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Bereich der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromechanische Komponente für einen Verbrennungsmotor, die mit einem durch Spritzguss angeformten Sensor versehen ist.
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Stand der Technik
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Wie bekannt ist, enthält ein Verbrennungsmotor eine Anzahl von Zylindern, von denen jeder mit einem Ansaugkollektor und mit einem Auslasskollektor verbunden ist. Der Ansaugkollektor empfängt ein Gasgemisch, das sowohl Auslassgas als auch Frischluft, d. h. aus einer Umgebung außerhalb stammende Luft, umfasst, über eine durch ein Drosselventil gesteuerte Ansaugleitung. An den Auslasskollektor ist schließlich eine Auslassleitung angeschlossen, welche die von der Verbrennung erzeugten Auslassgase an ein Auslasssystem liefert, das die durch die Verbrennung erzeugten Gase in die Atmosphäre abgibt und normalerweise zumindest einen Katalysator (gegebenenfalls mit einem Partikelfilter versehen) und zumindest einen stromabwärts des Katalysators angeordneten Schalldämpfer umfasst.
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Außerdem ist eine Mehrzahl von kinematischen Vorrichtungen vorgesehen, die für die Betätigung von Vorrichtungen wie beispielsweise EGR-Ventilen (falls vorhanden) und/oder den Leitschaufeln des Turboladers, im Fall eines Turboladers mit variabler Geometrie (falls vorhanden), Auslassventilen, etc. vorgesehen sind.
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Sowohl das Drosselventil als auch die vorgenannten Vorrichtungen weisen elektromechanische Steueraktoren auf. Typischerweise umfassen die elektromechanischen Aktoren einen Elektromotor, der die Bewegung mittels eines Getriebes auf eine Welle und einen Zwischenhebel für die Betätigung der Anwendungsvorrichtung überträgt. Die elektromechanischen Aktoren umfassen des Weiteren einen Aktorkörper, der in seinem Inneren den Elektromotor und das Getriebe aufnimmt und durch einen Deckel verschlossen ist. Typischerweise ist der Deckel jedoch aus einem Kunststoffmaterial hergestellt. Schließlich umfassen die elektromechanischen Aktoren einen kontaktlosen Drehsensor, der zur Erfassung der Winkelstellung der Welle vorgesehen ist und durch den Deckel gehaltert ist. Typischerweise ist der Deckel durch Spritzgießen des Kunststoffmaterials hergestellt, und erst dann, wenn der Herstellungsprozess des Deckels beendet ist, wird der Sensor an diesem Deckel montiert (beispielsweise mittels einer zwischen den Drehsensor und den Deckel aufgebrachten Klebespur). Dieser Herstellungsprozess ist jedoch zu lang und teuer.
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Beschreibung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektromechanische Komponente für einen mit einem spitzgegossenen Sensor versehenen Verbrennungsmotor anzugeben, die frei von den Nachteilen des Stands der Technik ist und gleichzeitig in einfacher Weise und kostengünstig herzustellen ist.
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Erfindungsgemäß wird eine elektromechanische Komponente angegeben, für einen Verbrennungsmotor, die mit einem durch Spritzguss angeformten Sensor versehen ist, wie sie in den beigefügten Ansprüchen beansprucht ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezug auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben, die ein nicht beschränkendes Ausführungsbeispiel darstellen, wobei:
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1 eine schematische Ansicht eines aufgeladenen Verbrennungsmotors darstellt, der mit zumindest einem Aktor versehen ist;
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2 eine Ansicht eines erfindungsgemäß hergestellten Drosselventils von 1 ist;
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3 einen Deckel des Ventils von 2 darstellt; und
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4 eine vergrößerte Ansicht eines Details von 3 ist.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
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In 1 ist mit der Zahl 1 ein Verbrennungsmotor in seiner Gesamtheit bezeichnet, der mittels eines Turbokompressor-Aufladungssystems aufgeladen ist.
