JP2013514479A - 内燃機関に用いられる弁装置 - Google Patents

Abstract

駆動ユニット（６）と、運動可能な弁ユニット（８）と、流体流入通路（２２）および流体流出通路（２４）を備えたフローハウジング（４）と、流体流入通路（２２）に流体接続された圧力検出室（５８）と、この圧力検出室（５８）内に配置された圧力センサ（６０）とを備えた弁装置は公知である。しかし、圧力センサ（６０）の配置形態に基づき、この圧力センサは、脈動および凝縮物形成に際して望ましくない感度を有している。したがって、圧力センサ（６０）が、ドライブハウジング（２）内に組み込まれていて、圧力検出面（７２）を有しており、この圧力検出面（７２）が、圧力検出室（５８）内に流体の流れ方向に対して垂直に配置された法線を備えた平面に配置されていることが提案される。

Description

本発明は、内燃機関に用いられる弁装置であって、該弁装置が、駆動ユニットと、該駆動ユニットを内部に配置したドライブハウジングと、前記駆動ユニットを介して運動可能な、少なくとも弁ロッドと弁閉鎖体とから成る弁ユニットと、前記弁閉鎖体を介して調整可能である接続横断面を備えた流体流入通路および流体流出通路を有するフローハウジングと、前記流体流入通路に流体接続された圧力検出室と、該圧力検出室内に配置された圧力センサとを備えている、内燃機関に用いられる弁装置に関する。

このような弁装置は、たとえば排気系統に供給される二次空気量を調整するための二次空気供給装置の分野において知られている。これによって、未燃焼の炭化水素の酸化により内燃機関の排ガス中の有害物質エミッションを減少させることができる。このような弁装置は、空気量の調整を行う頻繁に電磁操作される弁と、排ガス脈動に基づき逆方向で二次空気ポンプに向かう排ガスの流れを阻止する逆止弁とを有している。二次空気ポンプの誤機能を認識するかまたは付加空気供給を制御するために、弁装置に通じる通路内に圧力センサを配置することが公知である。しかし、この圧力センサには、付加的な電気接続部と付加的な構成スペースとが必要となる。

この問題を解決するために、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００５０１１８８４号明細書には、触媒の加熱および活性を加速させるために、触媒の上流側に設けられた二次空気ポンプが付加空気を排ガス管内に案内する付加空気供給システムに用いられる弁装置が開示されている。この弁装置は、二次空気ポンプと排ガス管との間に設けられていて、流体流入通路と、排ガス管に接続された流体流出通路とを有している。流体流入通路から流体流出通路に流れる空気量は弁の位置に関連している。構成スペース減少のために、この公知例では、圧力センサが弁の電磁石の上方に配置されている。流体流入通路と、圧力センサが配置された圧力検出室との接続は、電磁石のコイルに沿った狭幅のギャップを介して行われる。しかし、ここでは、提供された横断面が極めて少ないので、測定結果に現状が遅れて初めて現れる。これに加えて、少ない横断面に基づき圧力損失が生じるので、その結果、全体的に測定が不正確となる。

可能な限り正確な測定結果を即時に得るために、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００７０００９００号明細書では、流体流入通路に開口を設けることが提案されている。この開口は、圧力センサを内部に配置した圧力測定チャンバに接続されている。この配置形態では、空気が圧力センサに向かって流れる。すなわち、圧力検出面が通路にじかに向かい合って位置している。これによって、極めて正確な圧力測定が可能となる。圧力検出精度は、いわゆる「衝撃波」が流体入口に生じるような場合でも維持される。しかし、このような配置形態は、特に流体入口に新たに著しい構成スペースが必要となるという欠点を有している。なぜならば、それぞれ対応する圧力センサが備え付けられる付加的な圧力検出室が設けられなければならないからである。また、このような弁の、それぞれ異なる構成スペースへの適合に関する可変性、特にコネクタ位置の適合に関する可変性も著しく制限されている。この弁の制御時には、短い圧力脈動によって、弁の誤調整が生じることがある。

