WO2020038942A1 - Ventil zur steuerung von abgas oder frischluft in einer antriebseinheit eines kraftfahrzeuges oder generators - Google Patents

Ventil zur steuerung von abgas oder frischluft in einer antriebseinheit eines kraftfahrzeuges oder generators Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a valve for controlling exhaust gas or fresh air in a drive unit of a motor vehicle or generator with a valve housing having a channel, with an adjustable valve body for releasing or closing a flow cross section of the channel and with an electric motor drive for adjusting the valve body.
  • valves are often used in internal combustion engines or fuel cells of motor vehicles or generators and are known from practice.
  • the duct often carries hot exhaust gas or is connected to components that are subject to high thermal loads. This high thermal load is passed on to the electric motor drive. Since the electromotive drive and components of a transmission connected to it can be thermally overloaded, water cooling is used in the valve known from practice. However, such water cooling is very expensive and requires a large amount of space.
  • the invention is based on the problem of developing a valve of the type mentioned at the outset in such a way that it can be produced at particularly low cost and has a particularly small installation space.
  • This design keeps the thermal load on the electric motor drive particularly low.
  • the thermal decoupling enables the production of independent assemblies of the electromotive drive and the valve housing. Thanks to the invention, complex and large-volume water cooling can be avoided.
  • the valve according to the invention is therefore particularly economical to manufacture and has a particularly small installation space.
  • the thermal decoupling is structurally particularly simple if the electromotive drive is arranged in a motor housing and if an insulator is arranged between the motor housing and the valve housing.
  • the isolator is an air gap.
  • the valve can be mounted particularly easily if the motor housing and the valve housing each have mutually opposite flanges and if the insulator keeps the flanges at a distance from one another. After selecting the valve housing and the motor housing, the valve can also be easily assembled in a modular system.
  • the isolator is made of plastic.
  • the thickness of the insulation makes it easy to determine the thickness of the plastic.
  • the plastic preferably has a height of at least 3 mm.
  • the isolator is structurally particularly simple if the isolator has at least one ring element for spacing the channel from the electromotive drive.
  • a ring element has the advantage that the cross section of the possible heat conduction is particularly small.
  • the insulation effect of the insulator can be easily adjusted if the wall thickness of the ring element is less than the height of the ring element.
  • the valve has a high stability with a small contact area between the motor housing and the valve housing when the motor housing and the valve housing are connected to one another via a cross support arranged away from the flange and when the cross support has an insulator.
  • a drive shaft fastened to the valve body and protruding into the motor housing is made of a thermally poorly conductive material, in particular plastic.
  • FIG. 1 schematically shows a partial area of a motor vehicle with a drive machine and a valve
  • Fig.2 enlarges the valve of Figure 1 in a per
  • FIG. 1 shows a partial area of a motor vehicle 1 with a drive unit having a drive machine 2.
  • the drive unit has two supply channels 3, 4 for fuel, for example gaseous fuel, and for fresh air and an exhaust line 5.
  • the drive machine 2 can be, for example, a fuel cell or an internal combustion engine.
  • a valve 7 which can be controlled by an electric motor drive 6 is arranged in the exhaust line 5.
  • valve 7 can also be arranged in the supply duct 3, 4 that carries fresh air or fuel.
  • Electric current generated by the drive machine 2 is fed to a control device 8.
  • the control device 8 is connected to an electrical system, not shown, of the motor vehicle.
  • the electromotive drive 6 of the valve 7 is supplied with electrical current via the control device 8.
  • a gear 9 with a position sensor 10 is arranged between the valve 7 and the electric motor drive 6. The position sensor 10 detects the position and thus the function of the valve 7.
  • FIG. 2 shows the valve 7 with the electric motor drive 6 of Figure 1 in an enlarged exploded view.
  • the valve 7 has a valve housing 11 to be mounted in the exhaust line 5 from FIG. 1 with a valve body 13 arranged therein, which can be screwed onto a drive shaft 12.
  • the valve body 13 can be adjusted by driving the drive shaft 12 and thus release a channel 14 of the exhaust line 5 or close.
  • the electric motor drive 6 is arranged together with the gear 9 shown in FIG. 1 in a motor housing 15.
  • the motor housing 15 and the valve housing 11 each have a flange 16, 17, between which an insulator 18 is arranged.
  • the insulator 18 is made of plastic and has three interconnected ring elements 19. Furthermore, the motor housing 15 and the valve housing 11 are connected via a transverse support 20 which is removed from the flanges 16, 17.
  • Cross support 20 has an insulator 21 with a ring element 22 and a screw 23, preferably made of plastic.

