DE102015211353A1

DE102015211353A1 - Leerlauf-Luft-Steuerventil für einen Motor mit kleinem Hubraum und mit einer Schutz-Ummantelung mit Ventilsitz

Info

Publication number: DE102015211353A1
Application number: DE102015211353.1A
Authority: DE
Inventors: Craig Andrew Weldon
Original assignee: Continental Automotive Systems Inc
Current assignee: Continental Automotive Systems Inc
Priority date: 2014-08-27
Filing date: 2015-06-19
Publication date: 2016-03-17
Also published as: US20160061122A1; CN105386878B; US9657656B2; CN105386878A; BR102015017948A2

Abstract

Ein Linearaktuator umfasst eine Statoranordnung und eine Rotoranordnung, welche in betrieblicher Weise der Statoranordnung zugeordnet ist und für eine Rotation mit Bezug auf die Statoranordnung befestigt ist. Eine Welle ist für eine Rotation blockiert und ist der Rotoranordnung zugeordnet, so dass eine Rotation der Rotoranordnung eine Linearbewegung der Welle verursacht. Eine Ventilspitze ist einem entfernten Ende der Welle für eine Bewegung damit zugeordnet. Eine Ummantelung ist mit der Statoranordnung gekoppelt und umgibt im Wesentlichen die Ventilspitze. Die Ummantelung umfasst einen Ventilsitz und einen Einlass, welcher mit einem Auslass über eine an den Ventilsitz angrenzende Drosselklappenöffnung kommuniziert. Die Welle und die zugeordnete Ventilspitze sind für eine Bewegung relativ zu dem Ventilsitz ausgebildet und angeordnet, um eine Luftströmung zwischen dem Einlass und dem Auslass zu steuern.

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft ein Leerlauf-Luft-Steuerventil (IACV = Idle Air Control Valve), und insbesondere ein IACV zur Verwendung in einem Motor mit kleinem Hubraum, wobei das IACV eine Ummantelung zum Schutz der Ventilspitze und einen verbesserten Ventilsitz aufweist.
Hintergrund
Das IACV ist ein digitaler Linearaktuator (DLA = Digital Linear Actuator), welcher auf genaue Weise eine Drosselklappenluftströmung in einem Motorsystem steuert. Der Bedarf für eine Verwendung eines IACV besteht darin, dass Abgasemissions-Steuerungsrichtlinien präzisere Luft-/Kraftstoff-Verhältnisse für Motoren für saubere Abgasemissionen erfordern. Eine alternative Strömungssteuerung verwendet einen DLA für eine Brennstoffzelle oder für eine positive Kurbelwellengehäuseentlüftung (PCV = Positive Crankcase Ventilation).
IACVs werden für den Markt für kleine Motoren entwickelt, zum Beispiel zur Verwendung bei Motorrädern mit zwei und drei Rädern, bei Offroad-Fahrzeugen, bei marinen Außenbordmotoren, bei mobilen Notstromaggregaten, bei Gartenmaschinen mit Verbrennungsmotor usw., und zwar zur Reduzierung von Emissionswerten. Der Durchmesser eines Drosselklappensitzes im Drosselklappengehäuse liegt für diese kleinen Motoren typischerweise zwischen 3–6 mm. Die Gestalt der Ventilspitze des IACV bestimmt das Luftströmungsprofil im Drosselklappengehäuse. Für ein IACV mit einem linearen Hub von 8,5 mm nimmt die Ventilspitze eine sehr nadelförmige Gestalt an. Eine solche nadelförmige Ventilspitze ist nicht besonders stabil bzw. robust und könnte vor Einbau in das Drosselklappengehäuse beim Montieren beschädigt werden, was nach einem Transport auftreten kann.
Somit besteht ein Bedarf zur Bereitstellung einer Ummantelung zum Schutz der Ventilspitze eines IACV zur Verwendung in einem Motor mit geringem Hubraum, wobei die Ummantelung außerdem den Ventilsitz definiert.
