WO2014180942A1 - Drosselvorrichtung mit geringer leckluftrate - Google Patents

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WO2014180942A1
WO2014180942A1 PCT/EP2014/059422 EP2014059422W WO2014180942A1 WO 2014180942 A1 WO2014180942 A1 WO 2014180942A1 EP 2014059422 W EP2014059422 W EP 2014059422W WO 2014180942 A1 WO2014180942 A1 WO 2014180942A1
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internal combustion
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Michael Driftmeyer
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Walter Söhner GmbH & Co. KG
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    • F02D9/1085—Non-organic materials, e.g. metals, alloys, ceramics

Definitions

  • the invention relates to a throttle device, in particular for an internal combustion engine, and to a production method therefor. Furthermore, the invention relates to an internal combustion engine with such a throttle device.
  • a throttle valve is pivotally mounted in a throttle body so that it can be pivoted between a closed position and an open position.
  • DE 20 2009 000 835 Ui describes a throttle valve device having a housing element and a throttle element which is adjustably arranged on a throttle shaft in a housing recess.
  • a unitary housing element with a uniform flange dimension is proposed, wherein packing units with different throttle valve recesses can be used in a unit housing recess.
  • the bodies involved may be formed of duroplastic, with a smooth surface being achieved without reworking. Further, the use of a thermoplastic for the unit case member is proposed. It is an object of the invention to propose a throttle device and a manufacturing method in order to achieve particularly favorable properties for use with an internal combustion engine with simple production.
  • the throttle device according to the invention provides a throttle body, the example. can be designed as a tube with a circular cylindrical cross section. Therein, a throttle valve is pivotally mounted.
  • the throttle valve is pivotable at least between a closed position and an open position. In the closed position, the throttle body is sealed to residual leakage. As will be explained in more detail below, however, the throttle valve is preferably not less than 90 0 to the flow direction through the throttle body arranged in the closed position, but has a residual angle to the 90 ° position. In addition, although the outer region of the throttle flap in the closed position is close to the wall of the throttle body, preference is given to avoid direct contact as described in greater detail below.
  • a maximum opening position of the throttle flap may, for example, be given in an orientation of the throttle valve parallel to the flow direction.
  • a starting point of the invention is the consideration to achieve a low leakage rate in throttle devices.
  • the leakage rate to be measured according to a given method is a measure of the sealing of the throttle valve in the closed position.
  • a complete seal is made difficult by the fact that a direct contact of the throttle valve on the inner wall of the throttle body to avoid the risk of jamming is usually out of the question, d. H. that in the closed position usually an annular gap between the wall of the throttle body and a sealing area of the throttle valve remains.
  • a problem that makes it difficult to maintain a very narrow annular gap width is the control of the throttle valve by an external engine. To ensure that in the Closed position actually no contact between the sealing area of the throttle and the inner wall of the throttle body is done, a highly accurate stop for the control must be provided. The formation of such an attack is complex and can lead to increased waste.
  • the present invention is based on the recognition that the ring gap always remaining in the closed position (at least: partial ring gap, if in some cases a direct contact should nevertheless occur) can be regarded as a flow channel with regard to the air flowing through. Since the width of this flow channel has already been largely optimized by the various measures for dimensional accuracy and dimensional accuracy, the present invention provides a further, additional approach for ensuring a low leakage rate.
  • This effect can be used for throttle valves and throttle bodies made of various materials to reduce the leakage rates.
  • An extension of the channel is achieved by choosing a relatively large thickness of the throttle.
  • At least the throttle valve more preferably additionally also the throttle body, at least in the sealing area, made of a plastic material. It is preferably possible to form the throttle valve in a plastic molding process such as. Plastic injection molding, transfer molding, transfer molding, etc. without subsequent mechanical post-processing, d. H. that the dimensional and dimensional accuracy of the plastic throttle valve is already specified by the original molding process. Although the shape and position tolerance will be quite good, but usually lower than, for example, in the case of a CNC milled metal throttle. For this reason, the use of a plastic throttle valve in the throttle device according to the invention is suitable, because nevertheless the desired degree of sealing can be achieved by an increased length of the channel.
  • the inventive method provides that the throttle valve and / or the throttle body are first prepared in a plastic molding process and then without mechanical post-processing, at least in the sealing area, used, d. H. assembled to the throttle device.