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Abstract

Bei einem Ventil (7) einer Antriebseinheit eines Kraftfahrzeuges ist ein Ventilgehäuse (11) thermisch von einem Motorgehäuse (15) entkoppelt. In dem Motorgehäuse (15) angeordnete Bauteile eines elektromotorischen Antriebs (6) und eines Getriebes (9) werden damit vor thermischen Belastungen geschützt. Das Ventil (7) lässt sich kostengünstig herstellen und hat einen besonders kleinen Bauraum.

Description

Beschreibung
Ventil zur Steuerung von Abgas oder Frischluft in einer An triebseinheit eines Kraftfahrzeuges oder Generators
Die Erfindung betrifft ein Ventil zur Steuerung von Abgas oder Frischluft in einer Antriebseinheit eines Kraftfahrzeuges oder Generators mit einem einen Kanal aufweisenden Ventilgehäuse, mit einem verstellbaren Ventilkörper zum Freigeben oder Verschließen eines Strömungsquerschnitts des Kanals und mit einem elekt romotorischen Antrieb zur Verstellung des Ventilkörpers.
Solche Ventile werden bei Brennkraftmaschinen oder Brenn stoffzellen von Kraftfahrzeugen oder Generatoren häufig ein gesetzt und sind aus der Praxis bekannt. Der Kanal führt bei solchen Anlagen häufig heißes Abgas oder ist mit thermisch hoch belasteten Bauteilen verbunden. Diese hohe thermische Belastung wird auf den elektromotorischen Antrieb weiter geleitet. Da der elektromotorische Antrieb und mit diesem verbundene Bauteile eines Getriebes thermisch überlastet werden können, wird bei dem aus der Praxis bekannten Ventil eine Wasserkühlung eingesetzt. Eine solche Wasserkühlung ist jedoch sehr kostenintensiv und erfordert einen großen Bauraum.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Ventil der eingangs genannten Art so weiter zu bilden, dass es besonders kosten günstig herstellbar ist und einen besonders geringen Bauraum aufweist .
Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Kanal von dem elektromotorischen Antrieb thermisch ent koppelt ist.
Durch diese Gestaltung wird die thermische Belastung des elektromotorischen Antriebs besonders gering gehalten. Die thermische Entkoppelung ermöglicht die Fertigung unabhängiger Baugruppen des elektromotorischen Antriebs und des Ventilge- häuses. Dank der Erfindung lässt sich eine aufwändige und großvolumige Wasserkühlung vermeiden. Das erfindungsgemäße Ventil ist daher besonders kostengünstig herstellbar und weist einen besonders geringen Bauraum auf.
Zu einem weiteren Schutz gegen thermische Belastungen trägt es gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bei, wenn der elektromotorische Antrieb zusammen mit einem Getriebe eine bauliche Einheit bildet. Hierdurch ist nicht nur der elektromotorische Antrieb, sondern auch das Getriebe zum Antrieb des Ventilkörpers vor thermischen Belastungen geschützt aus dem Kanal .
Die thermische Entkoppelung gestaltet sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung konstruktiv besonders einfach, wenn der elektromotorische Antrieb in einem Motor gehäuse angeordnet ist und wenn zwischen Motorgehäuse und Ventilgehäuse ein Isolator angeordnet ist. Im einfachsten Fall ist der Isolator ein Luftspalt. Hierdurch können das Ventil gehäuse und das Motorgehäuse aus Metall gefertigt sein und eine hohe Stabilität des Ventils sicherstellen.
Das Ventil lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Wei terbildung der Erfindung besonders einfach montieren, wenn das Motorgehäuse und das Ventilgehäuse jeweils einander gegen überstehende Flansche aufweisen und wenn der Isolator die Flansche auf Abstand zueinander hält. Weiterhin lässt sich das Ventil nach Auswahl des Ventilgehäuses und des Motorgehäuses einfach in einem Baukastensystem zusammenstellen.