Zusammenfassung
Ein Gegenstand einer Ausführungsform soll das oben bezeichnete Problem lösen. In Übereinstimmung mit den Prinzipien einer Ausführungsform wird dieser Gegenstand durch Bereitstellen eines Linearaktuators erzielt, welcher eine Statoranordnung und eine Rotoranordnung umfasst, welche in betrieblicher Weise der Statoranordnung zugeordnet ist und für eine Rotation mit Bezug auf die Statoranordnung befestigt ist. Eine Welle wird für eine Rotation blockiert und ist der Rotoranordnung zugeordnet, so dass eine Rotation der Rotoranordnung eine Linearbewegung der Welle verursacht. Eine Ventilspitze ist einem entfernten Ende der Welle für eine Bewegung mit dieser zugeordnet. Eine Ummantelung ist mit der Statoranordnung gekoppelt und umgibt im Wesentlichen die Ventilspitze. Die Ummantelung umfasst einen Ventilsitz sowie einen Einlass, welcher mit einem Auslass über eine an dem Ventilsitz angrenzende Drosselklappenöffnung kommuniziert. Die Welle und die zugeordnete Ventilspitze sind für eine Bewegung relativ zum Ventilsitz ausgebildet und angeordnet, um eine Luftströmung zwischen dem Einlass und dem Auslass zu steuern.
In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt einer Ausführungsform schützt ein Verfahren eine Ventilspitze eines Linearaktuators. Der Aktuator umfasst eine Statoranordnung und eine Rotoranordnung, welche in betrieblicher Weise der Statoranordnung zugeordnet ist und für eine Rotation mit Bezug auf die Statoranordnung befestigt ist. Eine Welle wird für eine Rotation blockiert und ist der Rotoranordnung zugeordnet, so dass eine Rotation der Rotoranordnung eine Linearbewegung der Welle verursacht. Eine Ventilspitze ist einem entfernten Ende der Welle für eine Bewegung mit derselben zugeordnet. Das Verfahren koppelt eine Ummantelung mit der Statoranordnung, um die Ventilspitze im Wesentlichen zu umgeben. Die Ummantelung stellt einen Ventilsitz bereit, und einen Einlass, welcher durch eine an den Ventilsitz angrenzende Drosselklappenöffnung mit einem Auslass kommuniziert, so dass die Welle und die zugeordnete Ventilspitze relativ zu dem Ventilsitz zur Steuerung einer Luftströmung zwischen dem Einlass und dem Auslass bewegbar sind.
Weitere Gegenstände, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung, als auch der Betriebsverfahren und der Funktionen der entsprechenden Elemente der Struktur, die Kombination von Teilen sowie die Herstellungsweise werden bei Betrachtung der folgenden detaillierten Beschreibung und der angefügten Ansprüche mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen besser verständlich, welche alle einen Teil dieser Beschreibung bilden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird durch die folgende detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen davon in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen besser verständlich, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente beziehen, wobei:
1 eine Seitenansicht eines digitalen Linearaktuators in der Form eines durch eine Leitungsverbindung betätigten Leerlauf-Luft-Steuerventils in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II in 1 ist;
3 eine Seitenansicht eines digitalen Linearaktuators in der Form eines mechanischen Drosselklappengehäuses mit integriertem Leerlauf-Luft-Steuerventil in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; und
4 eine Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV in 3 ist.
Detaillierte Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen
Mit Bezug auf 1 wird in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform ein Leerlauf-Luft-Steuerventil (IACV) gezeigt, welches allgemein mit Bezugszeichen 10 gekennzeichnet ist. Das IACV 10 umfasst einen Elektromotor 11, vorzugsweise in der Form eines Schrittmotors, welcher für das IACV 10 eine Linearverstellung bereitstellt. Das IACV 10 kann für Motoren mit geringem Hubraum verwendet werden, wie zum Beispiel bei Motorrädern mit zwei und drei Rädern, Offroad-Fahrzeugen, Boots-Außenbordmotoren, mobilen Notstromaggregaten, Gartenwerkzeugen mit Verbrennungsmotor usw., um Emissionswerte zu reduzieren.
Der Motor 11 ist von der Art, wie sie in der US-Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 20080121833 offenbart ist, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme in dieser Beschreibung mit enthalten ist. Mit Bezug auf 2 umfasst der Motor 10 somit eine Statoranordnung 12 und eine Rotoranordnung 14, welche der Statoranordnung 12 zugeordnet ist. Ein Lager 16 ermöglicht in lagernder Weise eine Rotation der Rotoranordnung 14 relativ zu der Statoranordnung 12 und um eine Mittelachse X herum.