  • the thickness of the throttle in the sealing area is 3 mm or more.
  • the thickness of the throttle valve in the sealing region may even be 3.5 mm or more.
  • An upper limit of the thickness is given above all by the increased flow resistance in the open position.
  • a limitation may be the so-called wave shadow of previous throttle valve constructions, that is, the previously used thickness of the throttle valve and shaft unit in the middle region.
  • Preferred embodiments therefore provide thicknesses in the range, for example, up to a maximum of 10 mm, more preferably 8 mm or less, e.g. maximum 6 mm.
  • the throttle flap in the closed position has an angle of less than 90 0 to the longitudinal direction of the throttle body.
  • the remaining residual angle to the vertical can, for example. 5 0 - io ° before the 90 ° division.
  • the throttle device according to the invention can be used for a variety of applications in which by means of a pivotable throttle valve, the flow of a fluid, in particular a gas to be regulated by a throttle body, with the best possible sealing is preferred.
  • This may include, for example, industrial applications where gas flows are regulated.
  • the throttle device may be provided on an internal combustion engine to control the supply of air to the engine.
  • a throttle device of the type according to the invention can therefore be provided, for example, on a gasoline engine as a throttle valve or on a diesel engine as a diesel control valve.
  • FIG. 1 is a perspective view of a throttle device according to an embodiment
  • Fig. 2 is a perspective view of a throttle valve of the throttle device
  • FIG. 3 shows a longitudinal section through the throttle device of Fig. 1.
  • FIG. 3a is an enlarged view of the area A of Fig. 3 and
  • FIG. 4 shows a cross section through the throttle device from FIG. 1.
  • Fig. L shows a throttle device io consisting of a circular cylindrical Drosselklap- nozzle 12 and a pivotally mounted therein throttle valve 14, which is shown separately in Fig. 2 again.
  • the throttle valve 14 is arranged pivotably about a shaft 16, so that it is pivotable between a closed position, as shown in longitudinal section in Fig. 3, and an open position (Fig. 3, dashed line).
  • a corresponding drive (not shown) is provided outside of the throttle body 12, with which the position of the throttle valve 14 can be specified.
  • the throttle valve 14 is configured such that it is visible in the closing position as shown in FIG. position is not exactly transverse to the longitudinal direction of the throttle body 12, but by a residual angle of about 7 0 in the example shown in front of the 90 ° position.
  • corresponding stops are provided on the shaft 16, so that the throttle valve 14 can only be pivoted up to the closed position shown in FIG. 3, but then no contact between the end faces 18 of the throttle valve 14 and the inside 16, but a residual gap 20 (Fig. 3a) remains between the two surfaces.
  • the gap 20 is an annular gap. Its width depends on the dimensional accuracy and dimensional accuracy of the throttle valve 14 and the throttle body 12. In this case, a narrow gap 20 can be achieved with very narrow width while maintaining close shape and position tolerances.
  • both the throttle 14 and the throttle body 12 are made of plastic, without the invention being limited to a particular material.
  • these parts in a plastic molding process, bpsw. Plastic injection molding or injection molding to be made.
  • the throttle valve 14 has in the embodiment shown a thickened central region 20 in which it embeds the metal shaft 16.
  • the throttle valve 14 While in the example shown attachment of the throttle valve 14 to the shaft 16 is achieved by embedding the shaft 16 in the plastic material of the throttle valve 14, other types of attachment are also possible.
  • the shaft 16 can be slotted and the throttle valve 14 - in particular if it consists of metal, for example. Aluminum - can be inserted into the slot.
  • the throttle valve 14 may be welded, bolted or otherwise secured to the shaft 16.
  • the throttle flap in the example shown has a constant thickness d.
  • this thickness d predetermines the length of the gap 20 through which the leakage air flows in the closed position of the throttle flap 14.
  • the clear influence of the length of the annular channel 20 and thus the thickness d of the throttle valve 14 on the seal has been shown.
  • a plastic throttle valve with a thickness of 3 mm has been able to achieve a fairly low leakage rate under the standardized measurement conditions mentioned above.
  • the leakage rate could be significantly reduced further.
  • FIG. 3a shows a detailed representation of the sealing region of the throttle valve 14 on the inner wall 16 of the throttle body 20.
  • the end faces 18 of the throttle valve 14 form such an angle to the throttle valve 14 that they are parallel to the inner wall 16 in the closed position the throttle body 12 lie, but still maintain a distance and not directly in contact.