Eine hohe Stabilität des Ventils bei einer sehr hohen thermischen Entkoppelung lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erreichen, wenn der Isolator aus Kunststoff gefertigt ist. Durch die Höhe des Kunststoffs lässt sich die Stärke der Isolation einfach festlegen. Vorzugsweise hat der Kunststoff eine Höhe von zumindest 3mm. Der Isolator gestaltet sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung konstruktiv besonders einfach, wenn der Isolator zumindest ein Ringelement zur Beabstandung des Kanals von dem elektromotorischen Antrieb aufweist. Ein Rin gelement hat den Vorteil, dass der Querschnitt der möglichen Wärmeleitung besonders klein ist.
Die Isolationswirkung des Isolators lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einfach einstellen, wenn die Wandstärke des Ringelements kleiner ist als die Höhe des Ringelements.
Das Ventil hat gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung eine hohe Stabilität bei einer geringen Kon taktfläche zwischen Motorgehäuse und Ventilgehäuse, wenn das Motorgehäuse und das Ventilgehäuse über eine von dem Flansch entfernt angeordnete Querstütze miteinander verbunden sind und wenn die Querstütze einen Isolator hat.
Zur weiteren thermischen Entkoppelung trägt es gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bei, wenn eine an dem Ventilkörper befestigte und in das Motorgehäuse hin einragende Antriebswelle aus einem thermisch schlecht leitendem Material, insbesondere Kunststoff, gefertigt ist.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
Fig.l schematisch einen Teilbereich eines Kraftfahrzeuges mit einer Antriebsmaschine und einem Ventil,
Fig.2 vergrößert das Ventil aus Figur 1 in einer per
spektivischen ExplosionsdarStellung . Figur 1 zeigt einen Teilbereich eines Kraftfahrzeuges 1 mit einer eine Antriebsmaschine 2 aufweisenden Antriebseinheit. Die Antriebseinheit hat zwei Zuführkanäle 3, 4 für Brennstoff, beispielsweise gasförmigen Brennstoff, und für Frischluft und einen Abgasstrang 5. Bei der Antriebsmaschine 2 kann es sich beispielsweise um eine Brennstoffzelle oder um eine Brenn kraftmaschine handeln. In dem Abgasstrang 5 ist ein von einem elektromotorischen Antrieb 6 ansteuerbares Ventil 7 angeordnet.
In einer nicht dargestellten Ausführungsform kann das Ventil 7 auch in dem Frischluft führenden oder Brennstoff führenden Zuführkanal 3, 4 angeordnet sein.
Von der Antriebsmaschine 2 erzeugter elektrischer Strom wird einer Steuereinrichtung 8 zugeführt. Die Steuereinrichtung 8 ist mit einem nicht dargestellten Bordnetz des Kraftfahrzeuges verbunden. Der elektromotorische Antrieb 6 des Ventils 7 wird über die Steuereinrichtung 8 mit elektrischem Strom versorgt. Zwischen dem Ventil 7 und dem elektromotorischen Antrieb 6 ist ein Getriebe 9 mit einem Positionssensor 10 angeordnet. Der Positionssensor 10 erfasst die Stellung und damit die Funktion des Ventils 7.
Figur 2 zeigt das Ventil 7 mit dem elektromotorischen Antrieb 6 aus Figur 1 in einer vergrößerten Explosionsdarstellung. Das Ventil 7 hat ein in dem Abgasstrang 5 aus Figur 1 zu montierendes Ventilgehäuse 11 mit einem darin angeordneten, auf einer An triebswelle 12 verschraubbaren Ventilkörper 13. Der Ventilkörper 13 lässt sich durch Antrieb der Antriebswelle 12 verstellen und damit einen Kanal 14 des Abgasstrangs 5 freigeben oder ver schließen .
Der elektromotorische Antrieb 6 ist zusammen mit dem in Figur 1 dargestellten Getriebe 9 in einem Motorgehäuse 15 angeordnet. Das Motorgehäuse 15 und das Ventilgehäuse 11 haben jeweils einen Flansch 16, 17, zwischen denen ein Isolator 18 angeordnet ist. Der Isolator 18 ist aus Kunststoff gefertigt und weist drei miteinander verbundene Ringelemente 19 auf. Weiterhin sind das Motorgehäuse 15 und das Ventilgehäuse 11 über eine von den Flanschen 16, 17 entfernte Querstütze 20 verbunden. Die
Querstütze 20 hat einen Isolator 21 mit einem Ringelement 22 und eine vorzugsweise aus Kunststoff gefertigte Schraube 23.

