DE19819364B4 - Drosselklappe - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zum Verschließen eines Strömungskanals, insbesondere Abstell- und/oder Drosselklappe zur variablen Öffnung und Verschließung eines Ansaugquerschnittes einer Luftzuführung einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Dieselbrennkraftmaschine, mit einem glattwandigen Ansaugkanal mit rundem oder ovalem Querschnitt, und mit einer um eine mittig quer im Ansaugkanal angeordneten Schwenkachse schwenkbaren Klappe, wobei die Klappe stufenlos von einer strömungsparallelen voll geöffneten Stellung bis zu einer annähernd strömungssenkrechten, den Ansaugkanal verschließenden Stellung schwenkbar ist, wobei die Klappe eine mit einem Gehäuse des Ansaugkanals in Berührung stehende flexible Dichtkante aufweist und an ihrem Umfang mit wenigstens zwei Segmentschlitzen versehen ist, in die mit diesen korrespondierende Zungen der Dichtkante eingreifen, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen den Segmentschlitzen (18) liegenden Klappensegmente (20) flexibel und elastisch verformbar sind.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Drosselklappe mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.
• Bekannt sind Steuerklappen in Ansaugluftführungen von Brennkraftmaschinen, insbesondere von fremdgezündeten Brennkraftmaschinen (Otto-Motoren). Derartige sogenannte Drosselklappen können durch Verschwenken um eine zu einer Längsachse eines Ansaugkanales senkrechte Schwenkachse geöffnet und geschlossen werden und erlauben damit eine variable und feinfühlige Öffnung eines Ansaugquerschnittes und damit eine exakte Dosierung einer der Brennkraftmaschine zugeführten Ansaugluftmenge. Um bei geschlossener Drosselklappe eine möglichst gute Dichtwirkung zu erzielen, sind im allgemeinen sowohl Ansaugkanal als auch Drosselklappe aus Metall gefertigt, wobei die Dichtwirkung durch eine elliptisch geschliffene Kontur der Drosselklappe gewährleistet wird, die sich in einem Winkel von zirka 75° bis 80° in das meist aus einem Leichtmetall wie beispielsweise Aluminium bestehende Gehäuse schmiegt und somit dicht abschließen kann. Um eine möglichst spaltfreie Passung der geschliffenen Drosselklappe an der Gehäuseinnenfläche zu erzielen, muß diese eine sehr glatte Oberfläche aufweisen, die meist mit einem zusätzlichen Bearbeitungsschritt hergestellt werden muß.
• Bekannt ist der Einsatz von Drosselklappen auch bei Dieselbrennkraftmaschinen. Die Drosselklappen dienen hier im wesentlichen zu einer variablen Luftzufuhr im Teillastbereich zur Unterstützung einer Abgasrückführung durch Erhöhung der Druckdifferenz zwischen Abgasdruck und Frischluftdruck. Auch bei geschlossener Drosselklappe ist hierbei kein dichtes Abschließen der Klappe notwendig, da die Reinluftzuführung bei keiner Betriebssituation vollständig abgesperrt wird.
• Insbesondere Dieselbrennkraftmaschinen neigen durch selbstzündende Reste an Kraftstoff auch nach einem Abstellen zum Nachlaufen, was als sogenanntes Abstellschütteln aus Komfortgründen unerwünscht ist. Um diesem Problem abzuhelfen, ist eine dicht schließende Klappe im Ansaugkanal erforderlich, die jedoch keine variable Dosierung der Öffnung erlauben muß. Vielmehr genügt eine geöffnete Position in deutlicher Unterscheidung zur geschlossenen Position. Für diese Funktion bietet sich aus Kostengründen die Anwendung von Abstellklappen in Kunststoffausführungen an. Durch eine große Gestaltungsfreiheit bei der Verarbeitung von Kunststoff sind hierbei sehr kostengünstige Ausführungen erzielbar. Eine dicht schließende Klappe ist ohne weitere Maßnahmen jedoch nicht realisierbar, da bei der Kunststoffverarbeitung oftmals ein Verzug und/oder eine unzureichende Maßhaltigkeit sowohl beim Gehäuse als auch bei der Klappe auftreten können.
• Bekannt sind weiterhin Resonanzsteuerklappen, meist im Verbund Kunststoff und Elastomer hergestellt, die auf den Gehäuseteilen des Ansaugkanals dicht schließen. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass zur Abstützung der Klappen eine Stufe im Gehäuse erforderlich ist. Derartige Stufen erhöhen zum einen einen Strömungswiderstand der Ansaugluft. Zudem können je nach konstruktiver Ausführung Nachteile bei der Entformung durch auftretende Hinterschnitte der meist in Spritzgusstechnik hergestellten Teile entstehen.