したがって、本発明の課題は、十分に正確な測定結果を提供し、発生する短い圧力脈動と排ガス流中の凝縮物とに感応しないと同時に可能な限り少ない構成スペースを必要とする弁装置を提供することである。電気的な接続については、可能な限り大きな可変性が存在していることが望ましい。

この課題を解決するために本発明に係る弁装置によれば、圧力センサが、ドライブハウジング内に組み込まれていて、圧力検出面を有しており、該圧力検出面が、圧力検出室内に流体の流れ方向に対して垂直に配置された法線を備えた平面に配置されている。

本発明に係る弁装置の有利な態様によれば、圧力検出室が、圧力センサの圧力検出面に対する前記法線の方向に圧力検出面から少なくとも４ｍｍ延びている。

本発明に係る弁装置の有利な態様によれば、圧力センサの圧力検出面が、全周にわたって隆起壁によって取り囲まれている。

本発明に係る弁装置の有利な態様によれば、ドライブハウジングが、フローハウジングを固定するためのフランジ面を有しており、該フランジ面が、弁ユニットの運動方向に対して垂直に配置されている。

本発明に係る弁装置の有利な態様によれば、圧力検出室が、流体流入通路に接続通路を介して流体接続されている。

本発明に係る弁装置の有利な態様によれば、接続通路が、ドライブハウジングのフランジ面に対して垂直に配置されている。

本発明に係る弁装置の有利な態様によれば、圧力検出室と接続通路とが、少なくとも１５ｍｍ^３の総容積を有している。

本発明に係る弁装置の有利な態様によれば、ドライブハウジング材料の射出成形によってドライブハウジング内に打抜き格子体が埋め込まれており、該打抜き格子体を介して、圧力センサと駆動ユニットのコイルとが、コネクタに電気的に接続されている。

本発明に係る弁装置の有利な態様によれば、圧力検出室が、ドライブハウジングに固定されたカバーによって閉鎖されている。

本発明に係る弁装置は、圧力センサを配置するために、付加的な構成スペースがほぼ不要になるという利点を有している。圧力検出室への流れ距離は短く選択することができ、これによって、正確な測定結果が得られる。それにもかかわらず、圧力検出面の方向への圧力衝撃が測定結果の悪化を招くことが回避される。圧力センサを備えた圧力検出室を弁の周面に設けるための場所は十分に自由に選択可能であり、これによって、対応するコネクタの位置を既存の接続部および既存の構成スペースに適合させることもできる。センサ面と空気流との間の連続的な平行性に基づき、圧力センサへの凝縮物の沈着が回避される。

有利には、圧力検出室が、圧力センサの圧力検出面に対する法線の方向に圧力検出面から少なくとも４ｍｍ延びている。こうして、圧力検出面の方向に作用する圧力ピークを減衰することができ、これによって、結果的に生じる誤測定が最小限に抑えられる。

既存の凝縮物に対する十分な不感性は、圧力センサの圧力検出面が、全周にわたって隆起壁によって取り囲まれている場合に達成される。

駆動ユニットの誤機能時の特に簡単な適合および交換可能性は、ドライブハウジングが、フローハウジングを固定するためのフランジ面を有しており、このフランジ面が、弁の運動方向に対して垂直に配置されていることによって達成される。

有利には、圧力検出室が、流体流入通路に接続通路を介して流体接続されており、この接続通路が、更なる態様において、ドライブハウジングのフランジ面に対して垂直に配置されている。こうして、流体流入通路への最短の接続が形成される。この構造は、ドライブハウジング内への接続通路の可能な組込みによって簡単にかつ廉価に形成可能となる。圧力ピークを補償するための流体流入通路に対する間隔は既存のままである。

これに対する更なる態様では、圧力検出室と接続通路とが、少なくとも１５ｍｍ^３の総容積を有している。こうして、短期の圧力変動が、圧力センサによってシステムの実際の圧力変化として記録されることなしに補償されるようになっている。

