DE102004056764A1

DE102004056764A1 - Drosselkörper und Verfahren zum Herstellen solcher Drosselkörper

Info

Publication number: DE102004056764A1
Application number: DE200410056764
Authority: DE
Inventors: Koichi Obu Suzuki; Masashi Obu Ozeki; Hisashi Obu Kino
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 2003-11-25
Filing date: 2004-11-24
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2024-11-25
Also published as: US20050109314A1; DE102004056764B4; US7047936B2

Abstract

Ein Drosselkörper (2) enthält einen Hauptkörper (3), der einen zylindrischen Einlassluftkanal (7) definiert und ein Ventilelement (14) enthält, das zwischen einer offenen und einer vollständig geschlossenen Position bewegbar ist. Die Ventildichtfläche (5) und eine Berührungsfläche (14a) sind derart gestaltet, dass die Ventildichtfläche (5) dichtend mit der entsprechenden Berührungsfläche (14a) in Berührung ist, wenn sich eine vollständig geschlossene Position des Ventils aufgrund einer Kontraktion von dem Hauptkörper (3) oder dem Ventilelement (14) verschoben hat.

Description

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldungen mit den Seriennummern 2003-393833 und 2003-399411, deren Inhalte hier durch Verweisung eingeschlossen sind.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Drosselkörper, die Einlassluftkanäle zum Zuführen von Ansaugluft zu Motoren definieren, und welche die Strömung der Ansaugluft durch die Einlassluftkanäle steuern. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf Verfahren zum Herstellen solcher Drosselkörper.

Die japanische offengelegte Patentveröffentlichung Nr. 2002-256898 (insbesondere die vierte in 5 und 6 dargestellte Ausführungsform) lehrt einen Drosselkörper, der auch als eine sogenannte „Einlassluft-Steuerungseinrichtung" bezeichnet ist. Der Drosselkörper weist einen Hauptkörper und ein Ventilelement auf. Das Ventilelement ist drehbar innerhalb des Drosselkörpers montiert, um einen Einlassluftkanal, der innerhalb des Hauptkörpers definiert ist, zu öffnen und zu schließen. Das Ventilelement ist aus Harz gefertigt und über einen Einsatzgussvorgang gegossen. Insbesondere wird der Hauptkörper zunächst in eine Form eingesetzt und das Ventilelement wird dann innerhalb des Hauptkörpers spritzgegossen.

In dieser Veröffentlichung ist offenbart, dass das Ventilelement eine Konfiguration aufweisen kann, die der Konfiguration der Innenwand des Hauptkörpers entspricht, selbst nachdem sich das Ventilelement nach dem Gussvorgang zusammengezogen hat. Der Grund dafür ist, dass während des Gießens die äußere Umfangsfläche des gegossenen Ventilelements mit der inneren Wand des Hauptkörpers in Berührung sein kann. Folglich entspricht die Gestalt der Umfangsfläche des gegossenen Ventilelements der Gestalt der Innenwand des Hauptkörpers. Da die Innenwand des Hauptkörpers jedoch eine einfache zylindrische Gestalt aufweist, können die folgenden Probleme möglicherweise auftreten, wenn sich das Ventilelement während des Abkühlens nach dem Gießen zusammengezogen hat. Die äußere Oberfläche an den freien Umfangsrändern des Ventilelements kann nicht passend in Berührung mit der Innenwand des Hauptkörpers sein, wenn sich das Ventilelement zusammengezogen hat. In einigen Fällen er zeugt die Kontraktion des Ventilelements Zwischenräume zwischen den freien Umfangsrändern und der Innenwand des Hauptkörpers. Dies kann zu einem Hervorrufen von Leckströmen von Einlassluft führen, wenn das Ventilelement in einer geschlossenen Position ist, was wiederum die Kilometerleistung des Kraftstoffs senkt, während der Motor im Leelauf ist.

Entsprechend ist es eine Aufgabe. der vorliegenden Erfindung, verbesserte Drosselkörper und Verfahren zum Herstellen solcher Drosselkörper zu lehren, welche einen möglichen Zwischenraum zwischen einem Ventilelement und einer Innenwand eines Hauptkörpers verkleinern oder eliminieren können, wenn das Ventilelement in einer vollständig geschlossenen Position ist.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Lehren werden Drosselkörper gelehrt, die einen Hauptkörper und ein Ventilelement aufweisen. Der Hauptkörper definiert einen Einlassluftkanal. Das Ventilelement ist drehbar an dem Hauptkörper montiert, um die Strömung von Einlassluft durch den Einlassluftkanal zu steuern. Zumindest eine Ventildichtfläche ist auf einer Innenwand des Hauptkörpers gebildet und besitzt eine Länge in Umfangsrichtung. Zumindest eine Berührungsoberfläche ist auf dem Ventilelement geformt, um dichtend in Berührung mit der entsprechenden Ventildichtfläche zu gelangen, wenn das Ventilelement in einer vollständig geschlossenen Position ist. Die Ventildichtfläche und die Berührungsfläche sind derart gestaltet, dass die Ventildichtfläche dichtend mit der entsprechenden Berührungsfläche in Berührung gelangt, selbst wenn die vollständig geschlossene Position aufgrund des Zusammenziehens von entweder dem Hauptkörper oder dem Ventilelement versetzt ist.

Daher ist es möglich, den möglichen Leckstrom von Ansaugluft zwischen der Ventildichtfläche und der Berührungsfläche aufgrund des unbeabsichtigten Entstehens von Zwischenräumen dazwischen zu verhindern oder zu minimieren. Zusätzlich ist es möglich, eine mögliche Fehl- oder Schlechtfunktion des Ventilelements aufgrund der Wechselwirkung oder des Verkeilens des Ventilelements und der Ventildichtfläche zu verhindern oder zu minimieren.

Bei einem anderen Aspekt der vorliegenden Lehre besitzt der Ansaugluftkanal eine zentrale Achse. Die Ventildichtfläche und die Berührungsfläche des Ventilelements in einer vollständig geschlossenen Position sind um einen Winkel relativ zu einer ersten Ebene geneigt, die sich im Wesentlichen senkrecht zur zentralen Achse des Ansaugluftkanals erstreckt. Der Neigungswin kel der Ventildichtfläche und der Berührungsfläche nimmt nach und nach von einem ersten Punkt, der am weitesten entfernt von der zentralen Achse des Ansaugluftkanals ist (d.h. senkrecht zur zentralen Achse des Ansaugluftkanals und senkrecht zur Rotationsachse des Ventilelements), zu zumindest einem zweiten Punkt, der nahe an der Rotationsachse des Ventilelements ist, zu. Daher kann die Dichtung zwischen der Ventildichtfläche und der Berührungsfläche entlang der relevanten Länge der Kontaktflächen in Umfangsrichtung sichergestellt werden.

Die Ventildichtfläche und die Berührungsfläche können sich vorzugsweise entlang einer geradlinigen Linie betrachtet in einem Querschnitt innerhalb einer zweiten Ebene, welche die zentrale Achse des Ansaugluftkanals enthält, erstrecken.

Das Ventilelement kann eine äußere Umfangsfläche aufweisen, die einer Innenwand des Hauptkörpers gegenüberliegt, wenn das Ventilelement in einer vollständig geschlossenen Position ist. Die Berührungsoberfläche kann auf der äußeren Umfangsfläche gebildet sein.

Bei einem anderen Aspekt der vorliegenden Lehren weist die äußere Umfangsfläche einen ersten Teil und einen zweiten Teil auf, die jeweils auf der Seite einer Ventilschließrichtung bzw. auf der Seite einer Ventilöffnungsrichtung angebracht sind. Der erste Teil kann die Berührungsoberfläche enthalten.

Bei einem anderen Aspekt der vorliegenden Lehren ist die Ventildichtfläche gestaltet, dass sie der Gestalt der äußeren Umfangsfläche entspricht, einschließlich des ersten und des zweiten Teils des Ventilelements.

Vorzugsweise ist der zweite Teil derart gestaltet, dass er nicht mit der Innenwand des Hauptkörpers während der Bewegung des Ventilelements weg aus einer vollständig geschlossenen Position in Wechselwirkung tritt.

Bei einem anderen Aspekt der vorliegenden Lehren weist der zweite Teil eine gekrümmte Gestalt auf, betrachtet im Querschnitt innerhalb der zweiten Ebene, so dass der zweite Teil kontinuierlich zu dem ersten Teil gebildet ist. Durch diese Gestalt kann eine Verbesserung in der Bemessungsgenauigkeit für die Ansaugluft innerhalb eines Bereichs mit kleinem Öffnungswinkel des Ventilelements vorgesehen werden. Daher kann die Leistung des Drosselventils auch im Bereich mit einem kleinen Öffnungswinkel des Ventilelements verbessert werden.

Der zweite Teil kann die Gestalt eines Kreisabschnitts aufweisen und einen Krümmungsradius besitzen, der den Kreis definiert.

Vorzugsweise besitzt der Kreis des zweiten Teils jeweils einen ersten Krümmungsradius bzw. einen zweiten Krümmungsradius an einem ersten Punkt bzw. einem zweiten Punkt. Der erste Krümmungsradius kann größer als der zweite Krümmungsradius sein.

Der Krümmungsradius des zweiten Teils kann graduell vom ersten Krümmungsradius zum zweiten Krümmungsradius in der Umfangsrichtung der äußeren Umfangsfläche des Ventilelements abnehmen. Die Abnahme des Krümmungsradius tritt relativ zum Abstand in Umfangsrichtung von dem am weitesten entfernten Punkt zur zentralen Achse auf.

Bei einem anderen Aspekt der vorliegenden Lehren besitzt der zweite Teil eine Länge in einer Richtung der Dicke des Ventilelements. Der zweite Teil weist eine erste Länge und eine zweite Länge jeweils an einem ersten Punkt bzw. einem zweiten Punkt auf. Die erste Länge ist länger als die zweite Länge.

Vorzugsweise nimmt die Länge des zweiten Teils nach und nach von der ersten Länge zur zweiten Länge in der Umfangsrichtung ab. Die Abnahme im zweiten Teil tritt relativ zum Abstand in Umfangsrichtung von dem am weitesten entfernten Punkt zur zentralen Achse auf.

Bei einem weiteren Aspekt der vorliegenden Lehren erstrecken sich die Ventildichtfläche und die Berührungsfläche des Ventilelements in einer vollständig geschlossenen Position entlang der ersten Ebene, die sich im Wesentlichen senkrecht zur zentralen Achse des Einlassluftkanals erstreckt. Auch bei dieser Anordnung ist es möglich, einen Leckstrom der Einlassluft zwischen der Ventildichtfläche und der Berührungsfläche aufgrund des unvorhergesehenen Auftretens von Zwischenräumen dazwischen zu verhindern oder zu minimieren.

Bei einem anderen Aspekt der vorliegenden Lehren wird die vollständig geschlossene Position als eine Position festgelegt, in der das Ventilelement in einer Ventilschließrichtung über eine erste Ebene hinaus gedreht wird, die sich im Wesentlichen senkrecht zur zentralen Achse des Einlassluftkanals erstreckt. Durch diese Anordnung kann die Bemessungsgenauigkeit für die Ansaugluft innerhalb eines Bereichs mit einem kleinen Öffnungswinkel des Ventilelements weiter verbessert werden.

Bei einem anderen Aspekt der vorliegenden Lehren werden Verfahren zum Herstellen von Drosselkörpern gelehrt. Die Verfahren enthalten die Schritte des Gießens eines Ventilelements unter Verwendung von Harz und des Einsetzens des gegossenen Ventilelements in eine andere Form. Die Form wirkt mit dem Ventilelement zusammen zur Definition eines Hohlraums, welcher der Gestalt eines Hauptkörpers des Drosselkörpers entspricht. Die Verfahren enthalten ferner den Schritt des Einspritzens von Harz in die Form und des Gießens des Hauptkörpers. Die Ventildichtfläche wird derart gegossen, dass sie der Berührungsfläche des Ventilelements entspricht. Durch diese Verfahren kann die Ventildichtfläche derart geformt werden, dass sie zuverlässig der Gestalt der Berührungsfläche des Ventilelements entspricht.

Vorzugsweise wird das Ventilelement integral bzw. einstückig mit einer Drosselwelle gegossen. Zusätzlich sollte das Herstellungsverfahren weiter das Anbringen von Metalllagern an der Drosselwelle vor dem Gießen des Hauptkörpers enthalten. Das gegossene Ventilelement wird dann in die Form zusammen mit der Drosselwelle und den Metalllagern eingesetzt.

