mir einem Drehschaft 9a im Eingriff ist und zusammen rotiert, um dadurch den Luftdurchgang 3 zu öffnen und zu schließen. Die Motorantriebskrafteinheit 10 wird gesteuert angetrieben mittels eines Motorantriebs, welcher ein Signal von der Steuervorrichtung bekommt, erzeugt eine Motorantriebskraft und ist geformt aus einem Motor (z. B. Elektromotor oder Servomotor) mit einem Motorschaft 12 (bzw. Motorwelle)
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Die elektronische Untersetzungsvorrichtung weist auf: eine Getriebeeinheit 20, welche das Klappenventil 9 öffnet, indem die Rotationskraft (bzw. Drehzahl) des Motors 11 untersetzt (bzw. reduziert) und das Drehmoment erhöht wird; eine Abfühleinheit 30, welche die Position des Klappenventils 9 detektiert und das Signal an die Steuervorrichtung übermittelt; eine Halteeinheit 40, welche von der Steuervorrichtung gesteuert wird, um den offenen Zustand des Klappenventils 9, außer bei von Fahrer beabsichtigten Ausschaltung der Zündung bzw. der Antriebsmaschine, zu fixieren; und eine Rückführeinheit 50, welche das Klappenventil 9 mittels einer elastischen Rückstellkraft während der von Fahrer beabsichtigten Ausschaltung der Zündung (bzw. Zündschlüssel-Aus) bzw. der Antriebsmaschine schließt.
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Die elektronische Untersetzungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist ferner die Halteeinheit 40 auf, um sicherzustellen, dass die Stabilität eines Wiederstarts signifikant verbessert wird, wodurch die Antriebsmaschine rasch wiedergestartet werden kann, nachdem die Antriebsmaschine während der Fahrt unabhängig von Fahrerabsicht gestoppt worden ist.
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Hierbei repräsentiert die Wiederstart-Stabilität ein Ansprechvermögen, schnell auf eine Wiederstart-Anforderung eines Fahrers antworten zu können, wenn die Antriebsmaschine anormal stoppt unabhängig von der (bzw. entgegen der) Fahrerabsicht, was nicht der normalen Situation entspricht, dass die Luftzufuhr normal unterbrochen wird, wenn das Klappenventil 9 geschlossen wird, wenn die Antriebsmaschine aufgrund von einem normalen Zündschlüssel-Aus-Vorgang gemäß Fahrerabsicht gestoppt wird, und dass die Luftzufuhr wiederaufgenommen wird, wenn das Klappenventil 9 geöffnet wird, wenn die Antriebsmaschine normal startet bei einem Zündschlüssel-Ein-Vorgangs gemäß Fahrerabsicht.
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Gute Wiederstart-Stabilität bedeutet, dass die Luftzufuhr rasch wiederaufgenommen wird von dem offenen Zustand des Klappenventils 9, wodurch das Leistungsvermögen des ACV bestimmt wird.
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Wie oben beschrieben, da die Halteeinheit 40 den offenen Zustand des Klappenventils 9 aufrechterhält, kann die Luftzufuhr schnell wiederaufgenommen werden mittels des ACV, wenn die Antriebsmaschine bzw. die Zündung wiedergestartet wird.
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2 ist eine Ansicht, welche die Gehäuseeinheit illustriert, welche auf das ACV der vorliegenden Erfindung angewandt worden ist.
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Wie darin gezeigt, weist die Gehäuseeinheit 1 auf: einen Gehäusekörper 2 mit einem offen Luftdurchgang 3, eine Bohrung 4 (bzw. eine Hülse), welche an dem Luftdurchgang 3 angebracht (bzw. darauf aufgebracht) ist, ein Paar Lagerungen 5a und 5b, welche an dem Luftdurchgang 3 um 180° zueinander versetzt angeordnet sind, einen Motorkörper 6 (bzw. Motorgehäuse), welcher mit dem Gehäusekörper 2 integriert ist an einem Seitenabschnitt des Luftdurchgangs 3, einen Getriebekörper 7 (bzw. Getriebegehäuse), welcher um 90° gebogen (bzw. versetzt) ist in Bezug auf den Motorkörper 6 und mit dem Gehäusekörper 2 integriert ist, und einen Heizvorrichtungskörper 8 (bzw. Heizvorrichtungsgehäuse), welcher mit dem Gehäusekörper 2 integriert ist an der anderen lateralen Seite des Luftdurchgangs 3.
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Der Getriebekörper 7 kann mit dem Gehäusekörper 2 integriert sein; allerdings ist es bevorzugt, dass dieser separat von dem Gehäusekörper 2 geformt ist und in einer Struktur mittels einer Schraube oder eines Bolzens etc. befestigt wird.