  • the annular gap 20 behaves in the illustrated sealing area as a channel whose length is predetermined by the selected thickness d of the throttle valve 14.
  • a thickness d of 4 mm in the sealing region of the throttle valve 14 has proven to be particularly advantageous.
  • the thickness d of the throttle valve 14 may, however, be chosen differently in alternative embodiments.
  • the thickened middle region 20, as shown in FIG. 3 results in a wave shadow (dotted line), which represents a flow resistance.
  • This wave shadow provides an upper limit to possible alternative, thicker designs of the throttle. the throttle valve can easily be made thicker up to the strength of the wave shadow. A further increase in the open position could lead to a hindrance of the air flow.
  • the invention is not limited to the embodiment shown and in particular not to the plastic material proposed therein.
  • the use of a throttle valve 14 with increased thickness d is particularly suitable for throttle devices 10 made of plastic, in which the shape and position tolerance already by the plastic technology original molding process, for example. Injection molding process is given, without subsequent mechanical post-processing for dimensionally accurate fit. Because then it is possible, by sufficiently high thickness d to bring the leakage rate to a desired low value, so that overall the throttle device is produced in a particularly simple manner and cost, while still meeting high demands on the seal.

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Abstract

Beschrieben sind eine Drosselvorrichtung, insbesondere für einen Verbrennungsmotor und ein Herstellverfahren hierfür. In einem Drosselklappenstutzen (12) ist um eine Welle (16) eine Drosselklappe (14) schwenkbar angebracht. Die Drosselklappe (14) ist verschwenkbar zwischen einer Schließstellung, in der der Drosselklappenstutzen (12) bis auf Restundichtigkeiten abgedichtet ist, und einer Öffnungsstellung, in der ein Luftfluss durch den Drosselklappenstutzen (12) ermöglicht ist. In der Schließstellung verbleibt ein Kanal (20) in Form mindestens eines Teilringspalts (20) zwischen der Wandung (16) des Drosselklappenstutzens (12) und einem Dichtbereich der Drosselklappe (14). Um bei einfacher Herstellung besonders günstige Eigenschaften zur Verwendung mit einem Verbrennungsmotor zu erreichen, ist aufgrund von Luftreibung über die axiale Länge des Kanals (20) eine Abdichtung gegeben. Die Herstellung einer Drosselvorrichtung kann erfolgen, indem die Drosselklappe (14) und/oder der Drosselklappenstutzen (12) in einem Kunststoff-Urformverfahren hergestellt und mindestens im Dichtbereich ohne mechanische Formnachbearbeitung gebildet ist.

Description

Drosselvorrichtung mit geringer Leckluftrate Die Erfindung betrifft eine Drosselvorrichtung, insbesondere für einen Verbrennungsmotor, sowie ein Herstellverfahren hierfür. Weiter betrifft die Erfindung einen Verbrennungsmotor mit einer solchen Drosselvorrichtung.
In bekannten Drosselvorrichtungen für Verbrennungsmotoren, insbesondere einer Drossel- klappenvorrichtung für einen Ottomotor und/oder eine Dieselregelklappe bei einem Dieselmotor ist eine Drosselklappe schwenkbar in einem Drosselklappenstutzen so angebracht, dass sie zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung verschwenkt werden kann. Die DE 20 2009 000 835 Ui beschreibt eine Drosselklappenvorrichtung mit einem Gehäuseelement und einem Drosselklappenelement, das an einer Drosselklappenwelle in einer Gehäuseausnehmung verstellbar angeordnet ist. Um Drosselklappenvorrichtungen mit unterschiedlichen Drosselklappendurchmessern zu ermöglichen, wird ein Einheitsgehäuseelement mit einheitlichem Flanschmaß vorgeschlagen, wobei in einer Einheitsgehäuseaus- nehmung Füllkörper mit verschiedenen Drosselklappenausnehmungen eingesetzt werden können. Die beteiligten Körper können beispielsweise aus Duroplast geformt sein, wobei ohne Nacharbeiten eine glatte Oberfläche erzielt wird. Weiter ist die Verwendung eines Thermoplasts für das Einheitsgehäuseelement vorgeschlagen. Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Drosselvorrichtung und ein Herstellverfahren vorzuschlagen, um bei einfacher Herstellung besonders günstige Eigenschaften zur Verwendung mit einem Verbrennungsmotor zu erreichen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Drosselvorrichtung gemäß Anspruch 1, einen Verbren- nungsmotor nach Anspruch 10 mit einer solchen Drosselvorrichtung und ein Verfahren gemäß Anspruch 13. Abhängige Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Die erfindungsgemäße Drosselvorrichtung sieht einen Drosselklappenstutzen vor, der bspw. als Rohr mit kreiszylindrischem Querschnitt ausgebildet sein kann. Darin ist eine Drosselklappe schwenkbar angeordnet.