Bei einem anderen Aspekt der vorliegenden Lehren werden alternative Verfahren zum Herstellen der Drosselkörper gelehrt. Die Verfahren enthalten die Schritte des Gießens eines Hauptkörpers des Drosselkörpers unter Verwendung von Harz. Der geformte Hauptkörper wird dann in eine andere Form eingesetzt. Die Form wirkt mit dem Hauptkörper zur Definition eines Hohlraums, der der Gestalt eines Ventilelements entspricht, zusammen. Die Verfahren enthalten ferner den Schritt des Einspritzens von Harz in die Form und des Gießens des Ventilelements, so dass die Berührungsfläche gegossen wird, dass sie der Ventildichtfläche des Hauptkörpers entspricht.

Vorzugsweise enthalten die Verfahren ferner den Schritt des Einsetzens einer Drosselwelle und von Metalllagern, die an der Drosselwelle angebracht sind, in die Form. Das Ventilelement wird dann integral mit der Drosselwelle und den Metalllagern gegossen.

Zusätzliche Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind unmittelbar nach dem Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung zusammen mit den Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen zu verstehen, in denen:
1 eine Vorderansicht einer Drosselregelungseinrichtung ist, welche einen Drosselkörper gemäß einer ersten repräsentativen Ausführungsform beinhaltet; und
2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II aus 1 ist; und
3 eine Querschnittsansicht entlang der Linie III-III aus 1 ist; und
4 eine Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV aus 3 ist; und
5(a) eine Draufsicht auf ein Ventilelement des Drosselkörpers ist; und
5(b) eine Querschnittsansicht entlang der Linie V(b)-V(b) aus 5(a) ist und einen Hauptkörper des Drosselkörpers in dem Zustand unmittelbar nach dem Gussvorgang des Hauptkörpers zeigt; und
5(c) eine Querschnittsansicht ist, die entlang der Linie V(c)-V(c) genommen ist und den Hauptkörper des Drosselkörpers in dem Zustand unmittelbar nach dem Gussvorgang zeigt; und
6(a) eine Querschnittsansicht des Hauptkörpers ist, die die Gestaltung des Hauptkörpers vor und nach dem Zusammenziehen zeigt; und
6(b) eine Querschnittsansicht entlang der Linie VI(b)-VI(b) ist, die das Ventilelement versetzt aus der ursprünglichen vollständig geschlossenen Position zeigt; und
6(c) eine Querschnittsansicht entlang der Linie VI(c)-VI(c) ist, die das Ventilelement aus der ursprünglichen vollständig geschlossenen Position versetzt zeigt; und
7(a), 7(b) und 7(c) Ansichten ähnlich zu 5(a), 5(b) und 5(c) sind, die jedoch eine Vergleichsanordnung zeigen; und
8(a), 8(b) und 8(c) eine Ansicht ähnlich zu 6(a), 6(b) und 6(c) sind, die jedoch die Vergleichsanordnung zeigen; und
9 eine Querschnittsansicht des Ventilelements ist; und
10 eine vertikale Querschnittsansicht einer Form zum Ausbilden eines Körpers zum Gießen des Hauptkörpers ist; und
11 eine Querschnittsansicht eines Drosselkörpers einer Drosselregelungseinrichtung gemäß einer zweiten repräsentativen Ausführungsform ist; und
12 eine Querschnittsansicht eines Drosselkörpers einer Drosselregelungseinrichtung gemäß einer dritten repräsentativen Ausführungsform ist; und
13 eine Querschnittsansicht eines Drosselkörpers einer Drosselregelungseinrichtung gemäß einer vierten repräsentativen Ausführungsform ist; und
14(a) eine Querschnittsansicht eines Drosselkörpers einer Drosselregelungseinrichtung gemäß einer fünften repräsentativen Ausführungsform ist, die den Zustand unmittelbar nach dem Gussvorgang eines Hauptkörpers zeigt; und
14(b) eine vergrößerte Explosionsansicht eines Teils von 14(a) ist, die das Verhältnis zwischen einer der äußeren Umfangsflächen eines Ventilelements und einer entsprechenden Ventildichtfläche eines Bohrungswandbereichs eines Hauptkörpers zeigt; und
15(a) eine Querschnittsansicht ähnlich zu 5(c) ist, die jedoch die Anordnung der fünften repräsentativen Ausführungsform zeigt; und
15(b) eine Ansicht ähnlich zu 14(b) ist, die jedoch das Verhältnis am Ende in Umfangsrichtung der äußeren Umfangsfläche zeigt; und
16(a) eine Ansicht ähnlich zu 14(a) ist, die jedoch den Zustand nach der Kontraktion des Hauptkörpers zeigt; und
16(b) eine vergrößerte Darstellung eines Teils von 16(a) ist; und
17(a) eine Ansicht ähnlich zu 15(a) ist, die jedoch den Zustand nach dem Zusammenziehen des Hauptkörpers zeigt; und
17(b) eine vergrößerte Ansicht eines Teils aus 17(a) ist; und
18 eine erklärende Querschnittsansicht einer Form ist, welche einen abgerundeten Eckbereich zeigt, der Grate hervorrufen kann, wenn das Ventilelement der ersten repräsentativen Ausführungsform geformt wird; und
19 eine Ansicht ähnlich zur 18 ist, die jedoch ein vorteilhaftes Merkmal eines konvex gekrümmten Teils des Ventilelements der fünften repräsentativen Ausführungsform zeigt; und
20 ein Diagramm ist, das das Verhältnis zwischen einem Öffnungswinkel eines Ventilelements und einer Strömungsrate von Einlassluft zeigt und charakteristische Linien darstellt, die durch verschiedene repräsentative Ausführungsformen erhalten werden; und
21 eine Querschnittsansicht eines Drosselkörpers einer Drosselregelungseinrichtung gemäß einer sechsten repräsentativen Ausführungsform ist; und
22 eine Explosionsquerschnittsansicht ist, die das Verhältnis zwischen äußeren Umfangsflächen und Ventildichtflächen eines Hauptkörpers einer Drosselregelungseinrichtung gemäß einer siebten repräsentativen Ausführungsform zeigt; und
23 eine Explosionsquerschnittsansicht ist, die das Verhältnis zwischen äußeren Umfangsflächen und Ventildichtflächen eines Hauptkörpers einer Drosselregelungseinrichtung gemäß einer achten repräsentativen Ausführungsform zeigt; und
24 eine vertikale Querschnittsansicht des Hauptkörpers der ersten repräsentativen Ausführungsform ist, der durch einen Körperformvorgang eines alternativen Verfahrens zum Herstellen des Drosselkörpers geformt wird; und
25 eine vertikale Querschnittsansicht einer ein Ventil bildenden Form ist, die bei dem alternativen Verfahren verwendet wird; und
26(a) eine Draufsicht auf das Ventilelement der ersten repräsentativen Ausführungsform ist, das gemäß dem alternativen Verfahren geformt wird, und die die Konfiguration vor und nach dem Zusammenziehen zeigt; und
26(b) eine Querschnittsansicht entlang der Linie XXVI(b)-XXVI(b) aus 26(a) ist, die auch den Hauptkörper darstellt; und
26(c) eine Querschnittsansicht entlang der Linie XXVI(c)-XXVI(c) aus 26(a) ist, die auch den Hauptkörper darstellt; und
27 eine Querschnittsansicht eines bekannten Drosselkörpers ist.
Jedes der zusätzlichen Merkmale und jede der zusätzlichen Lehren, die oben und unten beschrieben sind, kann getrennt oder in Verbindung mit anderen Merkmalen und Lehren verwendet werden, um verbesserte Drosselkörper, Drosselregelungseinrichtungen, die solche Drosselkörper aufweisen, und Verfahren zum Herstellen solcher Drosselkörper und Drosselregelungseinrichtungen vorzusehen. Repräsentative Beispiele der vorliegenden Erfindung, die viele dieser zusätzlichen Merkmale und Lehren sowohl getrennt als auch in Verbindung miteinander verwenden, werden nun im Einzelnen unter Verweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Diese detaillierte Beschreibung soll lediglich einem Fachmann weitere Einzelheiten zum Umsetzen von bevorzugten Aspekten der vorliegenden Lehren in die Praxis geben und soll den Rahmen der Erfindung nicht begrenzen. Nur die Ansprüche definieren den Rahmen der beanspruchten Erfindung. Daher müssen Kombinationen von Merkmalen und Schritten, die in der folgenden detaillierten Beschreibung offenbart sind, die Erfindung nicht unbedingt in ihrem weitesten Sinn in die Praxis umsetzen und werden stattdessen lediglich dazu gelehrt, speziell repräsentative Beispiele der Erfindung zu beschreiben. Ferner können verschiedene Merkmale der repräsentativen Beispiele und der abhängigen Ansprüche auf Weisen kombiniert werden, die nicht spezifisch aufgezählt und genannt sind, um zusätzliche nützliche Ausführungsformen der vorliegenden Lehren vorzusehen.
ERSTE REPRÄSENTATIVE AUSFÜHRUNGSFORM
Eine erste repräsentative Ausführungsform wird nun unter Verweis auf 1 bis 10 beschrieben. Die erste repräsentative Ausführungsform ist als eine elektronisch geregelte Drosselregelungseinrichtung ausgeführt. Die Drosselregelungseinrichtung weist einen Drosselkörper 2 als Hauptelement auf. Gemäß der Darstellung in 2 besitzt der Drosselkörper 2 einen Hauptkörper 3 und ein Ventilelement 14, die vorzugsweise aus Harz bzw. Kunststoff gefertigt sind. Der Hauptkörper 3 enthält einen Bohrungswandbereich 4, der einstückig mit einem Motorgehäuse 6 ausgebildet ist. Gemäß der Darstellung in 3 und 4 ist ein im Wesentlichen zylindrischer Einlassluftkanal 7 innerhalb des Bohrungswandbereichs 4 definiert und erstreckt sich einer Richtung senkrecht zur Zeichenebene aus 2. Wenngleich es in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, können ein Luftreiniger und ein Einlassverteiler jeweils mit der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite des Bohrungswandbereichs 4 verbunden werden.
Gemäß den Darstellungen in 2 und 4 ist eine metallische Drosselwelle 8 innerhalb des Bohrungswandbereichs 4 montiert und erstreckt sich über den Einlassluftkanal 7 in einer Durchmesserrichtung. Ein linker Lagerbereich 9 des Bohrungswandbereichs 4 stützt ein erstes Ende 8a (linkes Ende betrachtet in 2) der Drosselwelle 8 über ein Metalllager 10 zur Drehung. Der linke Lagerbereich 9 ist einstückig mit dem Bohrungswandbereich 4 geformt. Umgekehrt stützt ein rechter Lagerbereich 11 des Bohrungswandbereichs 4 ein zweites Ende 8b (rechtes Ende betrachtet in 2) der Drosselwelle 8 über ein Metalllager 12 zur Drehung. Der rechte Lagerbereich 11 ist ebenfalls einstückig mit dem Bohrungswandbereich 4 ausgebildet. Ein Stöpsel 16 ist in den rechten Lagerbereich 11 eingesetzt, um ein äußeres offenes Ende des rechten Lagerbereichs 11 dichtend zu schließen.
Das Ventilelement 14 ist über die Drosselwelle 8 gegossen und dazu angepasst, den Ansaugluftkanal 7 zu öffnen und zu dichten (schließen), wenn sich die Drosselwelle 8 jeweils in Richtungen dreht, die durch Pfeile „O" bzw. „S" in 3 bezeichnet sind. Das Ventilelement 14 ist mit einem Motor 20 verbunden, der später erklärt wird. Wenn der Motor 20 betrieben wird, wird die Rotationsposition (Öffnungswinkel) des Ventilelements 14 verändert, so dass der Einlassluftkanal geöffnet und geschlossen wird. Folglich wird die Strömung von Ansaugluft durch den Einlassluftkanal 7 kontrolliert.
Gemäß den Darstellungen in 2 erstreckt sich das erste Ende 8a der Drosselwelle 8 durch das Metalllager 10. Ein Drosselrad 18, das als Sektorrad gestaltet ist, ist festgelegt an dem verlängerten Ende der Drosselwelle 8 montiert. Das Drosselrad 18 kann aus Harz bzw. Kunststoff gefertigt sein. Eine Rückstellfeder 19, die vorzugsweise als Torsionsschraubenfeder gestaltet ist, ist zwischen den Hauptkörper 3 und das Drosselrad 18 eingebracht. Die Rückstellfeder 19 weist eine Achse auf, die im Wesentlichen die gleiche Achse wie die des Drosselrads 18 ist, d.h. die L-Achse der Drosselwelle B. Die Rückstellfeder 19 belastet im Normalzustand das Drosselrad 18 in einer Richtung zu einer vollständig geöffneten Position des Ventilelements 14 vor.