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Die Bohrung 4 und die Lager 5a und 5b sind aus metallischem Material gefertigt, und insbesondere ist die Bohrung 4 konfiguriert, die Verfestigung bzw. Vereisung des Klappenventils 9 aufgrund des Gefrierens von Feuchtigkeit aufzutauen, wenn sie mittels der Wärme der Heizvorrichtung 60 geheizt wird.
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Hierbei ist die Bohrung 4 aus einem Aluminiummaterial hergestellt.
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In der vorliegenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Gehäuseeinheit 1 aus einem Kunststoff- bzw. Plastikmaterial hergestellt, so dass sie leichter ist als eine Gehäuseeinheit aus Aluminiummaterial, und es werden verschiedene Vorteile erzielt basierend auf den physikalischen Eigenschaften eines Kunststoffmaterials.
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Da die Gehäuseeinheit 1 ausgeformt wird (z. B. geschmolzen bzw. spritzgegossen) dank der physikalischen Eigenschaften eines Kunststoffmaterials, können der Herstellungs- und der Montageprozess weiter vereinfacht werden im Vergleich zu einem Druckgussverfahren („die casting”).
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Zum Beispiel, da Kunststoff verwendet wird, können die metallische Bohrung 4 und die Lager 5a und 5b zusammen positioniert werden in einer Form zum Insert-Molding (bzw. Umspritzen) und können dann zusammen ausgeformt werden, wenn die Gehäuseeinheit 1 ausgeformt (bzw. spritzgegossen) wird. Dank dieses Formgebungsverfahrens wird ein Montageprozess zum Pressen (bzw. Druckaufbringen) und Einsetzen der metallischen Bohrung 4 und der Lager 5a und 5b nicht benötigt, nachdem die Gehäuseeinheit 1 ausgeformt worden ist, so dass der Montageprozess gespart werden kann.
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Da die Gehäuseeinheit 1 aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist, welches eine geringere thermische Ausdehnungseigenschaft im Vergleich zum Aluminium aufweist, ist sie nicht hitze- bzw. wärmeempfindlich, und das ACV weist eine vergleichsweise höhere thermische Dauerhaltbarkeit auf, so dass die Qualität und die Zuverlässigkeit signifikant verbessert werden können.
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Da die Gehäuseeinheit 1 aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist, tritt im Vergleich zum Aluminium keine Korrosion auf, und, wenn sogar sich Feuchtigkeit ansammelt, korrodieren die elektronischen Elemente nicht, so dass diese sicher bewahrt werden können.
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3 ist eine Ansicht, welche eine Getriebeeinheit 20, eine Abfühleinheit 30, eine Halteeinheit 40 und eine Rückführeinheit 50, welche zur elektronischen Untersetzungsvorrichtung gehört, illustrieren, welche auf das ACV gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt werden.
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Wie darin gezeigt, weist die Getriebeeinheit 20 auf: ein Stirnrad 21, welches an einem Motorschaft 12 des Motor 11 befestigt ist und rotiert; ein Untersetzungsrad 22, welches die Rotationen (bzw. Drehzahl) des Stirnrades 21 untersetzt (bzw. reduziert) und das Drehmoment erhöht bzw. vergrößert; ein Zwischenrad 23, welches mit einem Radschaft 22a des Untersetzungsrades 22 im Eingriff ist (bzw. damit drehfest verbunden ist); und ein Schaftrad 24, welches mit dem Zwischenrad 23 im Eingriff ist (bzw. kämmt), die Rotationen reduziert, das Drehmoment erhöht, um dadurch das Klappenventil 9 zu öffnen und zu schließen.
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Die Anzahl der Zähne des Untersetzungsrades 22 im Vergleich mit dem Stirnrad 21 und die Anzahl der Zähne des Schaftrades 24 im Vergleich mit dem Zwischenrad 23 werden bestimmt in Verhältnissen (bzw. Übersetzungsverhältnissen) in Abhängigkeit von der Öffnungseigenschaft des Klappenventils 9.
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Die Zähne 24a des Schaftrades 24 sind nur an einem bestimmten Abschnitt des Randes bzw. Außenumfangs geformt und werden festgelegt in Abhängigkeit vom Öffnungswinkel (Vollständig-Geschlossen → Vollständig-Offen) des Klappenventils 9.
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Ferner hat das Schaftrad 24 einen besonderen Abschnitt, welcher außerhalb der Zähne 24a des Schaftrades 24 liegt und den Klinkenvorsprung 45 aufweist. Der Klinkenvorsprung 45 wird in Zusammenarbeit mit der Halteeinheit 40 betrieben, so dass der Öffnungswinkel des Klappenventils 9 stabil gehalten werden kann.
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Ein Schaftansatz 24d (bzw. eine Schaftnabe bzw. Schaftvorsprung), welcher von einer lateralen Seite vorsteht, ist an der Mitte des Schaftrades 24 geformt und ist im Eingriff mit dem Drehschaft 9a des Klappenventils 9. Federansatzteile 24b, 24c (bzw. Federhalter) sind um den Schaftansatz 24d herum geformt, und dadurch definieren sie die Montageposition der Rückführeinheit 50.