本発明の特に有利な態様では、ドライブハウジング材料の射出成形によってドライブハウジング内に打抜き格子体が埋め込まれており、この打抜き格子体を介して、圧力センサと駆動ユニットの電磁石とが、コネクタに電気的に接続されている。こうして、付加的な線路が節約される。電気的なコンタクトの解離は、プラスチックの内部の不変の位置によって阻止される。打抜き格子体は、コネクタにおける接続ピンをじかに有していてもよい。

有利には、圧力検出室が、ドライブハウジングに固定されたカバーによって閉鎖されている。こうして、圧力センサをその機能において、駆動ユニット全体を取り外すことなしに検査することができ、場合により、交換することができる。さらに、組立てが簡単になる。

したがって、単に少ない構成スペースで時間的な遅れなく高い測定精度を有する弁装置が提供される。流れ方向に向けられた圧力ピークは測定結果を悪化させない。圧力検出面への凝縮物の沈着は十分に回避される。

本発明に係る弁装置の側方断面図である。 図１に示した弁装置の部材的に破断した透視図を立体的に示す図である。

本発明の実施の形態を図面に示し、以下に説明する。

図面に示した本発明に係る弁装置は、たとえば内燃機関の二次空気弁として使用される。この二次空気弁はドライブハウジング２とフローハウジング４とを有している。両ハウジング２，４は、それぞれ複数の部分から形成することができ、共通のフランジ面５を介して互いに固定されている。

ドライブハウジング２は電磁式の駆動ユニット６を有している。この駆動ユニット６によって、弁ユニット８が軸方向に運動可能となる。この弁ユニット８は、２つの部分から形成された弁ロッド１０を有している。この弁ロッド１０の、駆動ユニット６と反対の側の端部には、第１の弁閉鎖体１２が固定されている。この弁閉鎖体１２は中空体として形成されている。この中空体内には、ばね１４が配置されている。このばね１４の軸方向の第１の端部は、弁閉鎖体１２の閉じられた面に接触しており、軸方向の反対の側の端部は、逆流防止プレート１６に接触している。この逆流防止プレート１６には、ばね１４のばね力によって、逆流防止プレート１６に対する座面として働く弁座プレート１８の方向に荷重が加えられる。付加的には、この弁座プレート１８は、逆流防止プレート１６の全周を閉鎖状態において完全に取り囲んでいる弁閉鎖体１２に対する座面として働く。相応して、弁座プレート１８は、接続横断面２０として働く開口を有している。この開口を介して、フローハウジング４に形成された流体流入通路２２を、同じくフローハウジング４に形成された流体流出通路２４に接続することができる。

電磁式の駆動ユニット６は、コイル枠体２８に巻成されたコイル２６と、コイル枠体２８内に固定されたコア３０と、帰路形成金属薄板３２と、ヨーク３４とから成っている。このアッセンブリは、複数の部分から成るアーマチュア３６と協働する。なお、このアーマチュア３６は、弁ロッド１０にばね３８によって支持されていて、滑りブシュ５４内に移動可能に支承されている。複数の部分から成るアーマチュア３６は、第１のアーマチュアエレメント４０と、第２のアーマチュアエレメント４４と、着磁可能でない第１の連結機構４６とから成っている。第１のアーマチュアエレメント４０には、ドライブハウジング２に弁閉鎖体１２と反対の側の端部で支持された第２のばね４２によって弁閉鎖体１２の方向に予荷重が加えられている。第２のアーマチュアエレメント４４の軸方向の延び量は、第１のアーマチュアエレメント４０の延び量よりも著しく少なく設定されている。第１の連結機構４６には、ばね３８によって第２のアーマチュアエレメント４４に向かって荷重が加えられる。弁ロッド１０それ自体には、第３のばね４８と第２の連結機構５０とによってアーマチュア３６の方向に予荷重が加えられている。また、弁ロッド１０それ自体はアーマチュア３６内に滑動可能にガイドされている。