Das Motorgehäuse 6 des Hauptkörpers 3 weist eine im Wesentlichen zylindrische, röhrenförmige Gestalt auf und erstreckt sich parallel zur Achse L der Drosselwelle 8. Das Motorgehäuse 6 besitzt ein geschlossenes rechtes Ende und ein offenes linkes Ende, wie in 2 zu erkennen ist. Der Motor 20 kann ein Gleichstrommotor (DC-Motor) sein und wird in das Motorgehäuse 6 durch das offene linke Ende eingesetzt. Ein Montageflansch 22 erstreckt sich von einem Motorgehäuse 21 aus. Das Motorgehäuse 21 definiert eine äußere Kontur des Motors 20. Der Montageflansch 22 ist vorzugsweise an dem Hauptkörper 3 durch eine Befestigungseinrichtung, wie z.B. Schrauben 23, befestigt (nur eine Schraube 23 ist in den Zeichnungen dargestellt). Ein Motorritzel 26 ist festgelegt an der Ausgangswelle 24 des Motors 20 montiert.
Beispielsweise kann das Motorritzel 26 aus einem Harzmaterial bzw. Kunststoffmaterial gefertigt sein.
Eine Gegenwelle 27 erstreckt sich vom Hauptkörper 3 in Richtung auf eine Abdeckung 30 (die später erklärt wird) entlang einer Achse, die im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse L der Drosselwelle 8 ist. Ein Gegenrad 28 ist drehbar auf der Gegenwelle 27 montiert. Das Gegenrad 28 kann aus einem Harz bzw. Kunststoffmaterial gefertigt sein. Das Gegenrad 28 weist einen ersten Zahnradbereich 28a und einen zweiten Zahnradbereich 28b auf. Der zweite Zahnradbereich 28b weist einen kleineren Durchmesser als der erste Zahnradbereich 28a auf. Der erste Zahnradbereich 28a ist in Eingriff mit dem Motorritzel 26. Der Zahnradbereich 28b ist in Eingriff mit dem Drosselrad 18. Auf diese Weise bilden das Drosselrad 18, das Motorritzel 26 und das Gegenrad 28 einen Zahnradübersetzungsmechanismus 29.
Die Abdeckung 30 ist auf einer Seite (linke Seite betrachtet in 2) des Hauptkörpers 3 angebracht, um den Zahnradübersetzungsmechanismus 29 und andere zugehörige Teil bezüglich der außenseitigen Umgebung zu bedecken. Die Abdeckung 30 kann aus einem Harz bzw. Kunststoffmaterial gefertigt sein und an dem Hauptkörper 3 über einen geeigneten Fügemechanismus angefügt sein, wie z.B. einen Schnapp-Passungs-Mechanismus, einen Clip-Mechanismus oder einen Schraubenbefestigungs-Mechanismus. Ein O-Ring 31 liegt zwischen dem Hauptkörper 3 und der Abdeckung 30, um eine hermetische Dichtung dazwischen sicherzustellen.
Gemäß der Darstellung in 1 weist die Abdeckung 30 einen Verbinderbereich 33 auf, an den ein passender Verbinder von einer außenseitigen Leistungsquelle und eine elektronische Steuereinheit (ECU) (nicht dargestellt) angeschlossen werden können. Um diese Verbindung herzustellen, enthält der Verbinderbereich 33 Anschlüsse, die elektrisch mit dem Motor 20 und einem Rotationswinkelsensor 38 verbunden sind, der später erklärt wird, wenngleich die Anschlüsse in den Zeichnungen nicht dargestellt sind.
Bezugnehmend auf 1 kann der Motor 20 basierend auf verschiedenen Steuersignalen gesteuert werden. Steuersignale, die Beschleunigungssignale (welche die Menge des Niederdrückens eines Beschleunigungspedals darstellen), Traktions-Kontroll-Signale, Signale konstan ter Geschwindigkeit und Leerlaufgeschwindigkeitssignale enthalten, werden von der ECU zugeführt. Beispielsweise kann die ECU in einem Fahrzeug (nicht dargestellt) montiert sein, um verschiedene Kontrollfunktionen auszuführen, einschließlich der erwähnten Steuerung und Regelung des Motors 20. Wenn der Motor 20 basierend auf den Steuerungssignalen angetrieben wird, die von der ECU empfangen werden, wird die Rotation der Ausgangswelle 24 des Motors 20 an die Drosselwelle 8 über das Motorritzel 26, das Gegenrad 28 und das Drosselrad 18 übertragen. Als Folge wird das Ventilelement 14 gedreht, so dass es den Einlassluftkanal 7 öffnet und schließt.
Gemäß der Darstellung in 2 ist das Drosselrad 18 integral mit einem ringförmigen Joch 35, das aus magnetischem Material gefertigt ist, gegossen. Das Joch 35 besitzt die gleiche Achse wie die Rotationsachse L der Drosselwelle 8. Zwei Permanentmagnete 36 und 37 sind an der inneren Umfangsfläche des Jochs 35 angebracht, um ein magnetisches Feld zu erzeugen. Beispielsweise können die Magnete 36 und 37 aus ferritischem, magnetischem Material gefertigt sein. Die Magnete 36 und 37 können vorzugsweise magnetisiert sein, dass sie im Wesentlichen parallele magnetischen Linien zwischen ihnen oder innerhalb eines Innenraums, der durch das Joch 35 definiert wird, erzeugen.
Der Rotationswinkelsensor 38 ist an der inneren Wand der Abdeckung 30 angebracht und weist einen Sensor IC 39 auf, der ein magnetoresistives Element enthält. Der Rotationswinkelsensor 38 ist auf der Rotationsachse L der Drosselwelle 8 positioniert, zwischen den Magneten 36 und 37, so dass der Rotationswinkelsensor 38 von dem Magneten 36 und 37 um einen vorgegebenen Abstand beabstandet ist. Der Sensor IC 39 des Rotationswinkelsensors 38 wirkt derart, dass er die Ausgangssignale von dem magnetoresistiven Element berechnet, um Signale an die ECU auszugeben, welche die Richtung des magnetischen Felds (der magnetischen Linien) darstellen. Auf diese Weise kann die Richtung des magnetischen Felds erfasst werden, ohne dass man von der Stärke des magnetischen Felds abhängig ist.
Die Arbeitsweise der Drosselregelungseinrichtung 1 (siehe 2) wird nun im Allgemeinen beschrieben. Wenn der Motor des Kraftfahrzeugs angelassen wird, regelt die ECU den Motor 20 derart, dass das Ventilelement 14 über den Zahnradübersetzungsmechanismus 29 geöffnet und geschlossen wird, so dass die Strömungsrate der Ansaugluft, welche durch den Einlass luftkanal 7 strömt, wie vorher beschrieben kontrolliert wird. Wenn sich die Drosselwelle 8 dreht, drehen sich das Joch 35 und die Magnete 36 und 37 zusammen mit dem Drosselrad 18. Daher ändert sich die Richtung des magnetischen Felds über den Sensor IC 39 des Rotationswinkelsensors 38 als Antwort auf die Rotation der Magnete 36 und 37. Als Ergebnis verändert sich das Ausgangssignal aus dem Sensor IC 39. Basierend auf dem Ausgangssignal aus dem Sensor IC 39 berechnet die ECU den Rotationswinkel der Drosselwelle 8, d.h. den Öffnungswinkel des Ventilelements 14.
Die ECU kann verschiedene Steuerungen und Regelungen, wie z.B. eine Kraftstoffeinspritzregelung, eine Öffnungswinkelkorrekturregelung des Ventilelements 14, eine Regelung zur, Geschwindigkeitsveränderung eines Automatikgetriebes, basierend auf verschiedenen Signalen von Sensoren, wie z.B. einem Geschwindigkeitssensor zum Erfassen einer Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, einem Kurbelwinkelsensor zum Erfassen der Rotationsgeschwindigkeit des Motors, einem Beschleunigungspedalsensor, einem O₂ Sensor und einem Luftströmungsmesser, zusätzlich zum Ausgangssignal vom Sensor IC 39 oder dem berechneten Öffnungswinkel des Ventilelements 14, welcher durch die Richtung des magnetischen Felds, das durch die Magnete 36 und 37 erzeugt wird, dargestellt wird, ausführen. Die Richtung des magnetischen Felds ist eine physikalische, magnetische Größe.
Der Drosselkörper 2 wird im Folgenden genau beschrieben. Gemäß der Darstellung in 3 ist das Ventilelement 14 aus Harz bzw. Kunststoff gefertigt und weist ein Paar aus einer rechten und linken Berührungsfläche oder äußeren Umfangsflächen 14a auf, die in Berührung mit jeweiligen rechten bzw. linken Ventilsitzflächen 5, die auf dem Hauptkörper 3 gebildet sind, kommen können. Die rechte und die linke Umfangsfläche 14a sind derart gestaltet, dass sie symmetrisch zueinander um einen Punkt auf der Rotationsachse L sind. Der Hauptkörper 3 ist vorzugsweise aus Harz bzw. Kunststoff gefertigt und wird durch einen Spritzgussvorgang gegossen, wobei das Ventilelement 14 in eine Form (in 3 nicht dargestellt) eingesetzt ist. Die rechte und die linke Ventildichtfläche 5 ebenso wie die rechte und die linke äußere Umfangsfläche 14a sind symmetrisch im Bezug auf einen Punkt auf der Rotationsachse L gebildet. Das Ventilelement 14 kann geöffnet werden, wenn sich das Ventilelement 14 in der Richtung gegen den Uhrzeigersinn (dargestellt durch den Pfeil O in 3) dreht. Das Ventilelement 14 kann geschlossen werden, wenn sich das Ventilelement in einer Richtung im Uhrzeigersinn (dargestellt durch den Pfeil S) dreht.
Die Ventildichtflächen 5 sind derart gestaltet, dass jede der Umfangsflächen 14a des Ventilelements 14 dichtend in Berührung mit der entsprechenden Ventildichtfläche 5 im Wesentlichen entlang der gesamten relevanten Umfangslänge der Umfangsfläche 14a gelangen kann, selbst wenn sich die vollständig geschlossene Position des Ventilelements 14 relativ zu dem Hauptkörper 3 aufgrund der Kontraktion des Hauptkörpers 3 nach dem Gussvorgang versetzt hat. Insbesondere ist, wie es in 3 dargestellt ist, jede der Ventildichtflächen um einen Winkel θ relativ zu einer in Durchmesserrichtung verlaufenden Ebene, welche die Rotationsachse L der Drosselwelle 8 enthält und senkrecht zur zentralen Achse L1 des Einlassluftkanals 7 ist, geneigt. Der Wert des Winkels θ von jeder der Ventildichtflächen 5 wird nach und nach in der Umfangsrichtung von einem zentralen Punkt ausgehend, welcher als derjenige Punkt definiert ist, der am weitesten entfernt von der Rotationsachse L liegt (d.h. einen Punkt auf dem Umfang des Ventilelements 14, welcher eine Linie schneidet, die senkrecht an die Achse L gezogen ist), in Richtung auf beide Umfangsenden, die am nächsten an der Rotationsachse L liegen (d.h. am nächsten an einem der beiden Lagerbereiche 9 und 11 des Hauptkörpers 3), kleiner.
In diesem Zusammenhang ist jede der äußeren Umfangsflächen 14a derart gestaltet, dass sie eine Konfiguration aufweist, welche der entsprechenden Ventildichtfläche 5 entspricht, wenn das Ventilelement 14 in einer vollständig geschlossenen Position ist. Mit anderen Worten ist jede der äußeren Umfangsflächen 14a um den gleichen Winkel θ relativ zur Durchmesserebene geneigt, welche die Rotationsachse L der Drosselwelle 8 enthält, wie der Winkel θ eines entsprechenden Punkts der Ventildichtfläche 5. Der Wert des Winkels θ von jeder der äußeren Umfangsflächen 14a wird nach und nach in der Umfangsrichtung ausgehend von einem zentralen Punkt (vorher definiert als der Punkt; der am weitesten von der Rotationsachse L entfernt liegt) in Richtung auf die Umfangsenden (vorher definiert als die Enden des Umfangs am nächsten an der Rotationsachse L oder am nächsten an den Lagerbereichen 9 und 11 des Hauptkörpers 3) kleiner.
Der Winkel θ wird derart bestimmt, dass die äußeren Umfangsflächen 14a des Ventilelements 14 zuverlässig und einstellbar mit den jeweiligen Ventildichtflächen 5 über die gesamte relevante Umfangslänge des Ventilelements 14 in Berührung sein können. Der Winkel θ wird derart bestimmt, dass er diese Berührung vorsieht, selbst wenn die vollständig geschlossene Position des Ventilelements 14 aufgrund der Kontraktion des Hauptkörpers 3 versetzt ist oder sich verändert hat.