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In der vorliegenden Ausführungsform sind das Stirnrad 21, das Untersetzungsrad 22, welches mit dem Stirnrad 21 im Eingriff ist (bzw. kämmt), und das Schaftrad 24, welches mit dem Zwischenrad 23 des Untersetzungsrades 22 im Eingriff ist (bzw. kämmt), an einer geraden Linie ausgerichtet angeordnet.
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Die Abfühleinheit 30 weist auf: ein Schaltkreissubstrat 31 mit einem Schaltkreis, welcher ein elektrisches Signal verstärkt, konvertiert und an die Steuervorrichtung übermittelt, einen Magneten 32, dessen Position sich ändert infolge der Änderung im Öffnungswinkel des Klappenventils 9, und zumindest einen Hall-Sensor 33, welcher ein elektrisches Signal mittels Detektion der Positionsänderung des Magneten 32 erzeugt.
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Das Schaltkreissubstrat 31 ist mit dem Getriebekörper 7 der Gehäuseeinheit 1 zusammengebaut.
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Der Magnet 32 ist ein Permanentmagnet und ist befestigt an das Schaftrad 24 der Getriebeeinheit 20, wodurch eine Veränderung in der Position abhängig von der Rotation des Schaftrades 24 erzeugt wird.
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Der Hall-Sensor 33 ist gebildet aus: einem ersten Hall-Sensor 33a und einem zweiten Hall-Sensor 33b an dem Schaltkreissubstrat 31 mit einem bestimmten Abstand dazwischen. Wenn der Magnet 32, welcher an einem bestimmten Abschnitt positioniert ist, detektiert wird, wird ein Detektionssignal vom ersten Hall-Sensor 33a verwendet, um die vollständige Öffnung des ACV zu festzustellen, und wenn der Magnet 32, welcher an dem veränderten Abschnitt positioniert ist, detektiert wird, wird ein Detektionssignal vom zweiten Hall-Sensor 33b verwendet, um die vollständige Schließung des ACV zu festzustellen.
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Der Winkelabstand zwischen dem ersten und dem zweiten Hall-Sensor 33a und 33b ist maximal 90°, und der Referenzwert wird zu 0° gesetzt, wenn das Klappenventil 9 sich in dem Vollständig-Geschlossen-Zustand befindet, und, wenn das Klappenventil 9 sich in dem Vollständig-Offen-Zustand befindet, wird es als 90° von dem oben genannten Referenzwert festgelegt.
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Die Detektionssignale des ersten und des zweiten Hall-Sensor 33a und 33b werden in die Steuervorrichtung eingegeben, welche die Halteeinheit 40 betreibt, oder diese können direkt eingegeben werden als Steuersignale zum Betreiben der Halteeinheit 40.
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Die Halteeinheit 40 weist auf: ein Solenoid 41 mit einer Stange 41a mit einem Bewegungshub nach innen oder außen, eine Klinke 42, welche im Gegenuhrzeigersinn rotiert, wenn die Stange 41a nach innen bewegt wird, und im Uhrzeigersinn rotiert, wenn die Stange 41a nach außen bewegt wird, um das Rotationszentrum im Zusammenwirken mit der (linearen) Bewegung der Stange 41a des Solenoids 41, und einen Klinkenvorsprung 45, im Eingriff ist mit der Klinke 42 oder außer Eingriff damit ist, in Abhängigkeit von der Drehrichtung der Klinke 42.
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Wenn das Solenoid 41 eingeschaltet (bzw. bestromt) ist, wird die Stange 41a gezogen (bzw. angezogen), so dass sie in das Solenoid 41 hinein bewegt wird, und, wenn das Solenoid 41 ausgeschaltet (bzw. nicht bestromt) ist, wird die Stange 41a gedrückt, so dass sie freigegeben wird.
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Zur Ausführung der obigen Betriebsweisen weist das Solenoid 41 eine Rückstellfeder auf, welche elastisch die Stange 41a stützt und zusammengedrückt und verformt wird mittels der Stange 41a, welche gezogen wird, und die Rückstellfeder drückt die Stange 41a mithilfe der elastischen Rückstellkraft, wenn das Ziehen der Stange 41a beendet wird.
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Ein Abschnitt der Klinke 42 ist an der Stange 41a des Solenoids 41 über einen Gelenkstift 43 (bzw. -bolzen) befestigt (bzw. angelenkt) und deren mittlerer Abschnitt ist über einen anderen Gelenkstift 44 (bzw. -bolzen) befestigt (bzw. angelenkt), und, da der andere Abschnitt frei bewegbar ist können um den anderen Gelenkstift 44 herum Wippbewegungen implementiert werden.
