DE4108282A1 - Durchflussregelungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Durchflußregelungseinrichtung, insbesondere auf eine Durchflußregelungseinrichtung um die Strömungsgeschwindigkeit von durch einen Umgehungs-Luftkanal, in einem Einlaßsystem eines Verbrennungsmotors mit innerer Verbrennung, strömender Luft zu steuern.

Es ist bei Durchflußregelungseinrichtungen dieser Art bekannt einen Schrittmotor 10, wie in Fig. 4 dargestellt, als Stellglied einzusetzen. Durch vorwärtige und rückwärtige Drehung eines Rotors 16 des Motors 10 wird eine Welle 80 entlang deren Achse hin- und herbewegt.

Ein vorderer Endabschnitt der Welle 80 ist innerhalb einer Umgehungs-Luftleitung bzw. eines Bypass-Luftleitung 81 angeordnet und es ist an der Welle 80 ein Ventilkörper 82 vorgesehen. Im Einklang mit der hin- und hergehenden Bewegung der Welle 80 kann der Ventilkörper 82 mit einem in dem Kanal 81 vorgesehenen Ventilsitz 83 in Kontakt kommen oder von diesem weg bewegt werden. Mit dieser Bewegung des Ventilkörpers 82 wird die Durchlaßfläche des Kanals 81 für die Strömung vergrößert oder verkleinert, um die Menge zuzuführender Luft zu steuern.

Für den Fall, daß ein oder mehrere Bypass- bzw. Umgehungssysteme erforderlich sind, ist ein Aufbau vorgeschlagen Strömungsgeschwindigkeit von Luft in den Umgehungsleitungen, die auf der Welle eines einzigen Schrittmotors befestigt sind. Mit diesem Aufbau wird die Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit für die Umgehungsluft vereinfacht und es wird die Steuergenauigkeit verbessert.

In dem Fall, in dem zwei oder mehr Ventilkörper auf der Welle eines einzigen Schrittmotors vorgesehen sind, wird die Welle gegenüber dem Fall, in dem ein einziger Ventilkörper an der Welle angeordnet ist, verlängert. Dies führt dazu, daß die Welle zu Schwingungen neigt und es kann beim Einwirken großer äußerer Kräfte auf die Welle dazu kommen, daß die Ventilkörper wiederholt in Kontakt mit den entsprechenden Ventilsitzen in den Umgehungsluftkanälen kommen. Dies führt dazu, daß die Ventilkörper oder die Ventilsitze sich abnützen, und daß die Genauigkeit, in der die Umgehungsluftströmung gesteuert wird, abnimmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Berücksichtigung der angesprochenen Nachteile eine Durchflußregelungseinrichtung zu schaffen, bei der die Strömungsgeschwindigkeit eines Fluids simultan in bezug auf jedes von mindestens zwei Systemen von Fluidkanälen geregelt werden kann. Erfindungsgemäß wird ein einziger Ventilkörper an einem einzigen Stellglied angeordnet.

Nach der vorliegenden Erfindung wird ein einziges Stellglied in einem Gehäuse angeordnet und eine Betätigungswelle, die für eine hin- und hergehende Bewegung durch das Stellglied betätigt werden kann, erstreckt sich von dem Gehäuse. Ein Fluidausgabegehäuse ist an dem Gehäuse festgelegt und der von dem Gehäuse vorstehende Teil der Betätigungswelle wird im Innern des Fluidverteilungsgehäuses aufgenommen. Das Fluidausgabegehäuse ist mit einer ersten und einer zweiten Fluidauslaßöffnung und einer Fluideinlaßöffnung versehen.

In dem Inneren des Fluidausgabegehäuses ist ein erster Ventilsitz mit einer Öffnung zwischen der ersten Fluidauslaßöffnung und der Fluideinlaßöffnung angeordnet, um den Innenraum des Fluidausgabegehäuses in einen ersten und einen zweiten Umgehungsraum zu unterteilen. Es ist weiterhin ein zweiter Ventilsitz mit einer Öffnung in Verbindung mit der zweiten Fluidauslaßöffnung vorgesehen. Die Öffnungen des ersten und des zweiten Ventilsitzes sind konzentrisch zu der Betätigungswelle angeordnet.

