EP2568147B1 - Drosselklappenvorrichtung für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

Drosselklappenvorrichtung für einen Verbrennungsmotor Download PDF

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EP2568147B1
EP2568147B1 EP12177784.1A EP12177784A EP2568147B1 EP 2568147 B1 EP2568147 B1 EP 2568147B1 EP 12177784 A EP12177784 A EP 12177784A EP 2568147 B1 EP2568147 B1 EP 2568147B1
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    • F02D9/108—Plastics

Definitions

  • the invention relates to a throttle valve device for an internal combustion engine in a hybrid drive train of a motor vehicle, in particular for a range extender, with a housing, in the interior of which a fluid channel is formed, with a flap body, which determines the flow-through cross section of the channel with a flap shaft, on which the flap body is arranged and which is rotatably mounted in the housing at at least one bearing point, with an actuating unit which drives the flap shaft, wherein the actuating unit provides a limited number of actuating positions for the flap body, wherein the actuating unit has a latching device with latching positions, wherein the actuating unit has latching members which, in cooperation with a spring member, enable latching into the desired latching positions.
  • Throttle valve devices for an internal combustion engine are well known.
  • the throttle has the goal to control the amount of air for the internal combustion engine to regulate together with a fuel quantity to be controlled the required output power.
  • a throttle device known, which can be produced in a particularly cost-effective manner by injection molding.
  • flap device see for example DE 31 28 783 A1 Engines known that can only set predetermined positions for the flap.
  • a motor with a latch to provided, each of which can be activated to set a particular detent position.
  • Object of the present invention is therefore to provide a throttle valve device which is particularly suitable for a hybrid powertrain of a motor vehicle, and in particular for a serial range extender and this has a particularly simple structure.
  • the actuator has an electric motor and a transmission, wherein a transmission output is rotatably connected to the valve shaft and the transmission output has the latching device.
  • a throttle valve device is provided, the adjusting device only has to ensure that the throttle valve between a limited number of parking positions is adjustable.
  • three predefined setting positions can be selected here: 1. Load point 25kW, 2. Load point 15kW and 3. Load point 10kW.
  • An expensive position control can be omitted hereby.
  • an electric motor is the Actuate much easier to perform. In particular, the actuator can be made even easier and cheaper.
  • the transmission may be formed as a worm gear, wherein a worm gear of the worm gear is rotatably connected to the valve shaft. It has proved to be particularly advantageous in this case if the worm gear has the latching elements which, in cooperation with a spring element, make it possible to engage in the desired latching positions.
  • the housing has the fluid channel and a base housing part for the actuating unit, which can be closed by a cover part. This eliminates the costly assembly and alignment of the base housing part of the actuator on the throttle body.
  • a housing may advantageously be made of plastic.
  • the setting unit can have a contactless sensor device.
  • Fig. 1 shows a perspective view of a throttle device according to the invention 2.
  • This throttle device 2 is used in an internal combustion engine in a hybrid powertrain of a motor vehicle.
  • the internal combustion engine and the hybrid powertrain are not shown.
  • currently known throttle devices are oversized.
  • the throttle valve device 2 has a housing 4, which is made of plastic, and which forms both a fluid channel 6, and a base housing part 8 for an actuating unit 10.
  • flange members 12 are provided for connection to internal combustion engine specific additional components. Also already are locations 14 (see also Fig.
  • the base housing part 8 of the setting unit 10 can be closed by a cover part 20, which also has a plug 22 for electrical contacting of the setting unit 10.
  • the pointing away from the actuator bearing 14 is covered by a cover member 24.
  • Fig. 2 now shows a sectional view of the throttle valve device 2 of the invention Fig. 1 ,
  • the housing 4 and the flap body 18 with the flap shaft 16 are manufactured in a favorable manner in the assembly spraying process.
  • slide bearings 26 can be used for the storage of the valve shaft 16 in a known manner.
  • the flap shaft 16 and thus the flap body 18 are rotatably connected via a screw 28 with a worm gear 30 of a worm gear 32.
  • the worm gear 32 further has a drive worm 34.
  • the actuator 10 still has a non-contact Sensor device 40, which is shown here only schematically.
  • a magnet 42 is inserted, which cooperates with a field direction-sensitive sensor 44 which is arranged on a circuit board 38.
  • the board 38 is connected via a punch comb not shown with the plug 22.
  • the drive screw 34 is rotatably connected to a drive shaft 46 of an electric motor 47.
  • the worm gear 30 here has a toothing arranged over the entire circumference. However, it can also be designed as a partial gear.