• Aus der EP 0 494 344 A1 ist es bekannt, eine Drosselklappe in einem Ansugrohr einer Verbrennungskraftmaschine anzuordnen, wobei über den Umfang der Drosselklappe eine Dichtung vorgesehen ist, die in eine Umfangsnut der Drosselklappe eingebracht oder einstückig mit der Drosselklappe ausgebildet ist. Bei dieser Drosselklappe ist jedoch nachteilig, dass die Dichtung bei einer Schließbewegung mit einer Querkraft beaufschlagt wird, die im zuerst genannten Fall zu einem zumindest bereichsweisen Herausrutschen aus der Umfangsnut führen kann.
• Die DE 36 43 948 A1 offenbart eine Drosselklappe, bei der in Abhängigkeit von der Winkelstellung der Drosselklappe ein Randbereich durch einen bewegbaren Spreizkörper radial nach außen verlagerbar ist. Der Spreizkörper weist an seinem inneren Umfang zwei nach innen gerichtete Vorsprünge auf, die als Verdrehsicherung dienen.
• Vorteile der Erfindung
• Die erfindungsgemäße Schließvorrichtung, insbesondere Drossel- beziehungsweise Abstellklappe einer Luftzufuhr einer Dieselbrennkraftmaschine, weist den Vorteil einer dichten Abschließbarkeit unter Verwendung einer Kunststoffschwenkklappe auf, ohne beispielsweise eine für die Luftströmung ungünstige Stufe zur Abstützung der nachgiebigen Klappe im Gehäuse zu benötigen. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird erreicht, dass sich die Klappe im geschlossenen Zustand besser und somit optimal dichtend an die Innenkontur des Ansaugkanals anschmiegen kann. Die in den Segementschlitzen angeordneten Zungen der Dichtkante bewirken eine gute kraftschlüssige Verbindung mit der Klappe, so dass eine Verstellbewegung der Klappe mit großer Effizienz auf die Dichtkante übertragen werden kann und somit die zwischen den Segementschlitzen liegenden Klappensegmente erfindungsgemäß flexibel und elastisch verformbar gemacht werden können, um die Abdichtung gegenüber der Innenkontur des Ansaugkanals zu verbessern. Eine elliptische Grundform der vorzugsweise aus thermoplastischem oder duroplastischem Kunststoff gefertigten Klappe ermöglicht eine geschlossene Stellung mit einem stumpfen Winkel zur Ansaugkanallängsachse, was eine Betätigung mit sehr geringen Stellkräften ermöglicht. Die Verwendung von Kunststoff als Klappenmaterial ermöglicht eine sehr kostengünstige Fertigung, beispielsweise in Spritztechnik, ohne aufwendige Nachbearbeitungen. Gegebenenfalls fertigungsbedingte geometrische Abweichungen im Gehäuse wie auch bei der Kunststoffklappe lassen sich auf einfache Weise durch die konstruktiv bedingten Elastizitäten der Klappe ausgleichen.
• Die Elastizität der Klappe lässt sich durch eine dünnere Gestaltung der Klappe am Rand weiter verbessern. Vorteilhaft ist weiterhin, wenn die Klappe im Randbereich strömungsgünstig gestaltet wird, um dem Ansaugluftstrom möglichst wenig Widerstand entgegenzusetzen. Andererseits muss durch geometrische Gestaltung verhindert werden, dass das Elastomer durch den pulsierenden Luftstrom von der Klappe abgelöst werden kann. Durch eine geeignete Werkstoffwahl hinsichtlich seiner Härte kann ausgeschlossen werden, dass die Klappe in geschlossener Stellung verklemmen kann.
• Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
• Zeichnungen
• Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
• 1 eine schematische Schnittansicht eines verschließbaren Ansaugkanales und
• 2 eine schematische Draufsicht auf den Ansaugkanal entsprechend 1.
• Beschreibung der Ausführungsbeispiele
• 1 zeigt in einer schematischen Schnittansicht einen Ansaugkanal 4 mit einer Seitenansicht einer diesen Ansaugkanal 4 verschließenden Klappe 2, dargestellt in einer geschlossenen Stellung. Der Ansaugkanal 4 mit vorzugsweise rundem Querschnitt in Längserstreckungsrichtung ist umschlossen von einem rohrförmigen Gehäuse 6 und hat zumindest in einem Abschnitt, in dem sich die Klappe 2 befindet, einen geradlinigen Verlauf mit einer mittig verlaufenden Längsachse 10. Die Klappe 2 ist schwenkbar von einer den Querschnitt des Kanales 4 freigebenden geöffneten Stellung bis zu einer vollständig geschlossenen Stellung, wie im Ausführungsbeispiel gezeigt. In der geöffneten Stellung befindet sich die Oberfläche der Klappe 2 parallel zur Längsachse 10 des Ansaugkanales 4. Eine Schwenkachse 8 der Klappe 2 befindet sich mittig im Ansaugkanal 4 und schneidet dessen Längsachse 10 senkrecht. Um eine leichte Öffnung der Klappe 2 ohne Verklemmen von der geschlossenen Stellung zu ermöglichen, steht die Klappe 2 in geschlossener Stellung nicht völlig senkrecht, sondern in einem stumpfen Winkel α von zirka 75° bis 80° zur Längsachse 10 des Kanales 4. Um im runden Kanal 4 eine gleichmäßige Anschmiegung an die Kanalwände zu erreichen, muß die Klappe 2 somit eine leicht ovale Kontur aufweisen, das heißt, der Radius der Klappe 2 in Richtung der Schwenkachse 8 ist kleiner als der Radius senkrecht dazu. Ebenso möglich ist jedoch auch ein ovaler Querschnitt des Ansaugkanales 4, wobei die Klappe 2 eine entsprechend angepaßte Ovalität aufweisen muß, um in der geschlossenen Stellung mit einem Winkel α von zirka 75° bis 80° eine einwandfreie Abdichtung des Ansaugkanales zu erreichen.