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Der andere seitliche, in einem freien Zustand befindliche Abschnitt der Klinke 42 ist mit dem Klinkenvorsprung 45 im Eingriff, so dass das Schaftrad 24 mit dem Klinkenvorsprung 45 festgehalten werden kann.
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Der Klinkenvorsprung 45 ist an dem Schaftrad 24 der Getriebeeinheit 20 geformt, und, wie bereits beschrieben, ist dieser aus mindestens einem Vorsprung an einem Abschnitt, welcher außerhalb der Zähne 24a des Schaftrades 24 geformt ist, geformt.
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4 ist eine Ansicht, welche eine Konstruktion des Klappenventils 9, des Schaftrades 24, des Hall-Sensors 33 und der Rückführeinheit 50 illustriert.
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Wie darin gezeigt, weist das Schaftrad 24 einen Schaftansatz 24d auf, welcher von dessen Mitte vorsteht und mit dem Drehschaft 9a des Klappenventils 9 im Eingriff ist und daher die Bewegungen des Klappenventils 9 erzeugt.
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Der Hall-Sensor 33 ist derart konfiguriert, dass der erste und der zweite Hall-Sensor 33a und 33b an dem Schaltkreissubstrat 31 in einem bestimmten Intervall (Winkelabstand) zueinander angeordnet sind. Der erste Hall-Sensor 33a detektiert eine spezifische Position des Magneten 32, welcher an dem Schaftrad 24 befestigt ist, und der zweite Hall-Sensor 33b detektiert eine andere spezifische Position des Magneten 32, welcher sich bewegt hat in Abhängigkeit von der Rotation des Schaftrades 24.
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Die Rückführeinheit 50 ist montiert durch Windungen an dem Drehschaft 9a des Klappenventils 9, welches mit dem Schaftansatz 24d des Schaftrades 24 im Eingriff ist, und beide Seiten, die nicht gewunden sind, werden durch ein Paar Federansatzteile 24b und 24c gehalten, welche um den Schaftansatz 24d herum geformt sind.
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Die Rückführeinheit 50 ist eine Art Torsionsfeder, deren Federhärte bzw. -konstante unter Berücksichtigung des Drehmoments, welches das Klappenventil 9 dreht, bestimmt wird.
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Die Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung stellt eine Steuervorrichtung dar, welche die Operationen des Brennstoffzellenfahrzeugs umfassend steuert und die Aufgaben der Erzeugung von Steuersignalen in Bezug auf das ACV und der Zuführung von Batterieleistung hat. Die Steuervorrichtung steuert ferner die Heizvorrichtung zum Auftauen der Vereisung von Feuchtigkeit und weist eine Steuerlogik zum Stabilisieren eines Wiederstarts mittels einer Steuerung des ACV auf.
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Da die Steuerlogik eine Heizsteuerung aufweist, ist es möglich, die Verfestigung des ACV aufgrund von Vereisung der Feuchtigkeit zu lösen, wenn die Temperatur unter 0°C ist, wodurch die Startstabilität des Brennstoffzellenfahrzeugs signifikant verbessert wird.
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Insbesondere ist ferner eine Steuerlogik zur Verbesserung der Wiederstart-Stabilität vorgesehen, mit welcher es möglich ist, den Offen-Zustand des ACV aufrechtzuerhalten, damit ein rascher Startzustand erreicht wird, auch wenn die Antriebsmaschine aufgrund von einem anormalen Betrieb stoppt, was verschieden ist vom normalen Antriebsmaschinen-Stopp, welcher von einem Fahrer beabsichtigt wird in einem normalen Antriebsmaschinen-An-Zustand, welcher von dem Fahrer beabsichtigt ist. Dank der oben genannten Merkmale kann das Brennstoffzellenfahrzeug ein schnelles Wiederstart-Ansprechverhalten aufweisen und die Wiederstart-Stabilität kann signifikant verbessert werden.
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5 ist ein Steuerungsblockdiagramm eines Luftabsperrventils, wenn eine Antriebsmaschine gestartet wird (bzw. die Zündung eingeschaltet wird) gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Steuerungsblock weist auf: eine Steuerung des Startens S10 der Fahrzeug-Antriebsmaschine (z. B. Brennstoffzellenstapel), eine Steuerung des Öffnens S20 des Luftabsperrventils, eine Steuerung des Haltens S30 des Luftabsperrventils, eine Steuerung des Wiederstarts S40 der Fahrzeug-Antriebsmaschine und eine Steuerung S50 des Stoppens der Fahrzeug-Antriebsmaschine, wobei die Operationen der Reihe nach durchgeführt werden.
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Wenn die Steuerung des Starts S10 der Fahrzeug-Antriebsmaschine ausgeführt wird, wird überprüft, ob beim Antriebsmaschine-An-Zustand (ON) des Brennstoffzellenfahrzeugs das Auftauen bzw. Entfrosten des ACV angefordert wird.