  • the worm wheel in the present embodiment also has a peripheral surface 46 which is provided with latching members 48, 50, 52.
  • latching device 56 By means of such a latching device 56, the power supply of the electric motor can be substantially reduced, if not switched off, when the latching position has been reached.
  • Each latching member 48, 50, 52 defines for this purpose a latching position, which in turn causes a certain position of the flap 18.
  • three latching members 48, 50, 52 are provided, which here correspond to a 1st load point 25kW, 2nd load point 15kW and 3rd load point 10kW of the flap body 18 in the fluid channel.
  • the spring member 54 has in the present embodiment, a hemispherical projection 56 which engages with a spring force of the spring member 54 in the respective latching member 48, 50, 52.
  • the latching positions are not limited to the open, closed, idle position of the valve body 18.
  • a Rage Extender and locking positions can be selected, for example, a third, a two thirds and a fully open fluid channel can correspond.
  • the latching members 48, 50, 52 are of course not on the in Fig. 4 Restricted positions on the circumference 46 limited.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Drosselklappenvorrichtung für einen Verbrennungsmotor in einem Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, insbesondere für einen Range-Extender, mit einem Gehäuse, in dessen Inneren ein durchströmter Fluidkanal ausgebildet ist, mit einem Klappenkörper, der den durchströmbaren Querschnitt des Kanals bestimmt, mit einer Klappenwelle, auf der der Klappenkörper angeordnet ist und die drehbar im Gehäuse an mindestens einer Lagerstelle gelagert ist, mit einer Stelleinheit, die die Klappenwelle antreibt, wobei die Stelleinheit eine begrenzte Anzahl von Stellpositionen für den Klappenkörper vorsieht, wobei die Stelleinheit eine Einrastvorrichtung mit Einrastpositionen aufweist, wobei die Stelleinheit Einrastorgane aufweist, die im Zusammenwirken mit einem Federorgan ein Einrasten in die gewünschten Einrastpositionen ermöglichen.
  • Drosselklappenvorrichtungen für einen Verbrennungsmotor sind hinlänglich bekannt. Hierbei hat die Drosselklappe das Ziel, die Luftmenge für den Verbrennungsmotor zu steuern, um gemeinsam mit einer zu steuernden Treibstoffmenge die geforderte Abgabeleistung zu regulieren. So ist insbesondere aus der DE 101 14 994 A1 eine Drosselklappenvorrichtung bekannt, die auf besonders kostengünstige Weise im Spritzgussverfahren herstellbar ist. Desweiteren sind im Zusammenhang mit Klappenvorrichtung, siehe hierzu beispielsweise DE 31 28 783 A1 Motoren bekannt, die lediglich vorbestimmte Stellpositionen für die Klappe einstellen können. Darüberhinaus ist es aus der DE 31 22 975 A1 bekannt einen Motor mit einer Einrastvorrichtung zu versehen, die jeweils zur Einstellung einer bestimmten Rastposition aktiviert werden können.
  • In den vergangenen Jahren haben Hybridfahrzeuge immer mehr Beachtung gefunden. Standen zunächst Kohlenwasserstoffe als Primärenergie (und damit der Verbrennungsmotor) im Vordergrund, so gewinnt in der jüngeren Vergangenheit die Verwendung von elektrischer Energie als Primärenergie einen immer größeren Stellenwert, wobei ein kleiner einfach ausgelegter Verbrennungsmotor lediglich noch als Reichweitenverlängerer, Range-Extender, eingesetzt wird. Insbesondere vor dem Hintergrund des Einsatzes von zwei Motorenkonzepten in ein Kraftfahrzeug ist die Bauraum- und Kostenoptimierung sehr wichtig. Bestehende Drosselklappenvorrichtungen sind für einen derartigen Verbrennungsmotor überdimensioniert.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Drosselklappenvorrichtung zu schaffen, die insbesondere geeignet ist für einen Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeuges und dabei insbesondere für einen seriellen Range-Extender und hierbei über einen besonders einfachen Aufbau verfügt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Stelleinheit einen Elektromotor und ein Getriebe aufweist, wobei ein Getriebeausgang drehfest mit der Klappenwelle verbunden ist und der Getriebeausgang die Einrastvorrichtung aufweist. Auf diese Weise wird eine Drosselklappenvorrichtung geschaffen, deren Stelleinrichtung lediglich sicherstellen muss, dass die Drosselklappe zwischen einer begrenzten Anzahl von Stellpositionen verstellbar ist. Beispielsweise können hier drei vordefinierte Stellpositionen gewählt werden: 1. Lastpunkt 25kW, 2. Lastpunkt 15kW und 3. Lastpunkt 10kW. Eine aufwendige Positionsregelung kann hierdurch entfallen. Auch ist ein Elektromotor der Stelleinheit wesentlich einfacher auszuführen. Insbesondere kann die Stelleinheit noch einfacher und günstiger ausgeführt werden. In vorteilhafter Weise kann das Getriebe als Schneckengetriebe ausgebildet sein, wobei ein Schneckenzahnrad des Schneckengetriebes drehfest mit der Klappenwelle verbunden ist. Als besonders vorteilhaft hat es sich hierbei erwiesen, wenn das Schneckenzahnrad die Einrastorgane aufweist, die im Zusammenwirken mit einem Federorgan ein Einrasten in die gewünschten Einrastpositionen ermöglichen.