Mit der Betätigungswelle ist ein einziger koaxial dazu angeordneter Ventilkörper in einer Lage innerhalb des Fluidausgabegehäuses fest verbunden. Der Ventilkörper weist an seiner Außenumfangsfläche einen ersten Ventilabschnitt zum Steuern bzw. Regeln der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids in Verbindung mit der Öffnung des ersten Ventilsitzes auf, und einen zweiten Ventilabschnitt zum Steuern der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids in Verbindung mit der Öffnung des zweiten Ventilsitzes.

Erfindungsgemäß können die Strömungsgeschwindigkeit des von der Fluideinlaßöffnung in dem Fluidausgabegehäuse zu der ersten Fluidauslaßöffnung strömenden Fluids und die Strömungsgeschwindigkeit des von der Fluideinlaßöffnung zu der zweiten Fluidauslaßöffnung strömenden Fluide simultan über einen einzigen Ventilkörper gesteuert werden, der für eine hin- und hergehende Bewegung durch ein einziges Stellglied betätigt werden kann. Damit ergibt sich ein einfacher Aufbau.

Ausführungsbeispiele für eine erfindungsgemäße Durchflußregelungseinrichtung werden anhand der Zeichnung mit weiteren Einzelheiten erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Durchflußregelungseinrichtung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Durchflußregelungseinrichtung,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen in einer erfindungsgemäßen Durchflußregelungseinrichtung eingesetzten Ventilkörper,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine herkömmliche Durchflußregelungseinrichtung.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele veranschaulichen erfindungsgemäße Durchflußregelungseinrichtuungen, die bei einer Steuerungseinrichtung für die Leerlaufdrehzahl eines Verbrennungsmotors mit innerer Verbrennung eingesetzt sind.

Gemäß Fig. 1 ist ein Schrittmotor 10 als Stellglied mit einem Stator 14 versehen, der innerhalb eines Motorgehäuses 12 angeordnet ist, und es ist ein Rotor 16 drehbar in einem hohl ausgebildeten Bereich des Stators 14 angeordnet. Eine gemäß der Figur auf der rechten Seite vorhandene Öffnung des Motorgehäuses 12 wird über eine Platte 13 geschlossen, nachdem der Stator 14 und der Rotor 16 im Inneren des Motorgehäuses 12 angeordnet worden sind.

Der Stator 14 weist eine ringförmige Erregerspule 14a und einen Magnetpol 14b auf. Der Rotor 16 ist mit einem zylindrischen Magneten 20 an dessen Außenumfang versehen, und ein zylindrisches Tragelement 17 ist in eine mittige Öffnung auf der gemäß der Figur linken Seite eingepaßt.

Der Magnet 20 hat an seinem Außenumfang eine Vielzahl magnetischer Nord- und Südpole, die in alternierender Weise magnetisiert sind.

Der Außenumfang des Tragelementes 17 und ein Innenumfang eines buchsenartigen Bereichs 16b des Rotors 16 auf der rechten Seite der Figur sind in dem Motorgehäuse 12 über Wälzlager 22 bzw. 23 drehbar gelagert. Der äußere Laufring des linken Wälzlagers 22 ist an dem Motorgehäuse 12 abgestützt, während der innere Laufring des rechten Lagers 23 von einem Gleitlager 24 getragen wird, das wie später beschrieben, an der Platte 13 befestigt ist.

Eine Betätigungswelle 30 ist in Richtung der Rotationsachse des Rotors 16 verlaufend vorgesehen. Nahe des linken Endes gemäß der Figur weist die Betätigungswelle 30 ein Außengewinde 32 auf, das mit einem am Innenumfang der zentralen Öffnung des Tragelements 17 ausgebildeten Innengewinde 18 zusammenwirkt. Die Gewinde 18 und 32 wirken als Vorschubgewinde zusammen. Über nicht dargestellte Mittel ist die Betätigungswelle 30 an dem Motorgehäuse 12 festgelegt, so daß die Betätigungswelle 30 bei einer Drehung des Rotors 16 in vorwärtiger bzw. rückwärtiger Richtung nicht zusammen mit dem Rotor 16 drehen kann. Sie kann vielmehr, in bezug auf Fig. 1 lediglich in einer Richtung nach links oder rechts entlang der Achse der Betätigungswelle 30 bewegt werden.