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Die Anforderungsbedingung in Bezug auf das Auftauen des ACV wird beurteilt anhand einer Außentemperatur, welche unter 0°C ist, und, wenn die Heizvorrichtung 60 beim Erfüllen der Anforderungsbedingung angetrieben wird, kann die Vereisung aufgetaut werden mit der Wärme W an dem Abschnitt der Bohrung 4 aus einem metallischen Material, wie in 6 gezeigt.
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Daher, auch wenn das Klappenventil 9 aufgrund von Gefrieren der Feuchtigkeit vereist ist und daher anhaftet bei einer Außentemperatur unter 0°C im Winter, ist es möglich, zu verhindern, dass die Antriebsmaschine aufgrund des Versagens des ACV nicht startet.
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Die Steuerung des Öffnens S20 des Luftabsperrventils wird durchgeführt, so dass das ACV geöffnet wird, nachdem die Heizvorrichtung 60 betrieben worden ist oder nicht, und danach wird die Steuerung des Haltens S30 des Luftabsperrventils durchgeführt, so dass das ACV bis zum Vollständig-Offen-Zustand geöffnet wird und der Offen-Zustand aufrechterhalten wird.
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Wenn die Steuerung des Haltens S30 des Luftabsperrventils durchgeführt wird, beginnt das ACV gemäß der vorliegenden Ausführungsform schnell, die Luft zuzuführen, wenn die Antriebsmaschine wiedergestartet wird nach einem anormalen Antriebsmaschinen-Stopp, so dass die Wiederstart-Antwort des Brennstoffzellenfahrzeugs schnell ist und die Startsicherheit verbessert werden kann.
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7A und 7B sind Ansichten, welche den Vollständig-Offen-Betrieb des ACV illustriert, nachdem detaillierte Logiksteuerungen basierend auf der Steuerung des Haltens S30 des Luftabsperrventils, welche der Steuerung des Öffnens S20 des Luftabsperrventils folgt, durchgeführt worden sind.
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Im Falle der Steuerung des Öffnens S20 des Luftabsperrventils wird zuerst die Halteeinheit 40 betrieben, um zu verhindern, dass der Betrieb der Getriebeeinheit 20, welche das Klappenventil 9 antreibt, bevor der Motor 11 angetrieben wird, von der Klinke 42 behindert wird.
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Während der Betriebsvorgänge zeichnet sich das Solenoid 41 der vorliegenden Ausführungsform dadurch aus, dass die Stange 41a mithilfe der inneren Rückstellfeder (z. B. Schraubenfeder) nach außen gedrückt wird, wenn keine Stromzufuhr vorliegt, so dass die Klinke 42 nach unten bewegt wird zum Schaftrad 24.
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7A ist eine Ansicht, welche den Betriebszustand der Halteeinheit 40 illustriert. Wie darin gezeigt, wenn ein elektrischer Strom zugeführt wird, wird das Solenoid eingeschaltet bzw. bestromt und zieht die Stange 41a, so dass die gezogene Stange 41a bewirkt, dass die an dem Gelenkstift 43 angelenkte Klinke 42 nach unten bewegt wird, wodurch die Klinke 42 im Gegenuhrzeigersinn um den anderen Gelenkstift 44 als Drehachse rotiert.
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Dabei wird die Rückstellfeder, welche am Solenoid 41 vorgesehen ist, mittels der Stange 41a zusammengedrückt, und sie speichert die Federkraft. Wenn das Solenoid 41 ausgeschaltet wird, wird die Stange 41a gedrückt und bewirkt beim Erhalt der Kraft die Rotation im Uhrzeigersinn.
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Da das freie Ende der Klinke 42 sich von dem Schaftrad 24 der Getriebeeinheit 20 entfernt, wechselt das Schaftrad 24 in einen von der Klinke 42 freien Zustand.
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In dem Zustand, wenn das Schaftrad 24 frei ist von der Klinke 42, ist das Klappenventil 9 offen, indem der Motor 11 angetrieben wird, dessen Betrieb für circa eine Sekunde gehalten wird, und die Dauer von einer Sekunde kann unterschiedlich festgelegt werden abhängig von dem ACV-Design-Spezifikation.
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Der Öffnungsvorgang des Klappenventils 9 wird mit Bezug auf 7B beschrieben.
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Die Motorantriebskraft des Motors 11 wird übertragen an das Stirnrad 21, welches an dem Motorschaft 12 befestigt ist, und die Rotation des Stirnrades 21 wird über das Untersetzungsrad 22 an das Zwischenrad 23, welches mit dem Radschaft 22a des Untersetzungsrades 22 gekoppelt ist, übertragen und wird in Rotationen des Schaftrades 24 konvertiert mittels der Zähne 24a, welche mit dem Zwischenrad 23 im Eingriff sind bzw. kämmen.
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Die Rotation des Schaftrades 24 bewirkt die Rotation des Drehschafts 9a des Klappenventils 9, welches mit dem Schaftansatz 24d im Eingriff ist.