Die Drosselklappe ist verschwenkbar mindestens zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung. In der Schließstellung ist der Drosselklappenstutzen bis auf Restundichtigkeiten abgedichtet. Wie nachfolgend noch genauer erläutert wird, ist allerdings die Drosselklappe in der Schließstellung bevorzugt nicht unter 900 zur Strömungsrichtung durch den Drosselklappenstutzen angeordnet, sondern weist einen Restwinkel zur 90°-Stellung auf. Weiter liegt der Außenbereich der Drosselklappe in der Schließstellung zwar nahe vor der Wandung des Drosselklappenstutzens, bevorzugt wird ein direkter Kontakt wie nachfolgend genauer beschrieben aber vermieden.
In der Öffnungsstellung der Drosselklappe ist eine Luftströmung durch den Drosselklappenstutzen ermöglicht. Eine maximale Öffnungsstellung der Drosselklappe kann bspw. bei einer Ausrichtung der Drosselklappe parallel zur Strömungsrichtung gegeben sein.
Ein Ausgangspunkt der Erfindung ist die Überlegung, eine geringe Leckluftrate bei Drosselvorrichtungen zu erreichen. Die nach einem vorgegebenen Verfahren zu messende Leckluftrate ist ein Maß für die Abdichtung der Drosselklappe in der Schließstellung. Dabei ist aller- dings eine vollständige Abdichtung dadurch erschwert, dass eine direkte Anlage der Drosselklappe an der Innenwandung des Drosselklappenstutzens zur Vermeidung der Klemmge- fahr regelmäßig nicht in Frage kommt, d. h. dass in der Schließstellung üblicherweise ein Ringspalt zwischen der Wandung des Drosselklappenstutzens und einem Dichtbereich der Drosselklappe verbleibt.
Bisherige Anstrengungen zur Verringerung der Leckluft konzentrieren sich auf eine Minimierung der Breite dieses Ringspalts. Um aber trotz eines sehr schmalen Restspaltes gewährleisten zu können, dass tatsächlich kein Kontakt zwischen dem Dichtbereich der Drosselklappe und der Innenwandung des Drosselklappenstutzens stattfindet, ist eine extrem hohe Formgenauigkeit und Maßhaltigkeit erforderlich, die zumeist durch hochpräzise mechanische Nacharbeit des Drosselklappenstutzens und/oder der Drosselklappe erzielt wird.
Ein Problem, das die Einhaltung einer sehr geringen Breite des Ringspalts erschwert, ist die Steuerung der Drosselklappe durch einen externen Motor. Um zu gewährleisten, dass in der Schließstellung tatsächlich kein Kontakt zwischen dem Dichtbereich der Drosselklappe und der Innenwandung des Drosselklappenstutzens erfolgt, muss ein hochgenauer Anschlag für die Ansteuerung vorgesehen sein. Die Bildung eines solchen Anschlags ist aufwändig und kann zu erhöhtem Ausschuss führen.
Die vorliegende Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass der in der Schließstellung stets verbleibende Ringspalt (mindestens: Teilringspalt, falls es stellenweise doch zu einer direkten Anlage kommen sollte) im Hinblick auf die durchströmende Luft als Strömungskanal angesehen werden kann. Nachdem die Breite dieses Strömungskanals durch die verschiede- nen Maßnahmen zur Formgenauigkeit und Maßhaltigkeit bereits weitgehend optimiert ist, sieht die vorliegende Erfindung einen weiteren, zusätzlichen Ansatz zur Gewährleistung einer geringen Leckluftrate vor.