Die Konfiguration der Ventildichtflächen 5 wird nun genauer in Bezug auf das Verhältnis zwischen dem Hauptkörper 3 und dem Ventilelement 14 vor und nach der Kontraktion des Hauptkörpers 3 beschrieben. Gemäß der Darstellung in 5(a) weist die rechts liegende äußere Umfangsfläche 14a einen ersten Umfangsrand auf, der sich entlang eines Kreises erstreckt, der einen Radius R um einen Punkt Pa auf einer Fläche 14A der offenen Seite des Ventilelements 14 aufweist. Die äußere Umfangsfläche 14a der rechten Seite weist auch einen zweiten Umfangsrand auf, der sich entlang eines Kreises mit einem Radius r um einen Punkt Pb auf einer Oberfläche 14B auf der geschlossenen Seite (siehe 5(b)) erstreckt, welche der Oberfläche 14A gegenüberliegt (d.h. auf einer abgewandten Oberfläche des Ventilelements 14). In ähnlicher Weise weist die äußere Umfangsfläche 14a der linken Seite einen ersten Umfangsrand auf, der sich entlang eines Kreises erstreckt, der den Radius R aufweist, um einen Punkt auf der Oberfläche 14B. Der zentrale Punkt für den ersten Umfangsrand der äußeren Umfangsoberfläche 14a der linken Seite ist symmetrisch zum Punkt Pa auf der Oberfläche 14A. Die äußere Umfangsfläche 14a der linken Seite weist auch einen zweiten Umfangsrand auf, der sich entlang eines Kreises erstreckt, welcher den Radius r um einen Punkt auf der Oberfläche 14A aufweist. Der zentrale Punkt des zweiten Umfangsrands der äußeren Umfangsfläche der linken Seite ist symmetrisch zum Punkt Pb der Oberfläche 14B. In dieser repräsentativen Ausführungsform ist der Punkt Pb auf das Zentrum des Ventilelements 14 festgelegt, d.h. auf einer zentralen Linie L1 des Ansaugluftkanals 7. Die Radien R und r sind derart festgelegt, dass sie das folgende Verhältnis erfüllen: R > r.
Der Winkel θ von jeder Ventildichtfläche 5 ist festgelegt, dass er ein Winkel θ(α) an dem Punkt, der am weitesten entfernt von der Rotationsachse L ist, ist, wie es in 5(b) darge stellt ist. Der Winkel θ ist auf einen Winkel θ(β) an den Umfangsenden festgelegt, wie es in. 5(c) gezeigt ist. Folglich werden die Winkel θ(α) und θ(β) festgelegt, dass sie in folgender Beziehung stehen: θ(α) > θ(β).
Zusätzlich ist der Winkel θ derart gewählt, dass er graduell von θ(α) nach θ(β) in der Umfangsrichtung abnimmt, d.h. von der am weitesten entfernten Position zu den Enden in Umfangsrichtung.
Unter Annahme, dass der Bohrungswandbereich 4 des Hauptkörpers 3 sich zusammenzieht, so dass gleichmäßig der Durchmesser um eine vorbestimmte Länge im Bezug auf die Umfangsrichtung verringert wird, wie es in 6(a) dargestellt ist, kann das Ventilelement 14 aus einer ursprünglichen vollständig geschlossenen Position (erzeugt vor der Kontraktion des Hauptkörpers 3) um einen bestimmten Winkel in der Öffnungsrichtung versetzt sein. Der am weitesten entfernte Punkt (von der Rotationsachse L) von jeder der Umfangsflächen 14a kann jedoch immer noch in engem Kontakt (in einem Punktkontakt) mit einer entsprechenden Ventildichtfläche 5, wie es in 6(b) gezeigt ist, sein. Zusätzlich können die Umfangsenden von jeder der Umfangsflächen 14a auch noch in engem Kontakt (in einem Punktkontakt) mit einer entsprechenden Ventildichtfläche 5 sein, wie es in 6(c) gezeigt ist. Daher kann jede Umfangsfläche 14a eng anliegend mit einer entsprechenden Ventildichtfläche 5 entlang der gesamten relevanten Umfangslänge in Berührung sein (in Linienkontakt), ohne dass ein beträchtlicher Zwischenraum im Bezug auf die Ventildichtfläche 5 erzeugt wird. Als Folge ist es möglich, einen Leckstrom der Ansaugluft zu verhindern oder zu minimieren, welcher aus einem Zwischenraum zwischen dem Hauptkörper 3 und dem Ventilelement 14 entstehen würde. Dieses Ergebnis ist selbst dann möglich, wenn sich die vollständig geschlossene Position des Ventilelements 14 aufgrund der Kontraktion des Hauptkörpers 3 versetzt hat.
Als ein Vergleichsbeispiel kann das Ventilelement 14, wie es in 7(a) dargestellt ist, gestaltet sein, wenn der Winkel θ von jeder der Ventildichtflächen 5 einen konstanten Winkelwert θ(a) entlang der gesamten relevanten Umfangslänge einnimmt. Das Ventilelement 14 dieser Konfiguration enthält den zentralen Punkt Pa des Radius R (> r) und den Zentralpunkt Pb des Radius, die zusammenfallend am Zentrum des Ventilelements 14 positioniert sind (d.h. entlang der zentralen Achse L1 des Einlassluftkanals 7), wie es in 7(a) und 7(b) gezeigt ist.
Unter der Annahme, dass der Bohrungswandbereich 4 des Hauptkörpers 3 sich gleichmäßig zusammenzieht, so dass der Durchmesser um eine vorgegebene Länge (die gleich der Länge der Situation, die im Hinblick auf 6(a) diskutiert wurde, sein kann) im Bezug auf eine Umfangsrichtung verkleinert wird, wie es in 8(a) dargestellt ist, kann die daraus sich ergebende vollständig geschlossene Position des Ventilelements 14 um einen bestimmten Winkel in einer Öffnungsrichtung aus einer vollständig geschlossenen Position, die vor dem Zusammenziehen des Hauptkörpers 3 möglich ist, versetzt sein. In diesem Fall können die Umfangsenden von jeder der Umfangsflächen 14a nach wie vor in engem Kontakt (in Punktberührung) mit einer entsprechenden Ventildichtfläche 5, wie es in 8(c) gezeigt ist, sein. Der am weitesten entfernte Punkt (von der Rotationsachse L) von jeder Umfangsfläche 14a ist jedoch nicht unbedingt in enger Berührung mit der entsprechenden Ventildichtfläche 5, wie es in 8(b) dargestellt ist. Wenn der Winkel θ der Ventildichtflächen ein konstanter Wert ist, kann folglich ein Zwischenraum C zwischen jeder Umfangsfläche 14a und der entsprechenden Ventildichtfläche 5 erzeugt werden. Als Folge ist es möglich, dass Einlassluft durch den Zwischenraum C ausleckt.
Wenn der konstante Winkel θ von jeder der Ventildichtflächen 5 in diesem Vergleichsbeispiel derart festgelegt ist, dass er einen Winkel darstellt, der es ermöglicht, dass die Umfangsflächen 14a des Ventilelements 14 mit der entsprechenden Ventildichtfläche 5 an einem Punkt am weitesten entfernt von der Rotationsachse L (siehe 8(b)) in Berührung sind, dann können sich die Umfangsenden der Umfangsflächen 14a mit den Ventildichtflächen 5 verkeilen (siehe 8(c)). Daher ist es möglich, dass das Ventilelement 14 nicht richtig arbeitet, wenn ein konstanter Winkel θ für diese Gestaltung festgelegt ist.
Folglich kann bei einem Ventilelement 14, wenn der Winkel θ von jeder der Ventildichtflächen 5 derart festgelegt ist, dass er einen konstanten Wert entlang einer Umfangsrichtung aufweist, entweder ein Leckstrom von Einlassluft in der vollständig geschlossenen Position möglich sein oder es kann zu einem nicht richtigen Betrieb des Ventilelements 14 führen.
Im Vergleich dazu können gemäß der repräsentativen Ausführungsform die Umfangsflächen 14a des Ventilelements 14 dichtend in Berührung mit den entsprechenden Ventildichtflächen 5 des Hauptkörpers 3 gelangen, selbst wenn die vollständig geschlossene Position des Ventilelements 14 aufgrund des Zusammenziehens des Hauptkörpers 3 versetzt ist. Daher können die mögliche Fehlfunktion des Ventilelements 14 und ein möglicher Leckstrom der Ansaugluft verhindert oder minimiert werden.
Ferner wird gemäß der repräsentativen Ausführungsform das Ventilelement 14 derart gegossen, dass es einen Bereich einer Drosselwelle 8 umfasst bzw. umschließt. Zusätzlich sind gegenüberliegende Enden in einer Axialrichtung der Drosselwelle 8 verschiebbar in Berührung mit den jeweiligen Enden der Metalllager 10 und 12. Als Folge kann das Ventilelement 14 in Position relativ zur Axialrichtung der Drosselwelle 8 gehalten werden. Vorzugsweise weist ein Teil der Drosselwelle 8 eine nicht kreisförmige Querschnittskonfiguration auf, insbesondere der Teil, um den das Ventilelement 14 gegossen ist. Insbesondere kann der Teil der Drosselwelle 8 eine kreisförmige Querschnittskonfiguration mit flachen oder angeschrägten diametral gegenüberliegenden Seiten aufweisen, wie es in 3 dargestellt ist.
Gemäß der Darstellung in 4 erstreckt sich ein Bereich 3a, der ein Entfernen verhindert, von der inneren Wand des Lagerbereichs 9 des Hauptkörpers 3 ausgehend, um zu verhindern, dass das Metalllager 10 der linken Seite in eine Richtung entgegengesetzt zum Ventilelement 14 entfernt wird (d.h. der Richtung nach links betrachtet in 4). Zusätzlich erstreckt sich ein Bereich 3b, der ein Entfernen verhindert, von der inneren Wand des Lagerbereichs 11 ausgehend, damit verhindert wird, dass das Metalllager 11 der rechten Seite in einer Richtung entgegengesetzt zum Ventilelement 14 entfernt wird (d.h. der Richtung nach rechts betrachtet in 4).
Ferner ist, wie es in 4 dargestellt ist, ein ringförmiges Dichtelement 17, vorzugsweise aus Gummi gefertigt, in den Lagerbereich 9 eingesetzt, so dass es in Berührung mit dem Bereich 3a ist, der ein Entfernen verhindert. Das Dichtelement 17 kann gewaltsam in den Lagerbereich 9 von einer offenen Seite (d.h. der linken Seite betrachtet in 4) des Lagerbereichs 9 eingesetzt werden. Die innere Umfangsfläche des ringförmigen Dichtelements 17 ist verschiebbar in eine ringförmige Ausnehmung 8c in Umfangsrichtung eingesetzt, die auf einer äußeren Oberfläche der Drosselwelle 8 geformt ist. Das Dichtelement 17 dient dazu zu verhindern, dass Luft innerhalb der Abdeckung 30 in den Lufteinlassdurchlass 7 gelangt, und zu verhindern, dass die Ansaugluft innerhalb des Einlassluftdurchlasses 7 in die Abdeckung 30 ausleckt.
Ein repräsentatives Verfahren zum Herstellen des Drosselkörpers 2 wird nun beschrieben. Das repräsentative Verfahren enthält im Allgemeinen einen Ventilgussvorgang und einen Körpergussvorgang.
Bei dem Ventilgussvorgang wird das Ventilelement 14 über einen Spritzgussvorgang unter Verwendung einer Form, die ein Ventil ausbildet (nicht dargestellt) gegossen, wobei ein Harzmaterial verwendet wird, wie es in 9 dargestellt ist. Dabei ist, wie vorher beschrieben, jede der äußeren Umfangsflächen 14a um den Winkel θ relativ zu einer Ebene in Durchmesserrichtung geneigt, welche die Rotationsachse L der Drosselwelle 8 enthält. Der Wert des Winkels θ von jeder der äußeren Umfangsflächen 14a wird graduell kleiner in der Umfangsrichtung von einem zentralen Punkt ausgehend, der am weitesten entfernt von der Rotationsachse L ist, in Richtung auf jedes der Umfangsenden, die am nächsten an der Rotationsachse L liegen (d.h. am nächsten an den Lagerbereichen 9 und 11 des Hauptkörpers 3, siehe 2 und 8).
Die Drosselwelle 8 kann in die das Ventil formende Form vor dem Gussvorgang des Ventilelements 14 eingesetzt werden. Folglich kann das Ventilelement 14 integral mit der Drosselwelle 8 gegossen werden.