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Dabei veformt sich die Rückführeinheit 50, welche zwischen dem Klappenventil 9 und dem Schaftrad 24 angeordnet ist, elastisch in einem Zustand, in dem sie festsitzt zwischen den Federansatzteilen 24b, 24c, in Abhängigkeit von der Rotation des Schaftrades 24, so dass eine Rückstellkraft für das Schaftrad 24 bereitgestellt wird, wenn das Klappenventil 9 geschlossen ist.
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Dank der elastischen Rückstellkraft der Rückführeinheit 50 kann das ACV in den Vollständig-Geschlossen-Zustand überführt werden ohne eine Motorantriebskraft, nachdem der Motor 11 ausgeschaltet worden ist.
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Die Beurteilung, ob das Klappenventil 9 vollständig offen ist oder nicht, nachdem circa eine Sekunde seit dem Antreiben des Motors 11 verstrichen ist, erfolgt mittels eines Paares aus dem ersten Hall-Sensor 33a und dem zweiten Hall-Sensor 33b, welche auf den Magneten 32 ansprechen, welcher die Abfühleinheit 30 bildet.
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Mit anderen Worten ändert der Magnet 32, welcher an dem Schaftrad 24 befestigt ist, seine Position infolge der Rotation des Schaftrades 24, und die Positionsänderung des Magneten 32 wird detektiert mittels des ersten und des zweiten Hall-Sensors 33a und 33b, welche an dem Schaltkreissubstrat 31 im bestimmten Abstand zueinander angeordnet sind, so dass der Vollständig-Offen-Zustand des Klappenventils 9 festgestellt wird.
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Die Position des Magneten 32, welcher mittels des ersten Hall-Sensors 33a detektiert wird, wird als der Vollständig-Offen-Zustand des Klappenventils 9 und zu 90° festgelegt, und die Position des Magneten 32, welcher mittels des zweiten Hall-Sensors 33a detektiert wird, wird als der Vollständig-Geschlossen-Zustand des Klappenventils 9 und zu 0° festgelegt.
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Vor der Detektion des Signals des Magneten 32 durch den ersten Hall-Sensor 33a liegt ein Zustand vor, bei dem das Klappenventil 9 noch nicht in den Vollständig-Offen-Zustand überführt worden ist.
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In diesem Fall wird circa 30 Sekunden lang gezählt, bis das Signal des ersten Hall-Sensors 33a detektiert wird. Während des Zählens wird über ein Feedback bzw. eine Rückführung kontinuierlich überprüft, ob das Signal des ersten Hall-Sensors 33a vorliegt oder nicht.
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Dabei kann die Zeitdauer von 30 Sekunden unterschiedlich festgelegt werden in Abhängigkeit von der ACV-Design-Spezifikation.
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Wenn ein Signal des ersten Hall-Sensors 33a detektiert wird oder ein Signal des ersten Hall-Sensors 33a mittels des Feedbacks während des Zählens detektiert wird, wird beurteilt, dass das Klappenventil 9 in den Vollständig-Offen-Zustand überführt worden ist, so dass der Motor 11 und das Solenoid 41 in ausgeschaltete Zustände geschaltet werden.
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Die oben genannten Betriebsvorgänge werden mittels der Steuerung des Haltens der Öffnung des Luftabsperrventils implementiert.
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Das Schaftrad 24 kommt in einen Stopp-Zustand, da es keine Rotationskraft von dem Motor 11 erhält, und zur gleichen Zeit bewegt sich die Stange 41a des Solenoids 41 nach außen, indem sie eine Kraft von der zusammengedrückten Feder erhält.
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Die oben genannten Betriebsvorgänge werden durchgeführt, wenn 30 Sekunden gezählt worden sind.
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7B zeigt die gleichen Zustände, und, wie darin gezeigt, wenn sich die Stange 41a des Solenoids 41 nach außen bewegt, wird die Klinke 42, welche mittels des Gelenkstifts 43 angelenkt ist, nach oben gehoben.
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Die Klinke 42, deren eine Seite nach oben gehoben wurde, wird gezwungen, um den anderen Gelenkstift 44, welcher eine Drehachse bildet, zu rotieren, und der freie Endabschnitt der gegenüberliegenden Seite wird nach unten bewegt und von dem Klinkenvorsprung 45 des Schaftrades 24 festgehalten, und letztendlich wird das Schaftrad 24 überführt in den gehaltenen Zustand (Ha) mittels der Klinke 42, welche von dem Klinkenvorsprung 45 gehalten wird.
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Somit kann das Schaftrad 24 mittels der Klinke 42, welche von dem Klinkenvorsprung 45 gehalten wird, verhindern, dass eine Rotationsbewegung des Klappenventils 9 von dem Vollständig-Offen-Zustand in den Vollständig-Geschlossen-Zustand stattfindet, und insbesondere ist es möglich, die elastische Rückstellkraft der Rückführeinheit 50, welche auf das Schaftrad 24 ausgeübt wird, zu verhindern bzw. zu unterbinden.