Erfindungsgemäß ist bei der vorgeschlagenen Drosselklappenvorrichtung eine verbesserte Abdichtung gegeben aufgrund von Luftreibung über die axiale Länge des Kanals. Wie sich in Versuchen gezeigt hat, führt - bei gleichem Material und gleicher Form- und Lagetoleranz, d. h. also gleicher Breite des Kanals - eine Verlängerung des Kanals überraschenderweise zu einer deutlichen Verringerung der Leckluftrate. Zurückzuführen ist dies offenbar auf das Strömungsverhalten der Luft in dem engen Kanal, wobei sich bei einer Verlängerung des Kanals eine deutliche Verbesserung der Abdichtung zeigt.
Dieser Effekt kann für Drosselklappen und Drosselklappenstutzen aus verschiedenen Materialien verwendet werden, um die Leckluftraten zu senken. Eine Verlängerung des Kanals wird durch Wahl einer relativ großen Dicke der Drosselklappe erreicht.
Herkömmlich ist es bekannt, Metall als Material für die Drosselklappe und/oder den Drosselklappenstutzen zu verwenden, insbesondere Aluminium-Legierungen. Eine sehr geringe Toleranz im Fall einer Drosselklappe aus Metall kann erreicht werden einerseits bereits durch ein hochgenaues ursprüngliches Herstellungsverfahren, bspw. Feinstanzen. Insbe- sondere ist es aber möglich, die Drosselklappe mindestens im Dichtbereich durch mechanische Nachbearbeitung zur maßhaltigen Passung zu bearbeiten, insbesondere durch hochgenaues CNC-Fräsen.
Für Drosselklappen aus Metall, insbesondere aus Aluminium-Legierungen, wird eine Dicke mindestens im Dichtbereich von 2 mm oder mehr vorgeschlagen. Hierdurch entsteht eine axiale Länge des Kanals, bei der die Luftreibung eine gute Abdichtung ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausführung besteht mindestens die Drosselklappe, weiter bevorzugt zusätzlich auch der Drosselklappenstutzen, mindestens im Dichtbereich, aus einem Kunst- stoffmaterial. Dabei ist es bevorzugt möglich, die Drosselklappe in einem Kunststoff- Urformverfahren wie bspw. Kunststoff-Spritzguss, Spritzpressen, Transfer Molding etc. zu bilden ohne anschließende mechanische Formnachbearbeitung, d. h. dass die Form- und Maßhaltigkeit der Kunststoff- Drosselklappe bereits durch das Urformverfahren vorgegeben ist. Hierbei wird die Form- und Lagetoleranz zwar recht gut sein, üblicherweise aber geringer als bspw. im Fall einer CNC-gefrästen Metall-Drosselklappe. Gerade deshalb eignet sich die Verwendung einer Kunststoff- Drosselklappe in der erfindungsgemäßen Drosselvorrichtung, weil durch eine erhöhte Länge des Kanals dennoch das gewünschte Maß an Abdichtung erreicht werden kann.
Dementsprechend sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass die Drosselklappe und/oder der Drosselklappenstutzen zunächst in einem Kunststoff-Urformverfahren hergestellt werden und dann ohne mechanische Formnachbearbeitung, mindestens im Dichtbereich, verwendet, d. h. zur Drosselvorrichtung zusammengesetzt werden.
Für eine Kunststoff- Drosselklappe wird vorgeschlagen, dass die Dicke der Drosselklappe im Dichtbereich 3 mm oder mehr beträgt. Besonders bevorzugt kann die Dicke der Drosselklappe im Dichtbereich sogar 3,5 mm oder mehr betragen. Eine obere Grenze der Dicke ist gegeben vor allem durch den erhöhten Strömungswiderstand in der Öffnungsstellung. Eine Begrenzung kann bspw. der sogenannte Wellenschatten bisheriger Drosselklappenkonstruktionen darstellen, also die bisher verwendete Dicke der Einheit aus Drosselklappe und Welle im mittleren Bereich. Bevorzugte Ausführungen sehen daher Dicken im Bereich bspw. bis maximal 10 mm vor, weiter bevorzugt 8 mm oder weni- ger, z.B. maximal 6 mm.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Drosselklappe in der Schließstellung einen Winkel von weniger als 900 zur Längsrichtung des Drosselklappenstutzens aufweist. Der verbleibende Restwinkel zur Senkrechten kann bspw. 50 - io° vor der 90°-Steilung betragen.