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Der Verbrennungsmotor 1 umfasst eine Anzahl an Zylindern 3 (genauer gesagt sind in 1 vier Zylinder 3 dargestellt), von denen jeder durch einen jeweiligen Injektor (Einspritzdüse) 2 mit Brennstoff versorgt wird und über mindestens ein jeweiliges (nicht gezeigtes) Ansaugventil mit einem Ansaugkollektor 4 und über zumindest ein jeweiliges (nicht gezeigtes) Auslassventil mit einem Auslasskollektor 5 verbunden ist. Der Ansaugkollektor 4 empfängt Frischluft (d. h. aus dem Umgebungsbereich stammende Luft) über eine Ansaugleitung 6, die mit einem Luftfilter 7 versehen ist und durch eine Drosselklappe 8 gesteuert ist. Längs bzw. in der Ansaugleitung 6 ist ein Ladeluftkühler (Intercooler) 9 mit der Funktion des Abkühlens der angesaugten Luft angeordnet. Mit dem Auslasskollektor 5 ist eine Auslassleitung 10 verbunden, welche die durch die Verbrennung erzeugten Auslassgase zu einem Auslasssystem liefert, das die durch die Verbrennung erzeugten Gase in die Atmosphäre ausstößt und normalerweise zumindest einen Katalysator 11 und zumindest einen (nicht dargestellten) Schalldämpfer umfasst, der stromabwärts des Katalysators 11 angeordnet ist.
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Das Aufladungssystem 2 des Verbrennungsmotors 1 umfasst einen Turbokompressor 12, der mit einer Turbine 13 versehen ist, die längs bzw. in der Auslassleitung 10 angeordnet ist, um sich mit hoher Drehzahl unter der Wirkung der aus den Zylindern 3 ausgestoßenen Auslassgase zu drehen, und einen Kompressor 14, der längs bzw. in der Ansaugleitung 6 angeordnet und mechanisch mit der Turbine 13 verbunden ist, um von der Turbine 13 in Drehung versetzt zu werden, so dass der in der Versorgungsleitung 6 vorhandene Luftdruck erhöht wird.
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In bzw. längs der Auslassleitung 10 ist eine Bypassleitung 15 vorgesehen, die parallel zur Turbine 13 so angeschlossen ist, dass ihre Enden stromaufwärts bzw. stromabwärts der Turbine 13 angeschlossen sind; längs bzw. in der Bypassleitung 15 ist ein Wastegate-Ventil 16 angeordnet, das geeignet ist, den Durchfluss bzw. Durchsatz der Auslassgase zu regulieren, die durch die Bypassleitung 15 strömen, und das von einem Aktor 17 gesteuert ist.
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Der Verbrennungsmotor 1 umfasst des Weiteren einen EGRHP-Kreis mit hohem Druck, der seinerseits eine Bypassleitung 18 umfasst, die parallel zu der aus den Zylindern 3, dem Ansaugkollektor 4 und dem Auslasskollektor 5 gebildeten Anordnung geschaltet ist. In der Bypassleitung 18 ist ein Poff-Ventil 19 angeordnet, das geeignet ist, den Durchfluss der Auslassgase zu regulieren, die durch die Bypassleitung 18 strömen, und das durch ein elektromagnetisches EGR-Ventil 20 gesteuert ist. Längs bzw. in der Bypassleitung 18 ist stromabwärts des Poff-Ventils 19 ein Wärmetauscher 21 mit der Funktion des Abkühlens der aus dem Auslasskollektor 5 austretenden Gase angeordnet.
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Der Verbrennungsmotor 1 wird durch ein elektronisches Steuergerät 22 gesteuert, welches das Funktionieren aller Komponenten des Verbrennungsmotors 1 beaufsichtigt bzw. überwacht. Das elektronische Steuergerät 22 ist verbunden mit einem Sensor 23, der die Temperatur und den Druck des in dem Ansaugkollektor 4 vorhandenen Gasgemisches misst, mit einem Sensor 24, der die Drehzahl des Verbrennungsmotors 1 misst, und mit einem Sensor 25 (typischerweise einer linearen Sauerstoffsonde vom Typ UHEGO oder UEGO – von bekannter Art und nicht ausführlich beschrieben), der das Verhältnis Luft/Brennstoff der Auslassgase stromaufwärts des Katalysators 11 misst.