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Auch wenn die Antriebsmaschine in einer anormalen Situation stoppt, was der Fahrer während der Fahrt nicht beabsichtigt hat, behält das Klappenventil 9 den Vollständig-Offen-Zustand bei, so dass ein schneller Start, wenn die Antriebsmaschine wiedergestartet wird, ermöglicht wird.
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Nachdem das Klappenventil 9 in dem Vollständig-Offen-Zustand war und gleichzeitig der Vollständig-Offen-Zustand gehalten wurde, wird beurteilt, ob während der Fahrt eine anormale Antriebsmaschinen-Stopp-Situation, was der Fahrer nicht beabsichtigt, auftritt.
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Dank der oben erläuterten Betriebsvorgänge schreitet die Routine, wenn als Ergebnis der Beurteilung der Antriebsmaschinen-Stopp normal ist und nicht anormal, zur Steuerung S50 des Stoppens der Fahrzeug-Antriebsmaschine fort; allerdings, wenn als Ergebnis der Beurteilung der Antriebsmaschinen-Stopp anormal ist, schreitet die Routine zur Steuerung des Wiederstarts S40 der Fahrzeug-Antriebsmaschine fort, und es wird beurteilt, ob es eine Anforderung des Fahrers nach Antriebsmaschinen-Wiederstart vorliegt.
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Wenn keine Anforderung eines Antriebsmaschinen-Wiederstarts vom Fahrer vorliegt, schreitet die Routine zur Steuerung S50 des Stoppens der Fahrzeug-Antriebsmaschine fort, wenn eine Anforderung eines Antriebsmaschinen-Wiederstarts vom Fahrer vorliegt, schreitet die Routine zur Steuerung des Wiederstarts S40 der Fahrzeug-Antriebsmaschine fort, so dass das Fahrzeug schnell in den Antriebsmaschinen-Wiederstart-Zustand gelangt.
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Die oben genannte Anforderung des Wiederstarts vom Fahrer wird rasch übermittelt, so dass das Fahrzeug schnell in den Antriebsmaschinen-Wiederstart-Zustand gelangt, was dank des ACV, das den Vollständig-Offen-Zustand aufrechterhält, ermöglicht wird.
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Mit anderen Worten: auch wenn die Antriebsmaschine stoppt, erhält das ACV den Vollständig-Offen-Zustand aufrecht, und, wie oben erwähnt, ist die Klinke 42, welche das Schaftrad 24 im Haltezustand hält, im Aus-Zustand des Solenoids 41 im Betrieb, und der Aus-Zustand des Solenoids 41 kann beibehalten werden, wenn ein Zündschlüssel-Aus-Zustand (bzw. Antriebsmaschinen-Aus-Zustand), welcher der Fahrer beabsichtigt, vorliegt oder eine anormale Antriebsmaschinen-Stopp-Situation, welche der Fahrer nicht beabsichtigt hat, auftritt.
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In der vorliegenden Ausführungsform kann, da das ACV ständig den Vollständig-Offen-Zustand aufrechterhält, wenn die Antriebsmaschine wiedergestartet wird, wenn die Antriebsmaschine entgegen der Benutzerabsicht anormal gestoppt worden ist, das ACV, welches den Vollständig-Offen-Zustand aufrechterhält, schnell die Luftzufuhr beginnen und schnell auf die Anforderung des Fahrers nach Antriebsmaschinen-Wiederstart antworten, so dass der schnelle Antriebsmaschinen-Wiederstart erzielt werden kann.
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Wenn die Routine zur Steuerung S50 des Stoppens der Fahrzeug-Antriebsmaschine fortschreitet, wenn der Antriebsmaschinen-Stopp (bzw. Zündschlüssel-Aus-Position), welcher vom Fahrer beabsichtigt ist, detektiert wird, führt das ACV eine Steuerung zum vollständigen Schließen aus.
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In diesem Fall kann das ACV in den Vollständig-Geschlossen-Zustand ohne Verwendung der Motorantriebskraft des Motors 11 überführt werden, was eine Eigenschaft der vorliegenden Erfindung ist, und dies wird ermöglicht dadurch, dass das Klappenventil 9 geschlossen wird, wenn die Rückführeinheit 50, welcher beim Überführen des ACV in den Vollständig-Offen-Zustand elastisch verformt worden war, dem Schaftrad 24 eine Rückstellkraft bereitstellt.
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8A und 8B sind Ansichten, welche die Vollständig-Geschlossen-Betriebsvorgänge des ACV dank der detaillierten Logiksteuerung illustrieren, welche zur Steuerung S50 des Stoppens der Fahrzeug-Antriebsmaschine gehört.