さらに、ドライブハウジング２はコネクタ５２を有している。このコネクタ５２は電子式の制御ユニット（ＥＣＵ）に接続されている。このためには、コイル２６も制御する打抜き格子体５６が使用される。

本発明によれば、ドライブハウジング２内に圧力検出室５８が形成されている。この圧力検出室５８内には、圧力センサ６０が配置されている。この圧力センサ６０も同じく打抜き格子体５６を介してコネクタ５２に接続可能である。圧力検出室５８は、本実施の形態では管６４によって仕切られた接続通路６２を介して流体流入通路２２に流体接続されている。つまり、流体が、流体流入通路２２から接続通路６２を通って圧力検出室５８にまで流れるようになっている。図面に認めることができるように、フローハウジング４は、流体流入通路２２に通じる開口（図示せず）のほかに、フランジ面５に設けられた環状に延びる溝６６を有している。この溝６６によって、フローハウジング４をドライブハウジング２に対して可変に配置しかつ圧力検出室５８を流体流入通路２２に対して可変に配置することが可能となる。このためには、溝６６が、弁の中心軸線に対して管６４と同じ間隔を置いて配置されていて、この管６４もしくは接続通路６２が、同じくフランジ面５にまで延びている。溝６６の半径方向内外の側には、それぞれ１つのシールリング６７が配置されている。

圧力検出室５８は、フランジ面５に対して垂直に配置された接続通路６２の延長線上に配置されていて、カバー６８によって閉鎖される。圧力センサ６０は、電子式の制御ユニットを有するボード７０に配置されている。圧力センサ６０は圧力検出面７２を有している。この圧力検出面７２は隆起壁７４によって周方向で取り囲まれている。また、圧力センサ６０の法線は、本発明によれば、接続通路６２の軸線によって規定された、圧力検出室５８内への流体の流れ方向７６に対して垂直に配置されている。管６４は約４ｍｍの直径を有している。この直径は、少なくとも２ｍｍであることが望ましい。圧力検出面７２から法線の方向で最も近い壁までの間隔は約５ｍｍに設定されていて、少なくとも４ｍｍであることが望ましい。圧力検出室５８と接続通路６２とによって形成される圧力補償室の総容積は、圧力ピークを補償するために、少なくとも１５ｍｍ^３であることが望ましい。

この配置形態によって、圧力検出室５８に流入した流体が圧力センサ６０に直接作用しないことが確保される。この圧力センサ６０は、流れ方向に作用する圧力脈動を検出せずに、圧力検出室５８内に作用する圧力変化だけを検出する。付加的には、圧力センサ６０は隆起壁７４によって、流入する凝縮物に対して防護される。

本発明に係る弁装置は以下のように機能する。

ＥＣＵが、過度に低い触媒温度を検出すると、二次空気ポンプが起動させられ、二次空気弁が制御される。給電によって、まず、第２のアーマチュアエレメント４４が第１の連結機構４６と共にばね３８に抗して運動させられる。その際、弁閉鎖体１２を弁座プレート１８から粘着の存在時でも解離する高い加速が発生させられる。更なる開放動作は、同じく弁閉鎖体１２の方向に運動させられる第１のアーマチュアエレメント４０によって実行される。流体流入通路２２内に形成された二次空気の圧力が、逆流防止プレート１６をばね１４のばね力に抗して開放し、これによって、接続横断面２０が開放され、二次空気が流体流出通路２４に流れ、そこから、下流側に続く排ガス管内に流れるようになっている。逆流防止プレート１６は、排ガス脈動の発生時に排ガス管から二次空気ポンプに向かう排ガスの逆流を阻止する。

接続通路６２を介して圧力センサ６０には常時、流体流入通路２２内に発生させられた二次空気圧が作用しており、この二次空気圧によって、圧力センサ６０に向けられた圧力衝撃に左右されない二次空気供給の監視が可能となる。さらに、二次空気ポンプの万が一の誤機能を圧力センサ６０によって認識して、この誤機能を、接続されたＥＣＵに伝送することが可能である。