Ein elektrischer Verbinder 18 wird für die Spulenwicklungen 20, 22 als Quelle eines elektrischen Stroms verwendet. In der Ausführungsform des Motors 11 als ein Schrittmotor bewirkt ein Stromfluss in den Spulenwicklungen 20, 22 der Statoranordnung 12 eine Drehbewegung der Rotoranordnung 14. Die Rotoranordnung 14 weist einen Gewindeabschnitt 24 für einen Eingriff mit einem Gewindeabschnitt 26 der Welle 28 auf. Die Welle 28 wird für eine Rotation in einem vorderen Lager 30 blockiert. Somit wird eine Drehbewegung der Rotoranordnung 16 in eine Linearbewegung der Welle 28 über die Gewindeankopplung umgewandelt, wodurch dieser Schrittmotor 11 zu einem Linearaktuator gemacht wird. Die Welle 28 ist für einen Linearhub von etwa 8,5 mm ausgebildet und angeordnet. Der Fachmann wird bevorzugen, dass die vorliegende Ausführungsform bei verschiedenen alternativen Ausführungsformen für magnetische Einrichtungen verwendbar sein könnte, und zwar unabhängig davon, ob solche Einrichtungen einphasig oder mehrphasig ausgelegt sind. Überdies könnten solche alternativen Ausführungsformen im Hinblick auf einen elektrischen Eingang ausgebildet sein, um einen unterschiedlichen Ausgang bereitzustellen, wie zum Beispiel bei einem Dreh-Schrittmotor oder bei einem Motor, welcher eine kontinuierliche Drehbewegung oder dergleichen bereitstellt.
Bei der Darstellung der 2 ist ein entferntes Ende der Welle 28 mit der Ventilspitze 32 gekoppelt oder mit dieser integral ausgebildet, welche sich linear mit der Welle 28 bewegt. Die Welle 28 und die Ventilspitze können aus Plastik oder Metall hergestellt sein, wobei sie allerdings während der Montage und/oder während des Transports beschädigt werden können. In Übereinstimmung mit der Ausführungsform ist eine Ummantelung, welche allgemein mit Bezugszeichen 34 gekennzeichnet ist, mit der Statoranordnung 12 gekoppelt, vorzugsweise bei dem Lager 30, und zwar mittels einer Schweißverbindung 33, so dass die Ummantelung 34 entlang der Achse X ausgerichtet ist. Die Ummantelung 34 umgibt im Wesentlichen die Ventilspitze 32, um so die Ventilspitze 32 vor einem Berühren während des Transports und während der Montage zu schützen. Die Ummantelung 34 verbleibt nach der Endmontage als ein Teil des IACV 10.
Die Ummantelung 34 weist ein Gehäuse 35 auf, welche einen Einlassanschlussverbinder 36 umfasst, welcher einen Einlass 37 des IACV 10 definiert, und einen Auslassanschlussverbinder 38, welcher einen Auslass 39 des IACV 10 definiert. Der Einlass 37 kommuniziert mit dem Auslass 39 über eine Drosselklappenöffnung 46 in dem Gehäuse 35 und grenzt an den Ventilsitz 40 an. Die Ventilspitze 32 ist mit Bezug auf den Ventilsitz 40 bewegbar, um eine Luftströmung von dem Einlass 37 durch die Öffnung 46 entlang des Ventilsitzes 40 hin zu dem Auslass 39 zu steuern. Die Oberfläche, welche den Ventilsitz 40 definiert, ist eine Oberfläche mit kleinem Radius, welche mit der Öffnung 46 kommuniziert, so dass die Oberfläche mit dem Radius zur Bildung einer kreisförmigen Dichtung in kreisförmigen Eingriff mit dem konischen Abschnitt 42 der Ventilspitze 32 bringbar ist. Vorzugsweise ist der Auslass 39 mit Bezug auf den Einlass 37 quer angeordnet, wobei der Einlase 37 entlang der Achse X angeordnet ist. Wie oben bereits bemerkt worden ist, beträgt, da der Motor einen kleinen Hubraum aufweist, ein Durchmesser einer Drosselklappenöffnung 45 etwa zwischen 3–6 mm.
Der Einlassanschlussverbinder 36 und der Auslassanschlussverbinder 38 umfassen jeweils einen Flansch 44 mit einem Dichtungswulst, welcher in Eingriff mit einer Leitung bzw. einem Schlauch (nicht dargestellt) bringbar ist und diesen halten kann, so dass das IACV 10 zum (Fern-)Steuern einer Luftströmung für einen Motor mit einem Gehäuse mit einer mechanischen Drosselklappe koppelbar ist. Das IACV 10 umfasst außerdem einen Befestigungsflansch 41 zur Kopplung mit einer dafür zugeordneten Komponente.