Die Betätigungswelle 30 erstreckt sich in bezug auf Fig. 1 nach rechts durch die Platte 13 aus dem Inneren des Motorgehäuses 12. Ein Teil der Betätigungswelle 30 wird durch das Gleitlager 24, das an der Platte 13 festgelegt ist, verschiebbar gelagert.

Das Motorgehäuse 12 ist mittels Schraubbolzen 38 über die Platte 13 mit einem Fluidausgabegehäuse bzw. Gehäuse 40 verbunden, das einen Bypaß- bzw. Umgehunmgsluftkanal in einem Einlaßsystem eines Verbrennungsmotors mit innerer Verbrennung bildet. Das Gehäuse 40 weist drei Öffnungen, nämlich eine erste Fluidauslaßöffnung 41, eine Fluideinlaßöffnung 42 und eine zweite Fluidauslaßöffnung 43 auf. Im Inneren des Gehäuses 40 ist ein erster Ventilsitz 46 mit einer Öffnung 46a zwischen der ersten Fluidauslaßöffnung 41 und der Fluideinlaßöffnung 42 angeordnet, um das Innere des Gehäuses 40 in einen ersten Bypaß- bzw. Umgehungsraum 44 und einen zweiten Bypaß- bzw. Umgehungsraum 45 zu unterteilen. Weiterhin ist in dem Gehäuseabschnitt, in dem die zweite Fluidauslaßöffnung 43 ausgebildet ist, ein zweiter Ventilsitz 47 mit einer Öffnung 47a angeordnet. Die Öffnungen 46a und 47a sind konzentrisch zu der Betätigungswelle 30 angeordnet.

Mit dem freien Endabschnitt der Betätigungswelle 30 ist ein Ventilkörper 50 fest verbunden, der konzentrisch dazu angeordnet ist. Im Außenumfang des Ventilkörpers 50 ist ein erster Ventilabschnitt 51 ausgebildet, um die Strömungsgeschwindigkeit von durch die Öffnung 46a des ersten Ventilsitzes 46 strömender Luft durch Zusammenwirken mit der Öffnung 46a zu steuern. Es ist weiter ein zweiter Ventilabschnitt 52 ausgebildet, um die Strömungsgeschwindigkeit von durch die Öffnung 47a des zweiten Ventilsitzes 47 strömender Luft im Zusammenwirken mit der Öffnung 47a zu regeln. Der erste und der zweite Ventilabschnitt 51, 52 sind in axialer Richtung einander benachbart und konzentrisch zu der Betätigungswelle 30 angeordnet. Der erste Ventilabschnitt 51 umfaßt einen zylindrischen Abschnitt 51a mit einem Außendurchmesser der kleiner ist als der Innendurchmesser der Öffnung 46a und einen konischen Abschnitt 51b, der an den zylindrischen Abschnitt 51a angrenzt und zum Schließen der Öffnung 46a geeignet ist. Der zweite Ventilabschnitt 52 umfaßt einen zylindrischen Abschnitt 52a mit einem Außendurchmesser, der kleiner ist als der Innendurchmesser der Öffnung 47a, und einen konischen Abschnitt 52b der an den zylindrischen Abschnitt 52a angrenzt, und durch den die Öffnung 47a geschlossen werden kann. Der zylindrische Abschnitt 51a des ersten Ventilabschnittes 51 ist mit einem Abschnitt maximalen Durchmessers des konischen Abschnittes 52b des zweiten Ventilabschnittes 52 über einen konischen Zwischenabschnitt 53 verbunden, dessen Durchmesser sich allmählich von einem Ende des zylindrischen Abschnittes 51a zu dem konischen Abschnitt 52b des zweiten Ventilabschnitts 52 hin verkleinert. Wenn der Ventilkörper 50 axial hin- und herbewegt wird, dann nähern sich die Ventilabschnitte 51 und 52 den Öffnungen 46a und 47a der Ventilsitze 46 und 47 bzw. sie werden von diesen entfernt. Dadurch wird die Strömungsgeschwindigkeit der durch die Öffnung 46a strömenden Umgehungsluft und diejenige der durch die Öffnung 47a strömenden Umgehungsluft simultan gesteuert. In diesem gesteuerten Zustand tritt Luft in das Gehäuse 40 über die Fluideinlaßöffnung 42 ein und sie tritt über die erste und die zweite Fluidauslaßöffnung 41, 43 aus.