Nachfolgend wird bei dem Körpergussvorgang das Ventilelement 14 in eine Form 40, die den Körper formt und in 10 dargestellt ist, eingesetzt und der Hauptkörper 3 (siehe 3) wird dann aus einem Harzmaterial bzw. Kunststoffmaterial über einen Spritzgussvorgang gegossen. Insbesondere weist die den Körper formende Form 40 ein oberes Hauptformteil 41, ein unteres Hauptformteil 42, eine Mehrzahl von Seitenformteilen 43, ein oberes Hilfsformteil 44 und ein unteres Hilfsformteil 45 auf, um einen Hohlraum 46 innerhalb der den Körper formenden Form 40 zu definieren, welcher der Konfiguration des Hauptkörpers 3 entspricht. Das obere und das untere Hilfsformteil 44 und 45 wirken derart, dass sie das Ventilelement 14 dazwischen halten, wenn die den Körper formende Form 40 geschlossen ist. Eine Einfüllöffnung 47 für geschmolzenes Harz ist innerhalb des oberen Hauptformteils 41 definiert und steht mit dem Hohlraum 46 in Verbindung. Das geschmolzene Harz kann in den Hohlraum 46 über die Einfüllöffnung 47 von der oberen Seite des oberen Hauptformteils 41 eingefüllt werden.
Wie vorher beschrieben wird das Ventilelement 14 integral mit der Drosselwelle 8 gegossen. Zusätzlich können die Metalllager 10 und 12 (siehe 4) auf die Drosselwelle 8 aufgesetzt werden. Daher kann das Ventilelement 14 in die den Körper formende Form 40 zusammen mit der Drosselwelle 8 und den Metalllagern 10 und 12 eingesetzt werden. Dann werden die Formteile 41 bis 45 geschlossen. Danach wird das geschmolzene Harz in den Hohlraum 46 eingespritzt, der innerhalb der geschlossenen Form 40 definiert ist.
Nachdem das eingespritzte Harz innerhalb des Hohlraums 46 abgekühlt hat, so dass der Hauptkörper 3 geformt wird, können die Formteile 41 bis 45 bewegt werden, um die Form 40 zu öffnen und das gegossene Produkt (d.h. den Drosselkörper 2, der das Ventilelement 14, die Drosselwelle 8 und die Metalllager 10 und 12 aufweist) aus der Form 40 zu entnehmen. Gemäß der Darstellung in 10 werden die äußeren Umfangsflächen 14a des Ventilelements 14 zum Hohlraum 46 derart freigelegt, dass sie Teile der Wand des Hohlraums 46 definieren. Als Folge können die äußeren Umfangsflächen des Ventilelements 14, die einen Neigungswinkel θ aufweisen, die Ventildichtflächen 5 formen.
Nachdem der Drosselkörper 2 wie oben beschrieben hergestellt worden ist, werden der Stöpsel 16, das Dichtelement 17, die Rückstellfeder 19, der Motor 20, der Zahnradübersetzungsmechanismus 29 und die Abdeckung 30 an dem Drosselkörper 2 montiert. Die Montage der verschiedenen Komponenten vervollständigt die in 2 dargestellte Drosselregelungseinrichtung 1.
Das Harzmaterial bzw. Kunststoffmaterial, das für den Hauptkörper 3 und das Ventilelement 14 verwendet wird, kann vorzugsweise ein Kompositmaterial sein, das synthetisches Harz als Matrix oder Basismaterial enthält. Das synthetische Harz für die Matrix kann beispielsweise aus einer Gruppe ausgewählt werden, die besteht aus: Polyesterharz, wie z.B. Polyethylen-Terephthalat und Polybutylen-Terephthalat; Polyoefinharz, wie z.B. Polyethylen und Polypropylen; Polyamidharz, wie z.B. Polyamid 6, Polyamid 66 und aromatische Polyamide; Harz für allgemeine Zwecke, wie z.B. ABS, Polykarbonat und Polyacetal; Super Engineering Kunststoff, wie z.B. Polyphenylensulfid, Polyethersulfon, Polyetheretherketon, Polyethernitril, und Polyetherimid; wärmeaushärtendes Harz, wie z.B. Phenolharz, Epoxyharz und ungesättigtes Polyesterharz; Silikonharz; und Teflon^® Harz.
Das Kompositmaterial kann faserartiges Material und Füller enthalten. Beispielsweise kann das faserartige Material aus einer Gruppe ausgewählt werden, die besteht aus: Glasfaser, Karbonfaser, Keramikfaser, Zellulosefaser, synthetischer Textilfaser, Messingfaser und Aramidfaser. Der Füller kann ausgewählt werden aus einer Gruppe, die besteht aus: Kalziumkarbonat, Zinkoxide, Titanoxid, Aluminiumoxid, Silica, Magnesiumhydroxid, Talk, Kalziumsilicat, Glimmer, Glas, Karbon, Graphit, wärmeaushärtendes Harzpulver und Cashewstaub. In einigen Fällen kann das Kompositmaterial auch einen Flammenhemmer, eine Mittel zur Absorption von UV-Strahlung, ein Antioxidiermittel oder Schmierstoff enthalten.
Wie oben beschrieben sind bei dem repräsentativen Drosselkörper 2 die Ventildichtflächen 5 auf der Innenwand des Hauptkörpers 3 geformt, so dass die äußeren Umfangsflächen 14a des Ventilelements 14 dichtend in Berührung mit den Ventildichtflächen 5 sind, wenn das Ventilelement 14 in einer vollständig geschlossenen Position ist. Insbesondere sind die Ventildichtflächen 5 derart gestaltet, dass die äußeren Umfangsflächen 14a dichtend mit den äußeren Umfangsflächen 14a entlang der gesamten relevanten Umfangslänge der äußeren Umfangsflächen 14a in Berührung sein können, selbst wenn die vollständig geschlossene Position des Ventilelements 14 aufgrund einer Kontraktion des Hauptkörpers 3 nach dem Gussvorgang versetzt ist.
Insbesondere ist jede der Ventildichtflächen 5 auf dem Bohrungswandbereich 4 des Körperelements 3 gebildet und um einen Winkel θ relativ zu einer Ebene in Durchmesserrichtung, die die Rotationsachse L der Drosselwelle 8 enthält und senkrecht zur zentralen Achse L1 des Einlassluftkanals 7 ist, geneigt. Der Wert des Winkels θ von jeder der Ventildichtflächen 5 wird nach und nach in jeder Umfangsrichtung von einem zentralen Punkt ausgehend, welcher der Punkt ist, der am weitesten entfernt von der Rotationsachse L ist, in Richtung auf die Umfangsenden, die am nächsten an der Rotationsachse L liegen (d.h. am nächsten an den Lagerbereichen 9 und 11 des Hauptkörpers 3), kleiner.
Daher ist es möglich einen möglichen Leckstrom der Luft durch Zwischenräume zwischen den äußeren Umfangsflächen 14a und den jeweiligen Ventildichtflächen 5 zu minimieren oder zu verhindern. Zusätzlich ist es möglich zu verhindern, dass die äußeren Umfangsflächen 14a des Ventilelements 14 sich mit den Ventildichtflächen 5 verkeilen, was möglicherweise eine Fehlfunktion des Ventilelements 14 hervorrufen könnte, wenn das Ventilelement 14 in einer vollständig geschlossenen Position ist.
Ferner wird gemäß dem repräsentativen Verfahren zum Herstellen des Drosselkörpers 2 der Hauptkörper 3 unter Verwendung eines Harzmaterials, über einen Einsatzgussvorgang gegossen, wobei das Ventilelement 14 aus Harz im Voraus in die Form 40 eingesetzt wird. Daher ist es nicht erforderlich, eine Form zu verwenden, die eine komplexe Struktur aufweist, um den Drosselkörper 2 zu gießen.
Die Dichtung zwischen den äußeren Umfangsflächen 14a und den jeweiligen Ventildichtflächen 5 kann weiter durch Beschichten eines Dichtmittels auf die äußeren Umfangsflächen 14a und/oder die Ventildichtflächen 5 verbessert werden.
ZWEITE REPRÄSENTATIVE AUSFÜHRUNGSFORM
Eine zweite repräsentative Ausführungsform wird nun unter Verweis auf 11 beschrieben. Die zweite repräsentative Ausführungsform betrifft eine Modifikation der ersten repräsentativen Ausführungsform und unterscheidet sich von der ersten repräsentativen Ausführungsform nur in der Konfiguration des Ventilelements. Im Hinblick auf alles Andere ist die zweite repräsentative Ausführungsform gleich wie die erste repräsentative Ausführungsform.
Ein Ventilelement 114, das in 11 dargestellt ist, unterscheidet sich von dem Ventilelement 14 der ersten repräsentativen Ausführungsform dahingehend, dass jede der äußeren Umfangsflächen 114a einen ersten Teil 114a1 und einen zweiten Teil 114a2 aufweist, die jeweils im Wesentlichen der Hälfte der Dicke des Ventilelements 14 entsprechen. Der erste Teil 114a1 ist auf der schließenden Seite des Ventilelements 114 positioniert und dient als Kontaktfläche zur Berührung mit der entsprechenden Ventildichtfläche 5. In entsprechender Weise wie die äußere Umfangsflä che 14a der ersten repräsentativen Ausführungsform ist der erste Teil 114a1 um einen Winkel θ geneigt, um dichtend in Berührung mit der Ventildichtfläche 5 zu sein, wenn das Ventilelement 114 in einer vollständig geschlossenen Position ist. Der zweite Teil 114a2 ist nicht in Berührung mit der Ventildichtfläche 5 und weist eine Umfangsfläche auf, die in einer Richtung entgegengesetzt zur Neigungsrichtung der Umfangsfläche des ersten Teils 114a1 geneigt ist. Daher entspricht das Ventilelement 114 einem Ventilelement 14, das modifiziert ist (d.h. geschnitten), so dass die Umfangsfläche des zweiten Teils 114a2 gebildet wird. Auch bei diesem Ventilelement 114 arbeitet der erste Teil 114a1 derart, dass er die gleiche Arbeitsweise wie die äußere Umfangsfläche 14a des Ventilelements 14 der ersten repräsentativen Ausführungsform vorsieht.
DRITTE REPRÄSENTATIVE AUSFÜHRUNGSFORM
Eine dritte repräsentative Ausführungsform wird nun unter Verweis auf 12 beschrieben. Die dritte repräsentative Ausführungsform bezieht sich ebenfalls auf eine Modifikation der ersten repräsentativen Ausführungsform und unterscheidet sich von der ersten repräsentativen Ausführungsform in den Gestaltungen des Ventilelements und der Ventildichtflächen. Im Bezug auf alles Andere ist die dritte repräsentative Ausführungsform gleich wie die erste repräsentative Ausführungsform.
Wie es in 12 dargestellt ist, sind Ventildichtflächen 205, die auf dem Bohrungswandbereich 4 des Hauptkörpers 3 geformt sind, derart positioniert, dass sie bezüglich einander in der Axialrichtung des Einlassluftkanals 7 versetzt sind (in der vertikalen Richtung betrachtet in 12). Das Ventilelement 214 ist derart konfiguriert, dass die Kontaktflächen oder die äußeren Umfangsflächen 214 bezüglich einander in der Axialrichtung des Einlassluftkanals 7 versetzt sind. Die Ventildichtflächen 205 weisen die gleichen Gestaltungen wie die Ventildichtflächen 5 der ersten repräsentativen Ausführungsform auf. Zusätzlich können die äußeren Umfangsflächen 214a die gleichen Konfigurationen wie die äußeren Umfangsflächen 14a der ersten repräsentativen Ausführungsform haben.
Mit dieser Anordnung ist es auch möglich, die gleichen Arbeitsweisen und Vorteile wie bei der ersten repräsentativen Ausführungsform zu erzielen.
VIERTE REPRÄSENTATIVE AUSFÜHRUNGSFORM
Eine vierte repräsentative Ausführungsform wird nun unter Verweis auf 13 beschrieben. Die vierte repräsentative Ausführungsform bezieht sich ebenfalls auf eine Modifikation der ersten repräsentativen Ausführungsform und unterscheidet sich von der ersten repräsentativen Ausführungsform in den Konfigurationen des Ventilelements und der Ventildichtflächen. Im Hinblick auf alles Andere ist die vierte repräsentative Ausführungsform gleich zur ersten repräsentativen Ausführungsform.
Bei dieser repräsentativen Ausführungsform weist jeder der äußeren Umfangsbereiche 314b eines Ventilelements 314 eine Kontaktfläche 314c auf einer Schließrichtungsseite (d.h. der Seite in einer Richtung im Uhrzeigersinn betrachtet in 13) auf. Die Berührungsfläche 314c ist in Berührung mit einer entsprechenden Ventildichtfläche 305 innerhalb einer Ebene, die im Wesentlichen senkrecht zur zentralen Achse L1 des Einlassluftkanals 7 ist. Die Ventildichtflächen 305 sind jeweils auf Flanschbereichen 4a geformt, die sich in den Einlassluftkanal 7 von der inneren Wand des Bohrungswandbereichs 4 ausgehend erstrecken. Äußere Umfangsflächen 314a des Ventilelements 314 sind derart gestaltet, dass sie im Wesentlichen Bereiche einer zylindrischen Oberfläche um die zentrale Achse L1 definieren, wenn das Ventilelement 314 in einer vollständig geschlossenen Position ist.