Die erfindungsgemäße Drosselvorrichtung kann für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, bei denen mittels einer schwenkbaren Drosselklappe der Durchfluss eines Fluids, insbesondere eines Gases durch einen Drosselklappenstutzen reguliert werden soll, wobei eine möglichst gute Abdichtung bevorzugt ist. Dies kann bspw. industrielle Anwendungen umfassen, bei denen Gasströme reguliert werden. Insbesondere kann die Drosselvorrichtung an einem Verbrennungsmotor vorgesehen sein, um die Luftzufuhr zum Motor zu regeln. In für herkömmliche Drosselvorrichtungen an sich bekannter Weise kann eine Drosselvorrichtung der erfindungsgemäßen Art daher bspw. an einem Ottomotor als Drosselklappe oder an einem Dieselmotor als Diesel-Regelklappe vorgesehen sein.
Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Darin zeigen:
Fig. i eine perspektivische Ansicht einer Drosselvorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
Fig. 2 in perspektivischer Darstellung eine Drosselklappe der Drosselvorrichtung aus
Fig. 1;
Fig. 3 einen Längsschnitt durch die Drosselvorrichtung aus Fig. 1;
Fig. 3a eine vergrößerte Ansicht des Bereichs A aus Fig. 3 und
Fig. 4 einen Querschnitt durch die Drosselvorrichtung aus Fig. 1.
Fig. l zeigt eine Drosselvorrichtung io bestehend aus einem kreiszylindrischen Drosselklap- penstutzen 12 und einer darin schwenkbar angeordneten Drosselklappe 14, die in Fig. 2 noch einmal separat dargestellt ist.
Die Drosselklappe 14 ist um eine Welle 16 schwenkbar angeordnet, so dass sie zwischen einer Schließstellung, wie im Längsschnitt in Fig. 3 gezeigt, und einer Öffnungsstellung (Fig. 3, gestrichelte Darstellung) schwenkbar ist. Hierfür ist außerhalb des Drosselklappenstutzens 12 ein entsprechender Antrieb (nicht dargestellt) vorgesehen, mit dem die Stellung der Drosselklappe 14 vorgegeben werden kann.
Dabei ist die Drosselklappe 14 so ausgestaltet, dass sie wie in Fig. 3 sichtbar in der Schließ- stellung nicht exakt quer zur Längsrichtung des Drosselklappenstutzens 12 steht, sondern um einen Restwinkel von im gezeigten Beispiel ca. 70 vor der 90°-Stellung steht. Dabei sind an der Welle 16 entsprechende Anschläge vorgesehen (nicht dargestellt), so dass die Drosselklappe 14 nur bis zu der in Fig. 3 gezeigten Schließstellung geschwenkt werden kann, wo- bei dann aber keine Anlage zwischen den Stirnflächen 18 der Drosselklappe 14 und der Innenseite 16 erfolgt, sondern ein Restspalt 20 (Fig. 3a) zwischen den beiden Flächen verbleibt.
Wie im Querschnitt von Fig. 4 durch die geschlossene Drosselklappe sichtbar ist der Spalt 20 ein Ringspalt. Seine Breite hängt ab von der Formgenauigkeit und Maßhaltigkeit der Drosselklappe 14 und des Drosselklappenstutzens 12. Dabei kann bei Einhaltung enger Form- und Lagetoleranzen ein Restspalt 20 mit sehr geringer Breite erzielt werden.
Als Maß für die erreichte Abdichtung dient die Messung der Leckluftrate. Hierzu wird zwi- sehen den beiden Enden des Drosselklappenstutzens 12 ein definierter Differenzdruck angelegt und dann die durch die geschlossene Drosselvorrichtung 10 fließende Leckluftmenge gemessen und zumeist in kg/h angegeben.
Bei der gezeigten Ausführungsform einer Drosselklappenvorrichtung 10 sind sowohl die Drosselklappe 14 als auch der Drosselklappenstutzen 12 aus Kunststoff gefertigt, ohne dass die Erfindung auf ein bestimmtes Material beschränkt wäre. Bevorzugt können diese Teile in einem Kunststoff- Urformverfahren, bpsw. Kunststoff-Spritzgussverfahren oder Spritzpressen hergestellt sein. Die Drosselklappe 14 weist dabei in der gezeigten Ausführung einen verdickten mittleren Bereich 20 auf, in dem sie die Metall-Welle 16 einbettet.