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Der Verbrennungsmotor 1 umfasst schließlich einen EGRLP-Kreis mit niedrigem Druck, der seinerseits eine Bypassleitung 26 umfasst, die längs der Auslassleitung 10 vorgesehen ist; die Bypassleitung 26 ist parallel zum Turbokompressor 12 geschaltet. In der Bypassleitung 26 ist ein EGR-Ventil 27 angeordnet, das geeignet ist, den Durchfluss der Auslassgase zu regulieren, welche die Bypassleitung 26 durchströmen. In der Bypassleitung 26 ist stromaufwärts des Ventils 27 auch ein Wärmetauscher 28 angeordnet, der die Funktion aufweist, die aus dem Auslasskollektor 5 austretenden und in den Kompressor 14 eintretenden Gase zu kühlen. Gemäß einer Alternative umfasst der EGRLP-Kreis mit niedrigem Druck eine 3-Wege-Mischvorrichtung, die im Bereich der Kreuzung zwischen der Auslassleitung 10 und der Ansaugleitung 6 angeordnet ist und die Funktion aufweist, das Mischen der aus der Auslassleitung 10 kommenden Auslassgase mit der Frischluft innerhalb der Ansaugleitung 6 zu regulieren.
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Der EGRLP-Kreis mit niedrigem Druck geht von der Auslassleitung 10 stromabwärts des Katalysators 11 aus, um dadurch die Auslassgase abzuziehen, die bereits durch diesen Katalysator 11 behandelt worden sind und die einen Druck aufweisen, der nur geringfügig höher als der Atmosphärendruck ist; auf diese Weise sind die durch die Bypassleitung 26 zurückgeführten Auslassgase ”sauberer”, d. h., sie weisen eine geringere Menge an Schmutzstoffen auf. Diese Konfiguration wird auch als ”Long-Route”-EGR bezeichnet, da die Bypassleitung 26 länger als normal sein muss, um bis stromabwärts des Katalysators 11 zu reichen.
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In den 2 bis 4 ist allgemein eine elektromechanische Komponente 29 und insbesondere das Drosselventil 8 dargestellt. Alternativ kann die elektromechanische Komponente 29 andererseits ein elektromechanischer Aktor zum Steuern beliebiger der folgenden Komponenten des Verbrennungsmotors 1 sein: das Wastegate-Ventil 16, das elektromechanische EGR-Ventil 20, welches das zum Regulieren des Durchflusses der durch die Bypassleitung 18 strömenden Auslassgase geeignete Poff-Ventil 19 steuert, das elektromagnetische Ventil, welches das zum Regulieren des Durchflusses der durch die Bypassleitung 26 strömenden Auslassgase geeignete EGR-Ventil 27 steuert, das elektromagnetische Ventil, welches die 3-Wege-Mischvorrichtung steuert, die in dem Bereich der Kreuzung zwischen der Auslassleitung 10 und der Ansaugleitung 6 angeordnet ist, und Zusatzvorrichtungen des Turboladers 12 (wie beispielsweise Leitschaufeln und/oder Ventile).
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Das elektronisch gesteuerte Drosselventil 8, das mit einem einen Elektromotor 31 aufnehmenden Ventilkörper 30, einer rohrförmigen Versorgungsleitung 32 mit einem kreisförmigen Querschnitt, durch welches die durch den Verbrennungsmotor 1 angesaugte Luft strömt, und einer Drosselplatte 33 (schematisch dargestellt in gestrichelten Linien), welche eine Kreisform aufweist, versehen ist, greift in die Versorgungsleitung 32 ein und dreht sich durch die Wirkung einer Aktorvorrichtung 34 zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position der Versorgungsleitung 32. Die Drosselplatte 33 ist mit einer Welle 35 mit einer longitudinalen Drehachse 36 gekoppelt, um sich durch die Wirkung der Aktorvorrichtung 34 zwischen der offenen Position und der geschlossenen Position zu drehen.