  • Aus montagetechnischer Sicht ist es sinnvoll, wenn das Gehäuse den Fluidkanal und ein Basisgehäuseteil für die Stelleinheit, das durch ein Deckelteil verschließbar ist, aufweist. Hierdurch entfällt die aufwendige Montage und Ausrichtung des Basisgehäuseteils der Stelleinheit am Drosselklappengehäuse. Ein derartiges Gehäuse kann vorteilhafterweise aus Kunststoff hergestellt sein.
  • Um die Position des Klappenkörpers auf einfache Weise detektieren zu können, kann die Stelleinheit eine berührungslose Sensorvorrichtung aufweisen.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt:
    • Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Drosselklappenvorrichtung,
    • Fig. 2 eine erste Schnittdarstellung durch das Gehäuse der Drosselklappenvorrichtung aus Fig. 1,
    • Fig. 3 eine zweite Schnittdarstellung durch die Stelleinheit mit einem Schneckenradgetriebe und
    • Fig. 4 eine dritte Schnittdarstellung durch die Stelleinheit, die die Einrastorgane und das Federorgan zeigt.
  • Fig. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht eine erfindungsgemäße Drosselklappenvorrichtung 2. Diese Drosselklappenvorrichtung 2 ist in einem Verbrennungsmotor in einem Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeuges eingesetzt. Der Verbrennungsmotor und der Hybridantriebsstrang sind nicht dargestellt. Insbesondere wenn der Verbrennungsmotor als serieller Range-Extender ausgeführt ist, sind derzeit bekannte Drosselklappenvorrichtungen überdimensioniert. Hier bietet der einfache und kostengünstige Aufbau der erfindungsgemäßen Drosselklappenvorrichtung 2 Vorteile. Die Drosselklappenvorrichtung 2 weist ein Gehäuse 4 auf, das aus Kunststoff hergestellt ist, und das sowohl einen Fluidkanal 6, als auch ein Basisgehäuseteil 8 für eine Stelleinheit 10 ausbildet. Desweiteren sind in diesem Ausführungsbeispiel Flanschorgane 12 zum Anschluss an verbrennungsmotorspezifische weitere Bauteile vorgesehen. Auch sind bereits Lagestellen 14 (siehe hierzu auch Fig. 2) für die Lagerung einer Klappenwelle 16, auf der ein Klappenkörper 18 angeordnet ist, vorgesehen. Das Basisgehäuseteil 8 der Stelleinheit 10 ist durch ein Deckelteil 20 verschließbar, das zudem einen Stecker 22 zur elektrischen Kontaktierung der Stelleinheit 10 aufweist. Die von der Stelleinheit wegweisende Lagerstelle 14 ist durch ein Deckelelement 24 abgedeckt.
  • Fig. 2 zeigt nun eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Drosselklappenvorrichtung 2 aus Fig. 1. Das Gehäuse 4 sowie der Klappenkörper 18 mit der Klappenwelle 16 sind auf günstige Weise im Montagespritzverfahren hergestellt. In den Lagerstellen 14 können auf bekannte Weise Gleitlager 26 für die Lagerung der Klappenwelle 16 eingesetzt werden. Die Klappenwelle 16 und damit der Klappenkörper 18 sind über eine Schraubverbindung 28 drehfest mit einem Schneckenzahnrad 30 eines Schneckengetriebes 32 verbunden. Das Schneckengetriebe 32 weist desweiteren eine Antriebsschnecke 34 auf. Desweiteren weist die Stelleinheit 10 noch eine berührungslose Sensorvorrichtung 40 auf, die hier lediglich schematisch dargestellt ist. Hierzu ist in dem Schneckenrad 30 ein Magnet 42 eingelegt, der mit einem feldrichtungssensitiven Sensor 44, der auf einer Platine 38 angeordnet ist, zusammenwirkt. Die Platine 38 ist über einen nicht weiter dargestellten Stanzkamm mit dem Stecker 22 verbunden.
  • Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist die Antriebsschnecke 34 drehfest mit einer Antriebswelle 46 eines Elektromotors 47 verbunden. Das Schneckenzahnrad 30 weist hier eine über den gesamten Umfang angeordnete Verzahnung auf. Es kann jedoch auch als Teilzahnrad ausgebildet sein.
  • Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, weist das Schneckenrad im vorliegenden Ausführungsbeispiel auch noch eine Umfangsfläche 46 auf, die mit Einrastorganen 48, 50, 52 versehen ist. Diese Rastorgane bilden zusammen mit einem Federorgan 54 eine Einrastvorrichtung 56. Durch eine derartige Einrastvorrichtung 56 kann die Stromzufuhr des Elektromotors bei erreichter Einrastposition wesentlich vermindert, wenn nicht sogar abgestellt werden. Jedes Einrastorgan 48, 50, 52 definiert hierzu eine Einrastposition, die wiederum eine bestimmte Stellung der Klappe 18 bedingt. Im vorliegenden Fall sind drei Einrastorgane 48, 50, 52 vorgesehen, die hier einen 1. Lastpunkt 25kW, 2. Lastpunkt 15kW und 3. Lastpunkt 10kW des Klappenkörpers 18 im Fluidkanal entsprechen. Das Federorgan 54 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen halbkugelförmigen Ansatz 56 auf, der mit einer Federkraft des Federorgans 54 in das jeweilige Rastorgan 48, 50, 52 eingreift.
  • Es sollte deutlich sein, dass die Einrastpositionen nicht auf die Offen-, Geschlossen-, Leerlauf- Stellung des Klappenkörpers 18 beschränkt sind. Insbesondere beim Einsatz für einen Rage-Extender können auch Einrastpositionen gewählt werden, die beispielsweise einem drittel, einem zweidrittel und einem voll geöffneten Fluidkanal entsprechen können. Demzufolge sind die Einrastorgane 48, 50, 52 natürlich auch nicht auf die in Fig. 4 dargestellten Positionen am Umfang 46 beschränkt.

Claims (6)

  1. Drosselklappenvorrichtung für einen Verbrennungsmotor in einem Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, insbesondere für einen Range-Extender, mit einem Gehäuse (4), in dessen Inneren ein durchströmter Fluidkanal (6) ausgebildet ist, mit einem Klappenkörper (18), der den durchströmbaren Querschnitt des Kanals (6) bestimmt, mit einer Klappenwelle (16), auf der der Klappenkörper (18) angeordnet ist und die drehbar im Gehäuse (4) an mindestens einer Lagerstelle gelagert ist, mit einer Stelleinheit (10), die die Klappenwelle (16) antreibt, wobei die Stelleinheit (10) eine begrenzte Anzahl von Stellpositionen für den Klappenkörper (18) vorsieht, wobei die Stelleinheit (10) eine Einrastvorrichtung (56) mit Einrastpositionen (48, 50, 52) aufweist, wobei die Stelleinheit (10) Einrastorgane (48, 50, 52) aufweist, die im Zusammenwirken mit einem Federorgan (54) ein Einrasten in die gewünschten Einrastpositionen ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinheit (10) einen Elektromotor (47) und ein Getriebe (32) aufweist, wobei ein Getriebeausgang drehfest mit der Klappenwelle (16) verbunden ist und der Getriebeausgang (30) die Einrastvorrichtung (56) aufweist.
  2. Drosselklappenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (32) als Schneckengetriebe ausgebildet ist, wobei ein Schneckenzahnrad (30) des Schneckengetriebes (32) drehfest mit der Klappenwelle (16) verbunden ist.
  3. Drosselklappenvorrichtung nach Anspruche 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneckenzahnrad (30) die Einrastorgane (48, 50, 52) aufweist, die im Zusammenwirken mit einem Federorgan (54) ein Einrasten in die gewünschten Einrastpositionen ermöglichen.
  4. Drosselklappenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) den Fluidkanal (6) und ein Basisgehäuseteil (8) für die Stelleinheit (10), das durch ein Deckelteil (20) verschließbar ist, aufweist.
  5. Drosselklappenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) aus Kunststoff hergestellt ist.
  6. Drosselklappenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinheit (10) eine berührungslose Sensorvorrichtung (40) aufweist.
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