Während im gezeigten Beispiel eine Befestigung der Drosselklappe 14 an der Welle 16 durch Einbetten der Welle 16 im Kunststoff-Material der Drosselklappe 14 erreicht wird, sind andere Arten der Befestigung ebenso möglich. Z.B. kann die Welle 16 geschlitzt sein und die Drosselklappe 14 - insbesondere wenn sie aus Metall, bspw. Aluminium besteht - kann in den Schlitz eingesteckt sein. Ebenso kann die Drosselklappe 14 an der Welle 16 angeschweißt, verschraubt oder anderweitig befestigt sein.
Im Außenbereich der Drosselklappe 14, also insbesondere im Dichtbereich nahe den Stirnseiten 18 weist die Drosselklappe im gezeigten Beispiel eine konstante Dicke d auf. Diese Dicke d gibt wie aus der vergrößerten Darstellung in Fig. 3a ersichtlich die Länge des Spaltes 20 vor, durch den die Leckluft in der Schließstellung der Drosselklappe 14 strömt. Dabei hat sich überraschenderweise der deutliche Einfluss der Länge des ringförmigen Ka- nals 20 und damit der Dicke d der Drosselklappe 14 auf die Abdichtung gezeigt. So konnte bereits mit einer Kunststoff-Drosselklappe einer Dicke von 3 mm eine recht geringe Leckluftrate unter den oben genannten standardisierten Messbedingungen erzielt werden.
Bei einer weiteren Erhöhung der Dicke d auf 4 mm konnte die Leckluftrate in erheblichem Maß weiter gesenkt werden.
Fig. 3a zeigt in einer Detail-Darstellung den Dichtbereich der Drosselklappe 14 an der Innenwandung 16 des Drosselklappenstutzens 20. Dort ist ersichtlich, dass die Stirnseiten 18 der Drosselklappe 14 einen solchen Winkel zur Drosselklappe 14 bilden, dass sie in der Schließstellung parallel zur Innenwand 16 des Drosselklappenstutzens 12 liegen, aber dabei noch einen Abstand wahren und nicht direkt in Kontakt stehen. Der Ringspalt 20 verhält sich im dargestellten Dichtbereich als Kanal, dessen Länge durch die gewählte Dicke d der Drosselklappe 14 vorgegeben ist. In der bevorzugten Ausführungsform einer Drosselklappe aus Kunststoff hat sich wie erläutert eine Dicke d von 4 mm im Dichtbereich der Drosselklappe 14 als besonders vorteilhaft erwiesen. Die Dicke d der Drosselklappe 14 kann allerdings in alternativen Ausführungen auch anders gewählt werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ergibt sich durch den verdickten mittleren Bereich 20 wie in Fig. 3 gezeigt ein Wellenschatten (gepunktet ge- zeichnet), der einen Strömungswiderstand darstellt. Dieser Wellenschatten bildet für mögliche alternative, dickere Ausführungen der Drosselklappe eine obere Grenze, d.h. die Drosselklappe kann unproblematisch bis zur Stärke des Wellenschattens dicker ausgeführt sein. Eine noch weitere Erhöhung könnte in der Öffnungsstellung zu einer Behinderung des Luftstroms führen.
Die Erfindung ist nicht auf die gezeigte Ausführungsform und insbesondere nicht auf das darin vorgeschlagene Kunststoff-Material beschränkt. Allerdings eignet sich die Verwendung einer Drosselklappe 14 mit erhöhter Dicke d insbesondere für Drosselvorrichtungen 10 aus Kunststoff, bei denen die Form- und Lagetoleranz bereits durch das kunststofftechni- sche Urformverfahren, bspw. Spritzgussverfahren, gegeben ist, ohne anschließende mechanische Nachbearbeitung zur maßhaltigen Passung. Denn dann ist es möglich, durch ausreichend hohe Dicke d die Leckluftrate auf einen gewünschten niedrigen Wert zu bringen, so dass insgesamt die Drosselvorrichtung auf besonders einfache Weise und kostengünstig herstellbar ist, dabei aber trotzdem hohe Anforderungen an die Abdichtung erfüllt.