Durch diese Anordnung ist es möglich, dass sich die Berührungsebenen zwischen den Berührungsflächen 314c des Ventilelements 314 und den jeweiligen Ventildichtflächen 305 nicht verändern, selbst wenn sich der Hauptkörper 3 nach dem Gussvorgang zusammengezogen hat. Daher können die Berührungsflächen 314c des Ventilelements 314 immer noch dichtend in Berührung mit den jeweiligen Ventildichtflächen 305 sein. Folglich ist es möglich, einen Leckstrom der Luft durch mögliche Zwischenräume zwischen den Berührungsflächen 314c und den jeweiligen Ventildichtflächen 305 zu verhindern oder zu minimieren. Zusätzlich ist es möglich, dass man verhindert, dass die äußeren Umfangsbereiche 314b des Ventilelements 314 in die Ventildichtflächen 305 verkeilt werden, wodurch eine Fehlfunktion des Ventilelements 314 hervorgerufen werden könnte, wenn das Ventilelement 314 in einer vollständig geschlossenen Position ist.
FÜNFTE REPRÄSENTATIVE AUSFÜHRUNGSFORM
Es wird nun eine fünfte repräsentative Ausführungsform unter Verweis auf 14(a) und 14(b) bis 19 beschrieben. Die fünfte repräsentative Ausführungsform bezieht sich ebenfalls auf eine Modifikation der ersten repräsentativen Ausführungsform und unterscheidet sich von der ersten repräsentativen Ausführungsform in den Gestaltungen des Ventilelements und der Ventildichtflächen. Im Hinblick auf alles Andere ist die fünfte repräsentative Ausführungsform gleich wie die erste repräsentative Ausführungsform.
Wie es in 14(a) und 15(a) dargestellt ist, weist gemäß der fünften repräsentativen Ausführungsform jede der äußeren Umfangsflächen 414a eines Ventilelements 414 einen ersten Teil 414a1 auf einer schließenden Seite des Ventilelements 414 und einen zweiten Teil 414a2 auf der geöffneten Seite des Ventilelements 414 auf. Der erste Teil 414a1 ist um einen variablen Winkel θ relativ zu einer Ebene in Durchmesserrichtung geneigt, welche die Rotationsachse L der Drosselwelle 8 enthält. In 14(b) und 15(b) sind θ(α1) und θ(β1) als ein Winkel relativ zur zentralen Linie L1 dargestellt. Auf die gleiche Weise wie bei der ersten repräsentativen Ausführungsform wird der Wert des Winkels θ von jedem der ersten Teile 414a1 graduell in der Umfangsrichtung von einem zentralen Punkt, der am weitesten entfernt von der Rotationsachse L ist, in Richtung auf beide Umfangsenden kleiner, die am nächsten an der Rotationsachse L liegen (d.h. am nächsten an den Lagerbereichen 9 und 11 des Hauptkörpers 3). Daher ist die fünfte repräsentative Ausführungsform im Wesentlichen gleich wie die erste repräsentative Ausführungsform diesbezüglich.
Gemäß der Darstellung in 14(a) und 14(b) ist der zweite Teil 414a2 auf der oberen Seite (betrachtet in diesen Figuren) angebracht und ist als eine konvex gekrümmte Oberfläche gestaltet, die einen variablen Krümmungsradius aufweist (gezeigt als Krümmungsradius R1(α) in 14(b) und Krümmungsradius R1(β) gezeigt in 15(b)). Der zweite Teil 414a2 erstreckt sich nicht nach außen über eine Ebene hinaus, die durch den ersten Teil 414a1 definiert wird.
Gemäß der Darstellung in 14(b) besitzt an dem zentralen Punkt, der am weitesten entfernt von der Rotationsachse L ist, der zweite Teil 414a2 den Krümmungsradius R1(α) um einen zentralen Punkt P1 (siehe 14(a)) einer Oberfläche 414A der offenen Seite des Ventilelements 414. Gemäß der Darstellung in 15(b) hat an beiden Umfangsenden, die am nächsten an der Rotationsachse L oder an den Lagerbereichen 9 und 11 des Hauptkörpers 3 liegen, der zweite Teil 414a2 den Krümmungsradius R1(β) um einen Punkt P2 (siehe 14(a)), der auf der Oberfläche 414a der offenen Seite zwischen dem Punkt P1 und der Umfangsfläche 414a positioniert ist. Dabei sind die Krümmungsradien R1(α) und R1(β) derart spezifiziert, dass sie der folgenden Beziehung genügen: R1(α) > R1(β).
Zusätzlich nimmt der Wert des Krümmungsradius nach und nach vom Krümmungsradius R1(α) am zentralen Punkt zum Krümmungsradius R1(β) an den Umfangsenden des zweiten Teils 414a2 ab. Ferner nimmt eine Dicke des zweiten Teils 414a2 in der Richtung der Dicke des Ventilelements 414 graduell von einer Dicke t1(α) am zentralen Punkt (siehe 14(b)) zu einer Dicke t1(β) an den Umfangsenden (siehe 15(b)) ab. Bei dieser repräsentativen Ausführungsform ist die Dicke t1(α) festgelegt, dass sie etwa 70 % einer Gesamtdicke t0 des Ventilelements 414 an den äußeren Umfangsflächen 414a entspricht. Die Dicke t1(β) ist festgelegt, dass sie etwa 25 der Gesamtdicke t0 ist.
In diesem Zusammenhang ist jede der Ventildichtflächen 405 des Hauptkörpers 3 gestaltet, dass sie einen ersten Teil 405a1 und einen zweiten Teil 405a2 (siehe 14(b) und 15(b)) aufweist, die jeweils dem ersten Teil 414a1 und dem zweiten Teil 414a2 des Ventilelements 414 entsprechen.
Auch bei dieser repräsentativen Ausführungsform kann der erste Teil 414a1 von jeder der äußeren Umfangsflächen 414a des Ventilelements 414 dichtend mit dem ersten Teil 405a1 der entsprechenden Ventildichtfläche 405 entlang der gesamten relevanten Umfangslänge, wie es in 16(a) und 16(b) und 17(a) und 17(b) gezeigt ist, in Berührung sein. Die dichtende Berührung kann erzielt werden, selbst wenn der Hauptkörper 3 nach dem Gussvorgang sich zusammengezogen hat.
16(a) und 16(b) zeigen das Verhältnis zwischen dem Hauptkörper 3 und dem Ventilelement 414 am zentralen Punkt der Umfangsflächen 414a des Ventilelements 414. 17(a) und 17(b) zeigen das Verhältnis zwischen dem Hauptkörper 3 und dem Ventilelement 414 an den Umfangsenden der Umfangsflächen 414a. Daher kann die fünfte repräsentative Ausführungsform die gleiche Arbeitsweise und die gleichen Vorteile wie die erste repräsentative Ausführungsform erzielen.
Zusätzlich ist gemäß dieser repräsentativen Ausführungsform der Rand auf der schließenden Seite (der Seite kleinen Durchmessers) des ersten Teils 414a1 am zentralen Punkt in der Umfangsrichtung in Berührung mit jeder Ventildichtfläche 405a1 an einem Punkt P(α), wie es in 16(b) gezeigt ist, wenn sich die vollständig geschlossene Position des Ventilelements 414 aufgrund der Kontraktion des Hauptkörpers 3 versetzt hat. Zusätzlich ist der Rand auf der schließenden Seite (Seite kleinen Durchmessers) des ersten Teils 414a1 an den Umfangsenden in Berührung mit jeder Ventildichtfläche 405a1 an einem Punkt P(β), wie es in 17(b) dargestellt ist. Dies wird durch die Festlegung des Winkels θ erzielt, insbesondere des Winkels θ(α1), der in 14(b) dargestellt ist, und des Winkels θ(β1), der in 15(b) gezeigt ist. Somit sind das Ventilelement 414 und jede Ventildichtfläche 405a1 miteinander entlang der gesamten Umfangslänge mit einer linearen Dichtlinie, die sich zwischen dem Punkt P(α), der in 16(b) dargestellt ist, und dem Punkt P(β), der in 17(b) dargestellt ist, erstreckt, in Berührung. Auf diese Weise kann die Dichtleistung in der vollständig geschlossenen Position des Ventilelements 414 sichergestellt werden, so dass ein möglicher Leckstrom der Ansaugluft verringert oder minimiert wird.
Ferner weist gemäß der fünften repräsentativen Ausführungsform jede der äußeren Umfangsflächen 414a einen zweiten Teil 414a2 auf, der als konvex gekrümmte Oberfläche gestaltet ist, die sich in Reihe mit dem ersten Teil 414a1 erstreckt. Daher ist es möglich, die Strömungsrate der Einlassluft zu verringern, wenn der Öffnungswinkel des Ventilelements 414 innerhalb eines Bereichs kleinen Öffnungswinkels liegt. Ein Bereich kleinen Öffnungswinkels kann ein Winkel zwischen 0° bis 7° sein, wobei der Öffnungswinkel in einer vollständig geschlossenen Position als 0° festgelegt ist. Mit anderen Worten ist es möglich, das Verhältnis der Zunahme der Strömungsrate der Einlassluft im Bereich eines kleinen Öffnungswinkels zu verringern.
Eine charakteristische Linie Lb der Veränderung der Strömungsrate der Ansaugluft im Bezug auf die Veränderung des Öffnungswinkels des Ventilelements 414 ist in 20 gezeigt. Für Vergleichszwecke ist auch eine charakteristische Linie La, die durch das Ventilelement 14 der ersten repräsentativen Ausführungsform erzielt wird, in 20 dargestellt. Wie aus 20 zu erkennen ist, wird innerhalb des Bereichs eines kleinen Öffnungswinkels (0° bis 7°) die Strömungsrate der Ansaugluft, die durch das Ventilelement 414 der fünften repräsentativen Ausführungsform erzielt wird, um ungefähr 30 % im Vergleich zu der Strömungsrate, die durch das Ventilelement 14 der ersten repräsentativen Ausführungsform erzielt wird, verringert.
Daher ist es möglich, die Bemessungsgenauigkeit für die Ansaugluft innerhalb eines Bereichs kleinen Öffnungswinkels des Ventilelements 414 zu verbessern. Folglich kann die Leistung des Drosselkörpers 2 im Bereich des kleinen Öffnungswinkels verbessert werden. Zusätzlich ist es möglich, die Rotationsgeschwindigkeit des Motors während des Leerlaufbetriebs zu verringern. Folglich kann während des Leerlaufbetriebs die Kraftstoffeffizienz verbessert werden. Ferner kann die Abgasemission verringert werden.
Die oben stehende Konstruktion der fünften repräsentativen Ausführungsform kann effizient die Leistung innerhalb eines Bereichs kleinen Öffnungswinkels im Vergleich zu einer Konstruktion, die durch die japanische offengelegte Patentschrift Nr. 2002-530587 vorgeschlagen wird, verbessern.
Gemäß der Darstellung in 27 weist ein Drosselkörper 901, der in der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung Nr. 2002-530587 dargestellt ist, einen Bohrungswandbereich 902 auf, der aus Harz gefertigt ist. Ein Einlassluftkanal 903 ist innerhalb des Bohrungswandbereichs 902 definiert. Ein Ventilelement 905 wird durch eine Drosselwelle 904 gestützt und ist innerhalb des Ansaugluftkanals 903 drehbar. Ein zylindrisches Element 912, das aus Metall gefertigt ist, ist in den Bohrungswandbereich 902 eingesetzt. Das zylindrische Element 912 weist Innenwände 926 auf, die dazu gestaltet sind, eine spezielle charakteristische Strömungsrate von Ansaugluft als Antwort auf einen Öffnungswinkel des Ventilelements 905 vorzusehen. Die Innenwände 926 sind symmetrisch zueinander im Bezug auf einen Punkt auf der Rotationsachse der Drosselwelle 904. Jede der Innenwände 926 weist einen verhältnismäßig geraden zylindrischen Abschnitt 926a und einen bogenförmigen Abschnitt 926b auf, die jeweils auf der das Ventil schließenden Seite und der das Ventil öffnenden Seite im Bezug auf die vollständig geschlossene Position des Ventilelements 905 positioniert sind.
Gemäß dieser Veröffentlichung werden das Ventilelement 905 und das zylindrische Element 912 voneinander getrennt hergestellt, ehe sie zusammengefügt werden. Daher ist es erforderlich, die Toleranzen dieser Bauteile zu berücksichtigen. Wenn der Durchmesser R_V des Ventilelements 905 und ein Durchmesse R_B des bogenförmigen Abschnitts 926b von jeder Innenwand 926 des zylindrischen Elements 912 derart festgelegt sind, dass sie gleich zueinander sind (R_V = R_B) besteht daher die Möglichkeit, dass das Ventilelement 905 mit den bogenförmigen Abschnitten 926b in Wechselwirkung tritt, was möglicherweise eine Fehlfunktion des Ventilelements 905 hervorruft. Daher ist es erforderlich, die Durchmesser R_V und R_B derart festzulegen, dass sie dem folgenden Verhältnis genügen: RV < RB.