Mit Bezug auf 3 und 4 wird eine weitere Ausführungsform der Ummantelung 34' gezeigt. Anstelle des Bereitstellens des integralen Einlassanschlussverbinders 36 und des Auslassanschlussverbinders 38 ist das Gehäuse 35' der Ummantelung 34' im Allgemeinen zylindrisch und umfasst einen Einlass 37', welcher mit Auslässen 39' durch den Ventilsitz 40 kommuniziert. Der Einlass 37' und die Auslässe 39' werden durch Wände des Gehäuses 35' gebildet bzw. sind in integraler Weise durch diese definiert. Ein O-Ring 50 ist auf einem Umfang der Ummantelung 34' nahe des entfernten Endes 52 davon bereitgestellt und wird als eine innere Dichtung verwendet, um die Drücke des Einlasses 37' und des Auslasses 39' zu trennen, wenn die Ummantelung 34' direkt an dem Einlasskrümmer oder dem Drosselklappengehäuses eines Motors befestigt ist. Der Ventilsitz 40 ist vorzugsweise integral mit dem Gehäuse 35' ausgebildet, kann jedoch in einer separaten Komponente definiert sein, welche mit dem Gehäuse 35' gekoppelt ist. Falls der Ventilsitz 40 in einer separaten Komponente definiert und mit dem Gehäuse 35' der Ummantelung 34' gekoppelt ist, dann kann die separate Komponente weiterhin als ein Teil der Ummantelung 34' betrachtet werden. Das IACV 10' umfasst außerdem einen Befestigungsflansch 41 für eine direkte Kopplung mit einem Drosselklappengehäuse oder einem Krümmer, und zwar unter Verwendung eines O-Rings 43 als eine externe Dichtung.
Somit stellt die Ummantelung 34, 34' einen Schutz für die Ventilspitze 32 vor Berührung bereit, und zwar während Transport und Montage, und bildet außerdem in vorteilhafter Weise den Ventilsitz 40, welcher ansonsten maschinell in dem Gehäuse für die mechanische Drosselklappe eingearbeitet werden müsste.
Die obigen bevorzugten Ausführungsformen wurden für Zwecke der Darstellung der strukturellen und funktionalen Prinzipien der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben, als auch zur Darstellung der Betriebsverfahren der bevorzugten Ausführungsformen, wobei sie ohne Abkehr von solchen Prinzipien änderbar sind. Somit beinhaltet diese Erfindung alle Modifikationen, welche vom Grundgedanken der folgenden Ansprüche mitumfasst sind.

Claims

Linearaktuator, umfassend: eine Statoranordnung, eine Rotoranordnung, welch in betrieblicher Weise der Statoranordnung zugeordnet ist und für eine Rotation mit Bezug auf die Statoranordnung befestigt ist, eine Welle, welche für eine Rotation blockiert ist und der Rotoranordnung zugeordnet ist, so dass die Rotation der Rotoranordnung eine Linearbewegung der Welle verursacht, eine Ventilspitze, welche einem entfernten Ende der Welle für eine Bewegung mit derselben zugeordnet ist, eine Ummantelung, welche mit der Statoranordnung gekoppelt ist und die Ventilspitze im Wesentlichen umgibt, wobei die Ummantelung einen Ventilsitz umfasst, und einen Einlass, welcher mit einem Auslass über eine an den Ventilsitz angrenzende Drosselklappenöffnung kommuniziert, wobei die Welle und die zugeordnete Ventilspitze für eine Bewegung relativ zu dem Ventilsitz ausgebildet und angeordnet sind, um einen Luftstrom zwischen dem Einlass und dem Auslass zu steuern.
Aktuator nach Anspruch 1, wobei die Welle für einen Linearweg von etwa 8,5 mm ausgebildet und angeordnet ist.
Aktuator nach Anspruch 1, wobei ein Durchmesser der Drosselklappenöffnung zwischen etwa 3–6 mm liegt.
Aktuator nach Anspruch 1, wobei die Ummantelung ein Gehäuse mit einem Einlassanschlussverbinder aufweist, welcher den Einlass definiert, und mit einem Auslassanschlussverbinder, welcher den Auslass definiert.
Aktuator nach Anspruch 4, wobei jeder Verbinder einen Flansch umfasst, welcher ausgebildet und angeordnet ist, um in Eingriff mit einer zugeordneten Leitung bei Kopplung mit derselben in Eingriff zu kommen und diese zu fixieren.