• Erkennbar ist weiterhin eine abnehmende Dicke der Klappe 2 von der Schwenkachse 8 in Richtung zum oberen und unteren Rand beziehungsweise Umfang. Die Klappe 2 besteht vorzugsweise aus einem thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoff und ist am Rand, das heißt in Nähe des Gehäuses 6 des Ansaugkanales 4, geringfügig flexibel, um eine gute Anschmiegung an das Gehäuse 6 und somit eine gute Abdichtung zu erreichen.
• Am Umfang der Klappe 2 ist ein mit dem Material der Klappe 2 verfügtes Elastomer 12 erkennbar, das über die Außenkontur der Klappe 2 hinausragt und somit eine das Gehäuse 6 berührende Dichtkante 14 bildet, die bei geschlossener Stellung eine elastische Abdichtung bilden kann. Weiterhin ist eine Zunge 16 erkennbar, die in einen – in dieser Darstellung nicht erkennbaren – Segmentschlitz 18 in Richtung der Schwenkachse 8 hineinragt und für eine erhöhte Flexibilität der Dichtkante 14 sorgen kann.
• 2 zeigt in einer Draufsicht die Klappe 2 im Ansaugkanal 4 in geöffneter Stellung, wobei ein Antrieb der Drehachse 8 beispielsweise pneumatisch oder elektromotorisch erfolgen kann. Die Klappe 2 weist keinen geschlossenen Umfang auf, sondern ist durch mehrere Segmentschlitze 18 unterbrochen, wodurch mehrere Klappensegmente 20 den Umfang bilden. Das Elastomer 12 mit den in die Segmentschlitze 18 eingreifenden Zungen 16 kann somit eine gute Verbindung mit der Klappe 2 bilden, wobei die dünnen Klappensegmente eine leichte Federwirkung beziehungsweise Elastizität aufweisen und somit für eine bessere Abdichtung in geschlossener Stellung sorgen können.

Claims (12)

1. Vorrichtung zum Verschließen eines Strömungskanals, insbesondere Abstell- und/oder Drosselklappe zur variablen Öffnung und Verschließung eines Ansaugquerschnittes einer Luftzuführung einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Dieselbrennkraftmaschine, mit einem glattwandigen Ansaugkanal mit rundem oder ovalem Querschnitt, und mit einer um eine mittig quer im Ansaugkanal angeordneten Schwenkachse schwenkbaren Klappe, wobei die Klappe stufenlos von einer strömungsparallelen voll geöffneten Stellung bis zu einer annähernd strömungssenkrechten, den Ansaugkanal verschließenden Stellung schwenkbar ist, wobei die Klappe eine mit einem Gehäuse des Ansaugkanals in Berührung stehende flexible Dichtkante aufweist und an ihrem Umfang mit wenigstens zwei Segmentschlitzen versehen ist, in die mit diesen korrespondierende Zungen der Dichtkante eingreifen, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen den Segmentschlitzen (18) liegenden Klappensegmente (20) flexibel und elastisch verformbar sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtkante (14) aus einem elastischen Material besteht und um den Umfang der Klappe (2) umläuft.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtkante (14) aus einem elastomeren Kunststoff besteht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe (2) eine ovale Kontur aufweist und bei geschlossener Stellung nicht ganz senkrecht zur Strömungsrichtung des Ansaugkanals (4) steht.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtkante (14) fest mit der Klappe (2) gefügt ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe (2) an ihrem Umfang wenigstens vier gleichmäßig voneinander beabstandete Segmentschlitze (18) aufweist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe (2) vom Mittelpunkt in Richtung zu ihrem äußeren Umfang eine abnehmende Materialdicke aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe (2) aus einem im wesentlichen steifen Material besteht.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe (2) aus einem thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoff besteht.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe (2) in geschlossenem Zustand einen Schwenkwinkel (α) von weniger als 90° zur Längsachse (10) des Ansaugkanals (4) aufweist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkwinkel (α) einen Wert zwischen 70° und 85° aufweist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkwinkel (α) einen Wert zwischen 75° und 80° aufweist.