Umgekehrt können gemäß der fünften repräsentativen Ausführungsform das Ventilelement 414 und die Ventildichtflächen 405 gegossen werden, dass sie jeweils einen Durchmesser R_V1 und einen Durchmesser R_B1 aufweisen, der dem Durchmesser R_V1 der Ventildichtflächen 405 entspricht (siehe 14(a)). Dies kann erreicht werden, indem der Einsatzgussvorgang verwendet wird, wie er in Verbindung mit der ersten repräsentativen Ausführungsform beschrieben wurde. Der Hauptkörper 3 kann unter Verwendung von Harz gegossen werden, wobei das Ventilelement 414 in die Form eingesetzt ist. Die Ventildichtflächen 405 können folglich Gestalten aufweisen, welche den Gestalten der Umfangsflächen 414a des Ventilelements 414 entsprechen. Daher kann die Strömungsrate von Ansaugluft innerhalb des Bereichs eines kleinen Öffnungswinkels des Ventilelements 414 weiter reduziert werden, da die Differenz zwischen dem Durchmesser R_V1 und dem Durchmesser R_B1 minimiert ist.
Folglich kann die Bemessungsgenauigkeit für die Ansaugluft innerhalb des Bereichs eines kleinen Öffnungswinkels des Ventilelements 414 weiter verbessert werden. Daher kann die Leistung des Drosselkörpers 2 innerhalb des Bereichs kleinen Öffnungswinkels weiter im Vergleich zur Leistung des Drosselkörpers der oben stehenden Veröffentlichung verbessert werden.
Die Leistung innerhalb des Bereichs kleinen Öffnungswinkels kann selektiv durch Verändern des Verhältnisses zwischen der Dicke des ersten Teils 414a1 und der Dicke des zweiten Teils 414a2 bestimmt werden. Insbesondere kann das Verhältnis der Änderung der Strömungsrate innerhalb des Bereichs kleinen Öffnungswinkels verringert werden, wenn die Dicke des zweiten Teils 414a2 größer als die Dicke des ersten Teils 414a1 wird. Folglich kann das Verhältnis verändert werden, um die Bemessungsgenauigkeit für die Ansaugluft innerhalb des Bereichs kleinen Öffnungswinkels weiter zu verbessern und um die Leistung des Drosselkörpers 2 innerhalb des Bereichs kleinen Öffnungswinkels zu verbessern. Es ist vorteilhaft, wenn der zweite Teil 414a2 auf zumindest der Öffnungsseite (Seite großen Durchmessers) der äußeren Umfangsflächen 414a geformt ist. Es ist möglich, dass der zweite Teil 414a2 derart geformt ist, dass er sich im Wesentlichen entlang der Gesamtdicke der äußeren Umfangsflächen 414a erstreckt.
Ferner ist die fünfte repräsentative Ausführungsform bezüglich der ersten repräsentativen Ausführungsform vorteilhaft im Hinblick auf die Herstellungskosten. Beispielsweise kann bei dem Ventilelement 14 der ersten repräsentativen Ausführungsform die Möglichkeit vorhanden sein, dass ein kleiner abgerundeter Eckbereich 15 auf der Öffnungsseite (Seite großen Durchmessers) der äußeren Umfangsfläche 14a des Ventilelements 14, wie es in 18 gezeigt ist, ausgebildet wird. Dieser Grat kann sich bilden, wenn das Ventilelement 14 mittels eines Spritzgussvorgangs gegossen wird. In 18 ist der abgerundete Eckbereich 15 in übertriebener Form zu Veranschaulichungszwecken dargestellt.
Wenn der Hauptkörper 3 durch die Form 40 zum Ausbilden des Körpers gegossen wird, wobei das Ventilelement 14 bereits in die Form 40 eingesetzt ist, wie es in Verbindung mit der ersten repräsentativen Ausführungsform beschrieben wurde, kann geschmolzenes Harz bzw. Kunststoff in einen kleinen Spalt zwischen dem oberen Hilfsformteil 44 und dem abgerundeten Eckbereich 15 des Ventilelements 14 einströmen. Daher können Grate auf der inneren Wand des Ansaugluftkanals 7 des gegossenen Hauptkörpers 3 ausgebildet werden. Die derart gebildeten Grate können möglicherweise mit dem Ventilelement 14 in Wechselwirkung treten, so dass sie möglicherweise ein schlechtes Funktionieren des Ventilelements 14 hervorrufen, wenn das Ventilelement 14 in die offene Position gedreht ist. Aus diesem Grund wäre es erforderlich, die Grate nach dem Gussvorgang zu entfernen.
Umgekehrt weist gemäß einer fünften repräsentativen Ausführungsform das Ventilelement 414 den zweiten Teil 414a2 auf, der als eine konvex gekrümmte Oberfläche auf der Öffnungsseite oder der Seite großen Durchmessers von jeder der äußeren Umfangsflächen 414a (siehe 14(b) und 15(b)) gestaltet ist. Daher kann ein Winkel θt zwischen einer Tangente Lt, die von dem oberen Ende des zweiten Teils 414a2 gezogen ist, und einer Oberfläche 414a auf der offenen Seite des Ventilelements 414 größer als der entsprechende Winkel zwischen jeder äußeren Umfangsfläche 14a und der Oberfläche 14A des Ventilelements 14 der ersten repräsentativen Ausführungsform festgelegt werden. Mit anderen Worten liegt der Winkel θt näher bei 90° als der entsprechende Winkel des Ventilelements 14. Als Folge kann das Ventilelement 414 ohne einen abgerundeten Eckbereich, der dem abgerundeten Eckbereich 15 entspricht, gegossen werden, oder zumindest mit einem minimal abgerundeten Eckbereich. Es ist zu verstehen, dass ein solcher abgerundeter Eckbereich kleiner wird, wenn der Winkel θt sich auf näherungsweise 90° erhöht.
Auf diese Weise ist es gemäß der fünften repräsentativen Ausführungsform möglich, das Erzeugen des abgerundeten Eckbereichs zu eliminieren oder zu minimieren. Daher kann der Vorgang des Entfernens der Grate, die durch einen abgerundeten Eckbereich erzeugt werden, entfallen oder minimiert werden.
SECHSTE REPRÄSENTATIVE AUSFÜHRUNGSFORM
Eine sechste repräsentative Ausführungsform wird nun unter Verweis auf 21 beschrieben. Die sechste repräsentative Ausführungsform bezieht sich auch auf eine Modifikation der fünften repräsentativen Ausführungsform und unterscheidet sich von der fünften repräsentativen Ausführungsform in den Gestaltungen des Ventilelements und der Ventildichtflächen. Im Hinblick auf alles Andere ist die sechste repräsentative Ausführungsform gleich wie die erste repräsentative Ausführungsform.
Bezugnehmend auf 21 weist ein Ventilelement 514 gemäß der sechsten repräsentativen Ausführungsform äußere Umfangsbereiche 514a auf, welche den äußeren Umfangsbereichen 414a des Ventilelements 414 der fünften repräsentativen Ausführungsform entsprechen. Zusätzlich weist jeder der äußeren Umfangsbereiche 514a einen ersten Teil 514a1 und einen zweiten Teil 514a2 auf, die jeweils dem ersten Teil 414a1 und dem zweiten Teil 414a2 entsprechen. Ferner weist das Ventilelement 514 gegenüberliegende Oberflächen 514A und 514B auf, die jeweils auf der das Ventil öffnenden Seite und der das Ventil schließenden Seite positioniert sind. Ventildichtflächen 505 sind derart geformt, dass sie den Gestalten der äußeren Umfangsbereiche 514a des Ventilelements 514 entsprechen.
Das Ventilelement 514 unterscheidet sich von dem Ventilelement 414 dahingehend, dass die vollständig geschlossene Position als eine Position festgelegt ist, die bezüglich einer Linie L2 um einen Winkel θ1 in der Schließrichtung (Richtung im Uhrzeigersinn betrachtet in 21) versetzt ist. Die Linie L2 ist senkrecht zur zentralen Linie L1 des Einlassluftkanals 7. Die zentrale Linie L1 und die Linie L2 sind senkrecht zur Rotationsachse L des Ventilelements 514. Der Winkel 81 ist bekannt als „Ventileinstellwinkel". Vorzugsweise ist der Winkel 81 innerhalb eines Bereichs zwischen 0° und -5,6° festgelegt. Dabei bezeichnet -5,6°, dass der Winkel, der von der Linie L2 in der Schließrichtung (Richtung im Uhrzeigersinn) gemessen ist, 5,6° beträgt.
Mit dieser Anordnung kann das Verhältnis der Änderung der Strömungsrate der Ansaugluft innerhalb des Bereichs kleinen Öffnungswinkels des Ventilelements 514 weiter gesenkt werden als das Verhältnis, das durch die fünfte repräsentative Ausführungsform erreicht wird, wie es durch die charakteristische Linie Lc in 20 angegeben ist. Mit anderen Worten kann die Strömungsrate der Ansaugluft innerhalb des Bereichs kleinen Öffnungswinkels des Ventilelements 514 unter die Strömungsrate verringert werden, die durch die fünfte repräsentative Ausführungsform erhalten wird. Insbesondere ist die Strömungsrate der Ansaugluft, die durch das Ventilelement 514 der sechsten repräsentativen Ausführungsform erhalten wird, um ungefähr 30 % kleiner im Vergleich zur Strömungsrate, die durch das Ventilelement 414 der fünften repräsentativen Ausführungsform erzielt wird.
Als Folge ist eine Verbesserung in der Bemessungsgenauigkeit der Ansaugluft innerhalb des Bereichs kleinen Öffnungswinkels des Ventilelements 514 vorhanden. Die Leistung des Drosselkörpers 2 innerhalb des Bereichs kleinen Öffnungswinkels kann ebenfalls verbessert werden, so dass die Rotationsgeschwindigkeit des Motors während des Leerlaufbetriebs weiter gesenkt wird. Folglich ist eine Verbesserung in der Kraftstoffeffizienz während des Leerlaufbetriebs vorhanden. Zusätzlich gibt es eine weitere Verringerung in der Emission von Abgas.
Wenngleich die sechste repräsentative Ausführungsform als Modifikation der fünften repräsentativen Ausführungsform beschrieben wurde, kann das Festlegen der vollständig geschlossenen Posi tion auf eine Position, die bezüglich einer Linie L2 um den Winkel θ1 versetzt ist (d.h. den Ventileinstellwinkel), ebenfalls auf die erste repräsentative Ausführungsform angewendet werden.
SIEBTE REPRÄSENTATIVE AUSFÜHRUNGSFORM
Eine siebte repräsentative Ausführungsform wird nun unter Verweis auf 22 beschrieben. Die siebte repräsentative Ausführungsform betrifft ebenfalls eine Modifikation der fünften repräsentativen Ausführungsform und unterscheidet sich von der fünften repräsentativen Ausführungsform in den Gestaltungen des Ventilelements und der Ventildichtfläche. Im Hinblick auf alles Andere ist die siebte repräsentative Ausführungsform gleich wie die fünfte repräsentative Ausführungsform.
Bezugnehmend auf 22 weist ein Ventilelement 714 der siebten repräsentativen Ausführungsform äußere Umfangsflächen 714a auf (es ist lediglich eine äußere Umfangsfläche 714a in 22 dargestellt), die jeweils einen ersten Teil 714a1 und einen zweiten Teil 714a3, die dem ersten Teil 414a1 bzw. dem zweiten Teil 414a2 der fünften repräsentativen Ausführungsform entsprechen, aufweisen. Ferner besitzt das Ventilelement 714 gegenüberliegende Oberflächen 714A und 714B. Das Ventilelement 714 unterscheidet sich von dem Ventilelement 414 der fünften repräsentativen Ausführungsform in der Gestalt des Querschnitts des zweiten Teil 714a3. Somit ist der zweite Teil 714a3 gestaltet, dass er eine Querschnittskonfiguration aufweist, die einem Teil eines Ovals oder einer Ellipse entspricht, die sich gleichmäßig vom ersten Teil 714a1 fortsetzt. In diesem Zusammenhang weist eine Ventildichtfläche 705 einen ersten Teil 705a1 und einen zweiten Teil 705a3 auf, die jeweils dem ersten Teil 714a1 bzw. dem zweiten Teil 714a2 des Ventilelements 714 entsprechen. Auch bei dieser Konfiguration können die gleiche Arbeitsweise und die gleichen Vorteile wie bei der fünften repräsentativen Ausführungsform erzielt werden.