Zwischen der Platte 13 des Motorgehäuses 12 und einer Endfläche des Ventilkörpers 50 ist eine konische Feder 54 angeordnet, die konzentrisch zu der Betätigungswelle 30 ausgebildet ist. Die Nachgiebigkeit der Feder 54 dient dazu, ein "Wobbeln" in axialer Richtung zu unterdrücken, wenn die Betätigungswelle 30 in der beschriebenen Weise verschoben wird.

Bei der Durchflußregelungseinrichtung des beschriebenen Aufbaus dreht sich der Rotor 16 in vorwärtiger oder rückwärtiger Richtung übereinstimmend mit einem, von einer nicht dargestellten Steuereinrichtung für den Verbrennungsmotor, der Wicklung 14a des Stators 14 des Schrittmotors 10 zugeführten elektrischen Signal. Dies führt dazu, daß die Betätigungswelle 30 zusammen mit dem Ventilkörper 50 in einer, in bezug auf Fig. 1, Richtung nach rechts oder links bewegt wird.

Wenn der Rotor 16 gedreht wird, um die Betätigungswelle 30 gemäß Fig. 1 nach rechts zu bewegen, dann nähern sich die an dem Ventilkörper 50 ausgebildeten Ventilabschnitte 51 und 52 der jeweils in dem zugeordneten Ventilsitz 46 bzw. 47 ausgebildeten Öffnung, so daß die Strömungsfläche für durch jeden der Umgehungsräume 44 und 45 strömende Umgehungsluft allmählich abnimmt. Wenn die Zuführbewegung der Betätigungswelle 30 einen Maximalwert erreicht, dann kommen die Ventilabschnitte 51 und 52 mit dem zugeordneten Ventilsitz 46 bzw. 47 in Berührung, um für eine Isolation bzw. Abtrennung der Umgehungsräume 44 und 45 die Öffnungen zu schließen.

Aufgrund einer Drehung des Rotors 16 mit umgekehrtem Richtungssinn bewegen sich die Ventilabschnitte 51 und 52 von den Öffnungen der Ventilsite 46 bzw. 47 weg, so daß die Strömungsfläche für die durch jeden der Umgehungsräume 44 und 45 strömende Umgehungsluft allmählich vergrößert wird.

In Fig. 2 ist ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Anordnung der Fluideinlaßöffnung 42 und der ersten Fluidauslaßöffnung 41 im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 verändert.

In Fig. 3 ist ein Abschnitt des bei den obigen Ausführungsbeispielen eingesetzten Ventilkörpers 50 dargestellt. Der Ventilabschnitts 51 und 52, die durch ein Kunstharz koaxial und integral ausgebildet sind. Entlang der Achse des Ventilkörpers 50 ist eine abgestufte axiale Bohrung mit einer ersten, einer zweiten und einer dritten axialen Bohrung 55, 57 und 58 ausgebildet. Die erste axiale Bohrung weist den kleinsten Innendurchmesser auf und hat ein Innengewinde 56, das mit einem Außengewinde zusammenwirkt, das an einem Abschnitt verkleinerten Durchmessers an dem vorderen Ende der Betätigungswelle 30 ausgebildet ist; dadurch ergibt sich über die axiale Bohrung 55 eine Befestigung an der Betätigungswelle 30. Die zweite axiale Bohrung 57, die sich konzentrisch an die erste axiale Bohrung 55 anschließt, hat einen Innendurchmesser der größer ist als derjenige der ersten Bohrung 55 und dessen Größe so festgelegt ist, daß die zweite axiale Bohrung 57 auf den Außenumfang des mittleren Abschnittes der Betätigungswelle 30 aufgesetzt werden kann. Die dritte axiale Bohrung 58, die sich konzentrisch an die zweite axiale Bohrung 57 anschließt, weist einen größeren Durchmesser auf als die zweite axiale Bohrung 57 und sie hat einen ringförmig gestuften Abschnitt 59 an der Grenze zu der zweiten axialen Bohrung 57. Ein Endabschnitt der genannten konischen Feder 54 wird mit dem abgestuften Abschnitt 59 in Druckkontakt gebracht.