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Die Aktorvorrichtung 34 umfasst den Elektromotor 31, der mittels eines (nicht dargestellten) Getriebes mit der Welle 35 gekoppelt und in einem rohrförmigen Gehäuse 37 des Ventilkörpers 30 neben der Versorgungsleitung 32 angeordnet ist und in einer gegebenen Position innerhalb des rohrförmigen Gehäuses 37 durch eine Metallplatte gehalten wird, die mit einem Paar weiblicher elektrischer Konnektoren versehen ist, die mit dem Elektromotor 31 elektrisch verbunden und geeignet sind, mit einem Paar entsprechender männlicher elektrischer Konnektoren 38 in Eingriff gebracht zu werden.
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Das Getriebe ist in einer Kammer des Ventilkörpers 30 angeordnet, die durch einen aufgesetzten Deckel 39 verschlossen wird, der jedoch aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist.
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Das Drosselventil 8 umfasst schließlich einen induktiven Positionssensor 40 vom ”kontaktlosen” Typ, der mit der Welle 35 gekoppelt ist und zum Erfassen der Winkelposition der Welle 35 und somit der Drosselplatte 33 bestimmt ist, um eine Regelung der Position der Drosselplatte 33 selbst zu ermöglichen, und der vom Deckel 39 gehaltert ist.
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Der Positionssensor 40 umfasst ein aus einem Kunststoffmaterial gebildetes Gehäuse 41, das in seinem Inneren die elektronischen Komponenten und eine Mehrzahl von elektrischen Verbindungsanschlüssen 42 einschließt, insbesondere vier elektrische Verbindunganschlüsse 42, die mit den in dem Deckel 39 untergebrachten und zumindest teilweise in den Deckel 39 eingebetteten elektrischen Konnektoren 43 elektrisch verbunden sind. Gemäß voneinander verschiedenen Alternativen können die elektrischen Verbindungsanschlüsse 42 im Wesentlichen L-förmig sein (wie in den 3 und 4 dargestellt), und in diesem Fall weisen die elektrischen Konnektoren 43 ein Anschlussende auf, das von der Oberfläche des Deckels 39 hervorragt; oder die elektrischen Verbindungsanschlüsse 42 können komplanar auf der Innenfläche des Deckels 39 angeordnet sein, wobei sie innerhalb jeweiliger Sitze angeordnet sind, die in dem Deckel 39 gebildet sind.
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Schließlich ist gemäß einer möglichen Variante ein Trägerelement 44 des Positionssensors 40 in den Deckel 39 eingebettet und mit einem Sitz zum Halten des Gehäuses 41 versehen.
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Das Trägerelement 44 weist im Wesentlichen die gleiche Dicke wie das Gehäuse 41 auf und ist ebenfalls aus Kunststoffmaterial hergestellt. Gemäß einer bevorzugten Variante ist das Trägerelement 44 aus einem hitzebeständigen Kunststoffmaterial hergestellt. Gemäß einer weiteren Variante ist das Trägerelement 44 aus dem gleichen Kunststoffmaterial wie dem für den Deckel 39 verwendeten hergestellt. Gemäß einer bevorzugten Variante ist das Trägerelement 44 aus mit Kohlenstoff oder einem anderen Element mit einer Wärmedissipationsfunktion für das Konditionieren des Positionssensors 40 angereichertem Kunststoffmaterial hergestellt.
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Gemäß einer bevorzugten Variante ist der Positionssensor 40 mittels einer Rasthaken-Verbindung mit dem Trägerelement 44 fest verbunden. Alternativ ist der Positionssensor 40 mittels des Aufbringens einer Spur aus einem strukturellen und wärmehärtbaren Harz, durch Heißvernietung, oder mittels eines zwischen dem Sensor 40 und dem Trägerelement 44 angeordneten Gap-pad-Elementes mit dem Trägerelement 44 fest verbunden. Das Trägerelement 44 weist in Draufsicht eine Größe auf, die die Größe des Gehäuses 41 im Wesentlichen mit Übermaß approximiert. Gemäß weiteren Varianten weist das Trägerelement 44 in Draufsicht eine Größe auf, die die Größe des gesamten Positionssensors 40 im Wesentlichen mit Übermaß approximiert, so dass in seiner Innenseite auch die elektrischen Verbindungsanschlüsse 42 untergebracht sind. Gemäß weiteren Varianten weist das Trägerelement 44 in Draufsicht eine Größe auf, die größer als die Größe des gesamten Positionssensors 40 ist, so dass in seiner Innenseite sowohl die elektrischen Verbindungsanschlüsse 42 als auch ein Anschlussabschnitt des in dem Deckel 39 untergebrachten elektrischen Konnektors 43 untergebracht sind.