Claims

Ansprüche l. Drosselvorrichtung, insbesondere für einen Verbrennungsmotor mit
einem Drosselklappenstutzen (12)
und einer darin um eine Welle (16) schwenkbar angebrachten Drosselklappe (14), wobei die Drosselklappe (14) mindestens verschwenkbar ist zwischen einer Schließstellung, in der der Drosselklappenstutzen (12) bis auf Restundichtigkeiten abge- dichtet ist und mindestens einer Öffnungsstellung, in der ein Luftfluss durch den
Drosselklappenstutzen (12) ermöglicht ist,
wobei in der Schließstellung mindestens ein Kanal (20) in Form mindestens eines Teilringspalts (20) zwischen der Wandung (16) des Drosselklappenstutzens und einem Dichtbereich der Drosselklappe (14) verbleibt,
- und wobei aufgrund von Luftreibung über die axiale Länge des Kanals (20) eine Abdichtung gegeben ist.
2. Drosselvorrichtung nach Anspruch 1, bei der
die Drosselklappe (14) aus Kunststoff besteht,
- und die Dicke (d) der Drosselklappe (14) mindestens im Dichtbereich 3 mm oder mehr beträgt.
3. Drosselvorrichtung nach Anspruch 2, bei der
die Dicke (d) der Drosselklappe (14) mindestens im Dichtbereich 3,5 mm oder mehr beträgt.
4. Drosselvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, bei der
der Drosselklappenstutzen (12) mindestens im Dichtbereich aus Kunststoff besteht.
5. Drosselvorrichtung nach einem der Ansprüche 2-4, bei der
die Drosselklappe (14) und/oder der Drosselklappenstutzen (12) in einem Kunststoff-Urformverfahren hergestellt und mindestens im Dichtbereich ohne mechanische Formnachbearbeitung gebildet ist.
6. Drosselvorrichtung nach Anspruch l, bei der
die Drosselklappe (14) aus Metall besteht,
und die Dicke (d) der Drosselklappe (14) mindestens im Dichtbereich 2 mm oder mehr beträgt.
7. Drosselvorrichtung nach Anspruch 6, bei der
die Drosselklappe (14) mindestens im Dichtbereich durch mechanische Nachbearbeitung zur maßhaltigen Passung bearbeitet ist.
8. Drosselvorrichtung nach Anspruch 6, bei der
die Drosselklappe (14) durch Feinstanzen ohne mechanische Nachbearbeitung zur maßhaltigen Passung hergestellt ist.
9. Drosselvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der
- die Drosselklappe (14) in der Schließstellung einen Winkel von weniger als 900 zur
Längsrichtung des Drosselklappenstutzens (12) aufweist.
10. Verbrennungsmotor mit einer Drosselvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
11. Verbrennungsmotor nach Anspruch 10, wobei
der Verbrennungsmotor ein Ottomotor ist,
an dem die Drosselvorrichtung (10) als Drosselklappe vorgesehen ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 10, wobei
der Verbrennungsmotor ein Dieselmotor ist,
an dem die Drosselvorrichtung (10) als Diesel-Regelklappe vorgesehen ist.
13. Verfahren zur Herstellung einer Drosselvorrichtung, insbesondere für einen Verbrennungsmotor bei dem
in einem Drosselklappenstutzen (12) eine Drosselklappe (14) um eine Welle (16) schwenkbar angebracht wird, so dass die Drosselklappe (14) mindestens verschwenkbar ist zwischen einer Schließstellung, in der der Drosselklappenstutzen (12) bis auf Restundichtigkeiten abgedichtet ist und mindestens einer Öffnungsstel- lung, in der ein Luftfluss durch den Drosselklappenstutzen (12) ermöglicht ist, wobei in der Schließstellung mindestens ein Kanal (20) in Form mindestens eines Teilringspalts (20) zwischen der Wandung (16) des Drosselklappenstutzens (12) und einem Dichtbereich der Drosselklappe (14) verbleibt, und wobei aufgrund von Luftreibung über die axiale Länge des Kanals (20) eine Abdichtung gegeben ist, wobei die Drosselklappe (14) und/oder der Drosselklappenstutzen (12) aus Kunststoff in einem Kunststoff-Urformverfahren mit einer Dicke (d), die mindestens im Dichtbereich 3 mm oder mehr beträgt, hergestellt wird und ohne mechanische Formnachbearbeitung mindestens im Dichtbereich zur Drosselklappenvorrichtung zusammengesetzt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13 bei dem
die Drosselklappe (14) durch Kunststoff-Spritzguss, Spritzpressen oder Transfer Molding hergestellt wird.
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