Nach der vorliegenden Erfindung ist ein einziger Ventilkörper an einer Betätigungswelle festgelegt, die über ein einziges Stellglied für eine axiale hin- und hergehende Bewegung betätigt werden kann. Über, an dem Außenumfang des einzigen Ventilkörper ausgebildete, erste und zweite Ventilabschnitte wird die Strömungsgeschwindigkeit in Verbindung mit je einer Öffnung des ersten und zweiten Ventilsitzes gesteuert, die innerhalb eines Fluidausgabegehäuses angeordnet sind. Damit wird Fluid von einer Fluideinlaßöffnung zu einer ersten und einer zweiten Fluidauslaßöffnung verteilt. Es ist somit erfindungsgemäß eine Durchflußregelungseinrichtung mit einem einfachen Aufbau geschaffen, mit der die Strömungsgeschwindigkeit simultan in bezug auf jedes der beiden Systeme von Fluidkanälen gesteuert werden kann.

Claims (4)

1. Durchflußregelungseinrichtung umfassend:
ein Motorgehäuse (12) mit einem darin angeordneten einzigen Stellglied (10),
eine Betätigungswelle (30) die aus dem Motorgehäuse (12) vorsteht und die durch das Stellglied (10) für eine hin- und hergehende Bewegung in axialer Richtung betätigbar ist,
ein Fluidausgabegehäuse (40) das mit dem Motorgehäuse (12) fest verbunden ist und das einen Innenraum aufweist, in den der vorstehende Teil der Betätigungswelle (30) untergebracht ist, wobei das Fluidausgabegehäuse (40) eine erste und eine zweite Fluidauslaßöffnung (41, 43) und eine einzige Fluideinlaßöffnung (42) aufweist,
einen ersten Ventilsitz (46) der innerhalb des Fluidausgabehäuses (40) in einer Stellung zwischen der ersten Fluidauslaßöffnung (41) und der Fluideinlaßöffnung (42) angeordnet ist, um den Innenraum des Fluidausgabegehäuses (40) in einen ersten und einen zweiten Umgehungsraum (44, 45) zu unterteilen, wobei der erste Ventilsitz (46) eine Öffnung (46a) aufweist die konzentrisch zu der Betätigungswelle (30) ist,
einen zweiten Ventilsitz (47), der innerhalb des Fluidausgabegehäuses (40) in Verbindung mit der zweiten Fluidauslaßöffnung (43) angeordnet ist und der eine zu der Betätigungswelle (30) konzentrische Öffnung (47a) aufweist, und
einen einzigen Ventilkörper (50) der konzentrisch zu der Betätigungswelle (30) in dem Fluidausgabegehäuse (40) angeordnet ist und zwei Ventilabschnitte (51, 52) aufweist, die an dem Außenumfang des Ventilkörpers (50) aneinander angrenzend ausgebildet sind, wobei die Ventilabschnitte (51, 52) einen ersten Ventilbereich bilden, um die Strömungsgeschwindigkeit eines Fluids in Verbindung mit der Öffnung (46a) des ersten Ventilsitzes (46) zu steuern und einen zweiten Ventilbereich, um die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids in Verbindung mit der Öffnung (47a) des zweiten Ventilabschnitts (47) zu steuern.

2. Durchflußregelungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Umgehungsraum (44) mit der ersten Fluidauslaßöffnung (41) in Verbindung steht, und daß ein zweiter Umgehungsraum (45) mit der zweiten Fluidauslaßöffnung (43) und der Fluideinlaßöffnung (42) in Verbindung steht.

3. Durchflußregelungseinrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß daß der erste Umgehungsraum (44) mit der Fluideinlaßöffnung (42) in Verbindung steht, und daß der zweite Umgehungsraum (45) mit der ersten und der zweiten Fluidauslaßöffnung (41, 43) in Verbindung steht.

4. Durchflußregelungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (50), mit dem an dessen Außenumfangsfläche ausgebildeten ersten und zweiten Ventilabschnitt (50, 51), über ein Innengewinde (56) mit einem an dem vorderen Ende der Betätigungswelle (30) ausgebildeten Außengewinde verschraubbar ist, wobei das Innengewinde an einer zu den Ventilabschnitten (51, 52) koaxialen Bohrung ausgebildet ist.