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Der Deckel 39 ist um das Trägerelement 44 herum, das mit dem Positionssensor 40 versehen ist, der direkt in die Gussform eingesetzt wird, spritzgegossen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird innerhalb der für die Herstellung des Deckels 39 durch Eingießen verwendeten Gussform ein Element angeordnet, das während der Injektion als ein Anschlag, eine Zentrierung und ein Schutz für das Trägerelement 44 dient, um Bewegungen des Trägerelements 44 zu verhindern. Insbesondere werden in dem Trägerelement 44 eine Anzahl an Löchern 47 gebildet, genauer gesagt vier Löcher 47 in dem Bereich der Eckpunkte des Trägerelements 44, die während des Gießprozesses durch jeweilige Stifte des Elements in Eingriff sind, das während der Injektion als ein Anschlag und ein Schutz für das Trägerelement 44 dient.
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Gemäß einer bevorzugten Variante ist der Deckel 39 mit einer Durchgangsöffnung versehen, die exakt in Korrespondenz mit dem Trägerelement 44 gebildet ist.
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Gemäß einer weiteren Variante ist der Positionssensor 40 mit dem Trägerelement 44 nicht fest verbunden, das in Draufsicht eine Größe aufweist, die die Größe des Gehäuses 41 im Wesentlichen mit Übermaß approximiert, aber der Positionssensor 40 ist mit beispielsweise lösbaren Fixierelementen nur mit dem Trägerelement 44 verbunden.
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In dem Fall, in dem das Trägerelement 44 nicht vorgesehen ist, wird der Deckel 39 direkt um den Positionssensor 40 herum, der direkt in die Gießform eingesetzt wird, spritzgegossen; innerhalb der für die Herstellung des Deckels 39 verwendeten Gießform ist ein Element angeordnet, das während der Injektion als ein Anschlag, eine Zentrierung und ein Schutz für den Sensor 40 dient, um Bewegungen dieses Sensors 40 zu vermeiden.
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In dem Fall, in dem das Trägerelement 44 vorgesehen ist, wird der Deckel 39 um das Trägerelement 44 herum, das mit dem Positionssensor 40 versehen ist, der direkt in die Gießform eingesetzt ist, spritzgegossen, und innerhalb der für die Herstellung des Deckels 39 verwendeten Gießform ist ein Element angeordnet, das während der Injektion als ein Anschlag, eine Zentrierung und ein Schutz für das Trägerelement 44 dient, um Bewegungen des Trägerelements 44 zu verhindern. Es erscheint klar, dass das Trägerelement 44 jede beliebige Form abhängig vom Layout der elektromechanischen Komponente 29 aufweisen und für jede beliebige Art von Sensor 40 (Drehsensor oder Linearsensor) oder, noch allgemeiner, für jegliche beliebige elektronische Komponente verwendet werden kann.
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Die elektrischen Verbindungsanschlüsse 42 werden alternativ vor oder nach dem Spritzgießprozess des Deckels 39 um den Sensor 40 herum (mittels Elektroschweißen oder mittels eines anderen äquivalenten Prozesses) an die elektrischen Konnektoren 43 des Deckels 39 geschweißt.
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Es ist auch wichtig hervorzuheben, dass der vorstehend beschriebene Montageprozess für jegliche elektromechanische Komponente nicht nur für den Verbrennungsmotor 1, sondern für den gesamten Motorraum, eine vorteilhafte Anwendung findet.
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Die vorstehend beschriebene elektromechanische Komponente 29 weist einige Vorteile auf. Insbesondere ist die elektromechanische Komponente 29 einfach und kostengünstig herzustellen, da der Deckel 39 mittels Spritzgießens des Deckels 39 um den Sensor 40 herum in einem einfachen Prozess in einfacher Weise herzustellen ist.