Claims

Patentansprüche
1. Ventil (7) zur Steuerung von Abgas oder Frischluft in einer Antriebseinheit eines Kraftfahrzeuges oder Generators mit einem einen Kanal (14) aufweisenden Ventilgehäuse (11), mit einem verstellbaren Ventilkörper (13) zum Freigeben oder Verschließen eines Strömungsquerschnitts des Kanals (14) und mit einem elektromotorischen Antrieb (6) zur Ver stellung des Ventilkörpers (13), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Kanal (14) von dem elektromotorischen Antrieb (6) thermisch entkoppelt ist.
2. Ventil nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n
z e i c h n e t , dass der elektromotorische Antrieb (6) zusammen mit einem Getriebe (9) eine bauliche Einheit bildet .
3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e
k e n n z e i c h n e t , dass der elektromotorische Antrieb (6) in einem Motorgehäuse (15) angeordnet ist und dass zwischen Motorgehäuse (15) und Ventilgehäuse (11) ein Isolator (18, 21) angeordnet ist.
4. Ventil nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n
z e i c h n e t , dass das Motorgehäuse (115) und das Ventilgehäuse (11) jeweils einander gegenüberstehende Flasche (16, 17) aufweisen und dass der Isolator (18) die Flansche (16, 17) auf Abstand zueinander hält.
5. Ventil nach Anspruch 3 oder 4, d a d u r c h g e
k e n n z e i c h n e t , dass der Isolator (18, 21) aus Kunststoff gefertigt ist.
6. Ventil nach zumindest einem der Ansprüche 3 bis 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Isolator (18, 21) zumindest ein Ringelement (19, 22) zur Beabstandung des Kanals (14) von dem elektromotorischen Antrieb (6) aufweist .
7. Ventil nach Anspruch 6, d a du r c h g e k e n n
z e i c h n e t , dass die Wandstärke des Ringelements (19, 22) kleiner ist als die Höhe des Ringelements (19, 22) .
8. Ventil nach zumindest einem der Ansprüche 3 bis 7,
d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Mo torgehäuse (15) und das Ventilgehäuse (11) über eine von dem Flansch (16, 17) entfernt angeordnete Querstütze (20) miteinander verbunden sind und dass die Querstütze (20) einen Isolator (21) hat.
9. Ventil nach zumindest einem der Ansprüche 3 bis 8,
d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine an dem Ventilkörper (13) befestigte und in das Motorgehäuse (15) hineinragende Antriebswelle (12) aus einem thermisch schlecht leitendem Material, insbesondere Kunststoff, gefertigt ist.
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