こうして、圧力センサ６０に向けられた向けられた圧力衝撃または凝縮物の発生による障害に感応しない二次空気弁の確実な制御と監視（ＯＢＤ）とが確保される。

なお、当然ながら、独立請求項の保護範囲を逸脱することなしに、二次空気弁の種々異なる構造的な変更が可能である。

２ ドライブハウジング
４ フローハウジング
５ フランジ面
６ 駆動ユニット
８ 弁ユニット
１０ 弁ロッド
１２ 弁閉鎖体
１４ ばね
１６ 逆流防止プレート
１８ 弁座プレート
２０ 接続横断面
２２ 流体流入通路
２４ フローハウジング
２６ コイル
２８ コイル枠体
３０ コア
３２ 帰路形成金属薄板
３４ ヨーク
３６ アーマチュア
３８ ばね
４０ 第１のアーマチュアエレメント
４２ ばね
４４ 第２のアーマチュアエレメント
４６ 第１の連結機構
４８ ばね
５０ 第２の連結機構
５２ コネクタ
５４ 滑りブシュ
５６ 打抜き格子体
５８ 圧力検出室
６０ 圧力センサ
６２ 接続通路
６４ 管
６６ 溝
６７ シールリング
６８ カバー
７０ ボード
７２ 圧力検出面
７４ 隆起壁
７６ 流れ方向

Claims (9)

1. 内燃機関に用いられる弁装置であって、該弁装置が、
   駆動ユニットと、
   該駆動ユニットを内部に配置したドライブハウジングと、
   前記駆動ユニットを介して運動可能な、少なくとも弁ロッドと弁閉鎖体とから成る弁ユニットと、
   前記弁閉鎖体を介して調整可能である接続横断面を備えた流体流入通路および流体流出通路を有するフローハウジングと、
   前記流体流入通路に流体接続された圧力検出室と、
   該圧力検出室内に配置された圧力センサとを備えている、内燃機関に用いられる弁装置において、
   圧力センサ（６０）が、ドライブハウジング（２）内に組み込まれていて、圧力検出面（７２）を有しており、該圧力検出面（７２）が、圧力検出室（５８）内に流体の流れ方向に対して垂直に配置された法線を備えた平面に配置されていることを特徴とする、内燃機関に用いられる弁装置。
2. 圧力検出室（５８）が、圧力センサ（６０）の圧力検出面（７２）に対する前記法線の方向に圧力検出面（７２）から少なくとも４ｍｍ延びている、請求項１記載の弁装置。
3. 圧力センサ（６０）の圧力検出面（７２）が、全周にわたって隆起壁（７４）によって取り囲まれている、請求項１または２記載の弁装置。
4. ドライブハウジング（２）が、フローハウジング（４）を固定するためのフランジ面（５）を有しており、該フランジ面（５）が、弁ユニット（８）の運動方向に対して垂直に配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の弁装置。
5. 圧力検出室（５８）が、流体流入通路（２２）に接続通路（６２）を介して流体接続されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の弁装置。
6. 接続通路（６２）が、ドライブハウジング（２）のフランジ面（５）に対して垂直に配置されている、請求項４記載の弁装置。
7. 圧力検出室（５８）と接続通路（６２）とが、少なくとも１５ｍｍ^３の総容積を有している、請求項５または６記載の弁装置。
8. ドライブハウジング材料の射出成形によってドライブハウジング（２）内に打抜き格子体（５６）が埋め込まれており、該打抜き格子体（５６）を介して、圧力センサ（６０）と駆動ユニット（６）のコイル（２６）とが、コネクタ（５２）に電気的に接続されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の弁装置。
9. 圧力検出室（５８）が、ドライブハウジング（２）に固定されたカバー（６８）によって閉鎖されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の弁装置。

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