Aktuator nach Anspruch 5, wobei der Auslass im Allgemeinen quer mit Bezug auf den Einlass angeordnet ist.
Aktuator nach Anspruch 1, wobei die Ummantelung ein im Allgemeinen zylindrisches Gehäuse aufweist, wobei der Einlass und der Auslass durch Wände des Gehäuses definiert sind.
Aktuator nach Anspruch 7, wobei ein entferntes Ende des Gehäuses einen O-Ring auf einem Umfang davon umfasst.
Aktuator nach Anspruch 7, wobei der Auslass im Allgemeinen quer mit Bezug zum Einlass angeordnet ist.
Ummantelung für einen Linearaktuator mit einer Statoranordnung, einer Rotoranordnung, welche in betrieblicher Weise der Statoranordnung zugeordnet und für eine Rotation mit Bezug auf die Statoranordnung befestigt ist, mit einer Welle, welche für eine Rotation blockiert und der Rotoranordnung zugeordnet ist, so dass die Rotation der Rotoranordnung eine Linearbewegung der Welle bewirkt, und mit einer Ventilspitze, welche einem entfernten Ende der Welle für eine Bewegung damit zugeordnet ist, wobei die Ummantelung umfasst: Ein Gehäuse, welcher ausgebildet und angeordnet ist, um die Ventilspitze im Wesentlichen zu umgeben, wenn das Gehäuse mit der Statoranordnung gekoppelt ist, einen Ventilsitz im Gehäuse, und einen im Gehäuse definierten Einlass, welcher mit einem in dem Gehäuse definierten Auslass kommuniziert, und zwar durch eine an den Ventilsitz angrenzende Drosselklappenöffnung.
Ummantelung nach Anspruch 10, wobei ein Durchmesser der Drosselklappenöffnung zwischen etwa 3–6 mm liegt.
Ummantelung nach Anspruch 10, wobei das Gehäuse einen Einlassanschlussverbinder umfasst, welcher den Einlass definiert, und einen Auslassanschlussverbinder umfasst, welcher den Auslass definiert.
Ummantelung nach Anspruch 12, wobei jeder Verbinder einen Flansch umfasst, welcher ausgebildet und angeordnet ist, um in Eingriff mit einer zugeordneten Leitung bei Kopplung mit derselben zu kommen und diese zu fixieren.
Ummantelung nach Anspruch 10, wobei der Auslass im Allgemeinen quer mit Bezug auf den Einlass angeordnet ist.
Ummantelung nach Anspruch 10, wobei das Gehäuse im Allgemeinen zylindrisch zu dem Einlass und dem Auslass ist, welche durch Wände des Gehäuses definiert sind.
Verfahren zum Schutz einer Ventilspitze eines Linearaktuators, wobei der Aktuator eine Statoranordnung umfasst, eine Rotoranordnung, welche in betrieblicher Weise der Statoranordnung zugeordnet ist und für eine Rotation mit Bezug auf die Statoranordnung befestigt ist, eine Welle, welche für eine Rotation blockiert ist und der Rotoranordnung zugeordnet ist, so dass eine Rotation der Rotoranordnung eine Linearbewegung der Welle bewirkt, und eine Ventilspitze, welche einem entfernten Ende der Welle für eine Bewegung damit zugeordnet ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Koppeln einer Ummantelung mit der Statoranordnung, um im Wesentlichen die Ventilspitze zu umgeben, und in der Ummantelung bereitstellen eines Ventilsitzes und eines Einlasses, welcher mit einem Auslass über eine Drosselklappenöffnung angrenzend an dem Ventilsitz kommuniziert, so dass sich die Welle und die zugeordnete Ventilspitze für eine Steuerung einer Luftströmung zwischen dem Einlass und dem Auslass relativ zum Ventilsitz bewegen können.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Drosselklappenöffnung mit einem Durchmesser zwischen etwa 3–6 mm versehen ist.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Ummantelung mit einem Einlassanschlussverbinder versehen ist, welcher den Einlass definiert, und mit einem den Auslass definierenden Auslassanschlussverbinder.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei jeder Verbinder einen Flansch für eine Kopplung mit einer zugeordneten Leitung dafür umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Gehäuse im Allgemeinen zylindrisch zu dem Einlass und dem Auslass ist, welche durch Wände des Gehäuses definiert sind.