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Die Steuerung S50 des Stoppens der Fahrzeug-Antriebsmaschine ist auf einen Vorgang gerichtet, bei welchem das Schaftrad 24, welches in dem Vollständig-Offen-Zustand den Haltezustand mittels der Klinke 42 hält, zuerst gelöst wird, wofür das Solenoid 41 in den eingeschalteten Zustand (bzw. An-Zustand) überführt wird, indem eine elektrische Leistung (bzw. elektrischer Strom) zugeführt wird, und der Motor 11 den ausgeschalteten Zustand (bzw. den Aus-Zustand) beibehält.
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Das Solenoid 41, welches in den An-Zustand umgeschaltet worden ist, zieht die Stange 41a, so dass die Klinke 42, welches mittels des Gelenkstifts 43 montiert ist, nach unten bewegt wird, und die Klinke 42 rotiert um den anderen Gelenkstift 44 herum im Gegenuhrzeigersinn.
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Dabei wird die Rückstellfeder, welche am Solenoid 41 vorgesehen ist, durch die Stange 41a zusammengedrückt und speichert eine elastische Kraft (bzw. Federkraft), und, wenn das Solenoid 41 in den Aus-Zustand gelangt, kann die Stange 41a eine Kraft erhalten, welche bewirkt, dass die Klinke 42 im Uhrzeigersinn rotiert.
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Da das freie Ende der Klinke 42 sich weiter von dem Schaftrad 24 der Getriebeeinheit 20 entfernt, wie in 8B gezeigt, kommt das Schaftrad 24 in den freien Zustand (Hb) von der Klinke 42.
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Dabei wird eine Zeit zum Anlegen des Stroms bzw. zur Stromkonduktion des Solenoids 41 benötigt, bis das freie Ende der Klinke 42 in den vom Schaftrad 24 freien Zustand (Hb) gelangt. Diese dauert circa zwei Sekunden; allerdings kann diese unterschiedlich je nach der ACV-Design-Spezifikation festgelegt werden.
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Nachdem das freie Ende der Klinke 42 in den vom Schaftrad 24 freien Zustand (Hb) umgeschaltet worden ist, rotiert das Schaftrad 24 allein mithilfe der elastischen Rückstellkraft der Rückführeinheit 50, ohne den Motor 11 zu verwenden, und das Klappenventil 9 kann in den Vollständig-Geschlossen-Zustand geschaltet werden.
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Wie in 8B gezeigt, bewegt sich mithilfe des Schaftrades 24, welches mittels Erhaltens der elastischen Rückstellkraft der Rückführeinheit 50 rotiert, der Magnet 32 von dem ersten Sensor 33a, welcher den Vollständig-Offen-Zustand detektiert, zum zweiten Sensor 33b, welcher den Vollständig-Geschlossen-Zustand detektiert.
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Da die Position des Magneten 32 mittels des zweiten Sensors 33b detektiert wird, nimmt das ACV den geschlossenen Zustand ein, bei welchem das Klappenventil 9 in den Vollständig-Geschlossen-Zustand umgeschaltet wird, wobei die Betriebsvorgänge während der Steuerungslogikoperation in allen Situationen identisch implementiert werden.
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Wenn das Klappenventil in den Vollständig-Geschlossen-Zustand konvertiert wird mittels des oben beschrieben Verfahrens, stoppt die Antriebsmaschine des Fahrzeugs, und das Klappenventil kehrt in den ursprünglichen Zustand zurück und hält den Standby-Zustand, bis die Antriebsmaschine wiederstartet. Wenn die Antriebsmaschine startet, steuert das ACV der Reihe nach die Steuerung des Startens S10 der Fahrzeug-Antriebsmaschine, die Steuerung des Öffnens S20 des Luftabsperrventils, die Steuerung des Haltens S30 des offenen Luftabsperrventils, die Steuerung des Wiederstartens S40 der Fahrzeug-Antriebsmaschine und die Steuerung S50 des Stoppens der Fahrzeug-Antriebsmaschine.
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Das Luftabsperrventil (ACV) der vorliegenden Ausführungsform erhält einen Vollständig-Offen-Zustand des Klappenventils 9 unter Verwendung der Klinke 42, welche in Antwort auf den An- oder Aus-Zustand des Solenoids 41 betrieben wird, aufrecht, so dass das Antriebsmaschinen-Wiederstart-Verhalten signifikant verbessert wird mithilfe der schnellen Luftzufuhr des ACV, wenn die Antriebsmaschine unabhängig von der Fahrerabsicht anormal stoppt. Zusätzlich ist das ACV aus einem Kunststoffmaterial hergestellt und der Montageprozess während der Formgebung kann vereinfacht werden, so dass die Stückkosten bei der Herstellung reduziert werden und das Korrosionsphänomen aufgrund von Feuchtigkeit verhindert werden kann und die Betriebssicherheit in großem Maße erhöht werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- KR 10-2011-0112838 [0001]