Zusätzlich kann, wenngleich bei der siebten repräsentativen Ausführungsform der zweite Teil 714a3 gestaltet ist, dass er einen Querschnitt aufweist, der einem Teil eines Ovals oder einer Ellipse entspricht, der zweite Teil verschiedene Querschnittsgestalten neben einem Teil eines Kreises oder einem Teil eines Ovals oder einer Ellipse aufweisen. Beispielsweise kann der Querschnitt des zweiten Teils einem Teil einer Evolventenkurve oder jeder anderen zweidimensionalen Kurve entsprechen, oder einer Kombination dieser Kurven und einer Kombination von einer dieser Kur ven und dem Oval oder der Ellipse, solange die Querschnittsgestalt ähnlich einem Bogen ist. Außerdem könnte der zweite Teil eine dreidimensionale gekrümmte Gestalt aufweisen. Ferner kann der Ventileinstellwinkel θ1, der in Verbindung mit der sechsten repräsentativen Ausführungsform beschrieben wurde, auch auf die siebte repräsentative Ausführungsform angewendet werden.
ACHTE REPRÄSENTATIVE AUSFÜHRUNGSFORM
Eine achte repräsentative Ausführungsform wird nun unter Verweis auf 23 beschrieben. Die achte repräsentative Ausführungsform bezieht sich auch auf eine Modifikation der fünften repräsentativen Ausführungsform und unterscheidet sich von der fünften repräsentativen Ausführungsform in den Gestaltungen des Ventilelements und der Ventildichtflächen. Im Hinblick auf alles Andere ist die achte repräsentative Ausführungsform gleich wie die fünfte repräsentative Ausführungsform.
Bezugnehmend auf 23 weist ein Ventilelement 814 der achten repräsentativen Ausführungsform äußere Umfangsflächen 814a auf (nur eine äußere Umfangsfläche 814a ist in 23 gezeigt), die jeweils einen ersten Teil 814a1 und einen zweiten Teil 814a4 aufweisen, welche dem ersten Teil 414a1 bzw. dem zweiten Teil 414a2 der fünften repräsentativen Ausführungsform entsprechen. Ferner weist das Ventilelement 814 gegenüberliegende Oberflächen 814A und 814B auf. Das Ventilelement 814 unterscheidet sich von dem Ventilelement 414 der fünften repräsentativen Ausführungsform in der Gestalt des Querschnitts des zweiten Teils 814a4. Somit ist der zweite Teil 814a4 gestaltet, dass er sich entlang einer geraden Linie im Querschnitt erstreckt und sich gleichmäßig zum ersten Teil 814a1 fortsetzt. Insbesondere ist der zweite Teil 814a4 relativ zu der zentralen Linie L1 um einen Winkel θ4 geneigt. Der Winkel θ4 ist festgelegt, dass er kleiner als der Winkel θ(α1) des ersten Teils 814a1 relativ zur zentralen Linie L1 ist. In diesem Zusammenhang weist eine Ventildichtfläche 805 einen ersten Teil 805a1 und einen zweiten Teil 805a4 auf, die jeweils dem ersten Teil 814a1 bzw. dem zweiten Teil 814a4 des Ventilelements 814 entsprechen. Auch bei dieser Anordnung können im Wesentlichen die gleichen Arbeitsweisen und Vorteile erzielt werden.
Wenngleich die achte repräsentative Ausführungsform in Verbindung mit den äußeren Umfangsflächen 814a des Ventilelements 814 und den Ventildichtflächen 805, welche den ersten und den zweiten Teil 814a1 bzw. 814a4 (805a1 bzw. 805a4) aufweisen, die jeweils eine gerade Gestalt im Querschnitt besitzen, beschrieben wurden, können die äußeren Umfangsflächen des Ventilelements und die Ventildichtflächen drei oder mehr gerade Teile aufweisen, die unterschiedliche Neigungswinkel zueinander besitzen. Andernfalls könnte ein Kombination der geraden Teile und von zumindest einem gekrümmten Teil, wie z.B. einem ovalen oder elliptischen Teil verwendet werden. Ferner kann der Ventileinstellwinkel θ1, der in Verbindung mit der sechsten repräsentativen Ausführungsform beschrieben wurde, auch für die achte repräsentative Ausführungsform angewendet werden.
(Mögliche alternative Anordnungen für die erste bis sechste repräsentative Ausführungsform)
Die erste bis sechste repräsentative Ausführungsform wurden in Verbindung mit dem Verfahren zum Herstellen des Drosselkörpers 2 oder der Drosselregelungseinrichtung 1 beschrieben. Die Verfahren zum Herstellen enthalten den Einsatzgussvorgang, bei dem der Hauptkörper 3 gegossen wird, wobei das Ventilelement im Voraus in die Form 40 eingesetzt ist. Es ist jedoch möglich, den Drosselkörper 2 oder die Drosselregelungseinrichtung 1 unter Verwendung eines alternativen Herstellungsverfahrens herzustellen, das einen modifizierten Einsatzgussvorgang enthält. Bei dem alternativen Herstellungsverfahren wird das Ventilelement mit einem Hauptkörper 3, der vorher in eine Form eingesetzt wird, geformt. Wenngleich der Hauptkörper 3 sich nach dem Einsatzgussvorgang gemäß dem alternativen Herstellungsverfahren zusammenziehen kann (oder eingeschnürt werden kann), kann die Anordnung der äußeren Umfangsflächen (oder der Berührungsflächen) des Ventilelements und der Ventildichtfläche der ersten bis sechsten repräsentativen Ausführungsform zusätzlich eine Dichtung zwischen den äußeren Umfangsflächen (oder den Berührungsflächen) und den Ventildichtflächen in einer vollständig geschlossenen Position des Ventilelements, wie anschließend beschrieben wird, erzeugen oder aufrechterhalten.
Das alternative Verfahren zum Herstellen des Drosselkörpers 2 wird nun in Verbindung mit dem Verfahren zum Herstellen des Drosselkörpers 2 der ersten repräsentativen Ausführungsform beschrieben. Das Verfahren beinhaltet einen Körperformvorgang und einen Ventilformvorgang.
Bei dem Vorgang zum Formen des Körpers wird der Hauptkörper 3 durch Harz, wie es in 24 dargestellt ist, durch einen Spitzgussvorgang unter Verwendung einer Form, die den Körper ausbildet (nicht dargestellt) geformt. Wie in Verbindung mit der ersten repräsentativen Ausführungsform beschrieben wurde, können die Ventildichtflächen 5 zur Berührung mit den äußeren Umfangsflächen 14a des Ventilelements in der vollständig geschlossenen Position auf der Innenwand des Bohrungswandbereichs 4 des Hauptkörpers 3 geformt werden.
Als Nächstes wird in dem Ventilformvorgang der Hauptkörper 3 in eine ein Ventil formende Form 640 eingesetzt, die in 25 gezeigt ist. Das Ventilelement 14 (siehe 3) wird dann unter Verwendung eines Harzes bzw. Kunststoffs über einen Spritzgussvorgang geformt. Insbesondere weist die das Ventil formende Form 640 ein oberes Hauptformteil 641, ein unteres Hauptformteil 642, eine Mehrzahl von seitlichen Formteilen 643, ein oberes Hilfsformteil 644 und ein unteres Hilfsformteil 645 auf. Das obere und das untere Hilfsformteil 644 und 645 sind dazu angepasst, in den Bohrungswandbereich 4 des Hauptkörpers 3 eingesetzt zu werden, um einen Hohlraum 646 dazwischen zu definieren, der der Gestalt des Ventilelements 14 in einer vollständig geschlossenen Position entspricht. Eine Öffnung 647 zum Einfüllen von geschmolzenem Harz ist innerhalb des oberen Hilfsformteils 644 definiert und steht mit dem Hohlraum 646 in Verbindung, so dass das geschmolzene Harz in den Hohlraum 646 über die Einfüllöffnung 647 von der oberen Seite des oberen Hilfsformteils 644 eingespritzt werden kann.
Um das Ventilelement 14 zu formen, wird der Hauptkörper 3 in die Form 640 eingesetzt. Zusätzlich wird die Drosselwelle 8, an der die Metalllager 10 und 12 angebracht sind, in den Hohlraum 646 eingesetzt. Die Formteile 641 und 645 werden dann geschlossen. Danach wird geschmolzenes Harz bzw. Kunststoff in den Hohlraum 646 eingespritzt, der innerhalb der geschlossenen Form 640 definiert ist.
Nachdem das eingespritzte Harz innerhalb des Hohlraums 646 sich abgekühlt hat, so dass es das Ventilelement 14 ausbildet, können die Formteile 641 bis 645 bewegt werden, so dass die Form 640 geöffnet wird und das gegossene Produkt (d.h. der Drosselkörper 2, der das Ventilelement 14, die Drosselwelle 8 und die Metalllager 10 und 12 aufweist) aus der Form 640 entnommen werden kann. Gemäß der Darstellung in 25 sind die Ventildichtflächen 5 des Hauptkörpers 3 zum Hohlraum 646 freigelegt, so dass sie Teile der Wand des Hohlraums 646 bilden. Die äußeren Umfangsbereiche 14a des Ventilelements 14 können direkt durch die Ventildichtflächen des Hauptkörpers 3 gestaltet werden.
Nachdem der Drosselkörper 2 wie oben beschrieben hergestellt wurde, werden der Stöpsel 16, das Dichtelement 17, die Rückstellfeder 19, der Motor 20, der Zahnradübersetzungsmechanismus 29 und die Abdeckung 30 an dem Drosselkörper 2 montiert. Eine Montage der verschiedenen Bauteile vervollständigt die Drosselregelungseinrichtung 1, die in 2 dargestellt ist.
Wenn das gegossene Ventilelement 14 abkühlt, kann sich das Ventilelement 14 zusammenziehen. Unter der Annahme, dass das Ventilelement 14 sich zusammenzieht, so dass der Durchmesser der äußeren Umfangsflächen 14a gleichmäßig um eine vorgegebene Länge im Bezug auf die Umfangsrichtung, wie es in 26(a) dargestellt ist, verringert wird, kann die vollständig geschlossene Position des Ventilelements 14 um einen bestimmten Winkel in einer Schließrichtung aus der ursprünglich vollständig geschlossenen Position vor der Kontraktion des Ventilelements 14 versetzt sein. Der am weitesten entfernt liegende Punkt (von der Rotationsachse L) von jeder Umfangsfläche 14a kann jedoch noch in engem Kontakt (in Punktkontakt) zu den entsprechenden Ventildichtflächen 5 bleiben, wie es in 26(b) gezeigt ist. Zusätzlich können die Umfangsenden von jeder der Umfangsflächen 14a ebenfalls in engem Kontakt (in Punktkontakt) mit den entsprechenden Ventildichtflächen 5, wie es in 26(c) gezeigt ist, bleiben. Auf diese Weise kann jede Umfangsfläche 14a in engem Kontakt (in Linienkontakt) mit den entsprechenden Ventildichtflächen 5 entlang der gesamten relevanten Umfangslänge sein, ohne dass ein signifikanter Zwischenraum im Bezug auf die Ventildichtfläche 5 erzeugt wird. Folglich ist es möglich, einen möglichen Leckstrom der Ansaugluft aus einem Zwischenraum zwischen dem Hauptkörper 3 und dem Ventilelement 14 zu verhindern oder zu minimieren, selbst wenn die vollständig geschlossene Position des Ventilelements 14 aufgrund des Zusammenziehens des Ventilelements 14 versetzt ist.
Wenngleich das alternative Herstellungsverfahren in Verbindung mit dem Drosselkörper der ersten repräsentativen Ausführungsform beschrieben wurde, kann das gleiche Verfahren auch verwendet werden, um die Drosselkörper der zweiten bis sechsten repräsentativen Ausführungsformen herzustellen. Zusätzlich ist es auch möglich, den möglichen Leckstrom von Ansaugluft aus einem Zwischenraum zwischen dem Hauptkörper 3 und dem Ventilelement zu verhindern oder zu minimieren, bei jeder der zweiten bis sechsten repräsentativen Ausführungsform, selbst wenn die vollständig geschlossene Position des Ventilelements aufgrund der Kontraktion des Ventilelements sich verschoben hat.
Ferner wurden die oben stehenden repräsentativen Ausführungsformen in Verbindung mit Drosselkörpern beschrieben, die einen Hauptkörper mit einem Paar von symmetrischen Ventildichtflächen und ein Drosselventil mit einem Paar von symmetrischen äußeren Umfangsflächen oder Berührungsflächen aufweisen. Daher kann sich der Bohrungswandbereich 4 des Hauptkörpers 3 zusammenziehen, so dass der Durchmesser gleichmäßig um eine vorgegebene Länge im Bezug auf die Umfangsrichtung verringert wird. Die vorliegende Erfindung muss jedoch nicht auf diese Drosselkörper begrenzt werden.
Wenngleich die Ventildichtflächen 5 (oder die äußeren Umfangsflächen 14a) symmetrisch zueinander im Bezug auf einen Punkt auf der Rotationsachse L der Drosselwelle 9 sind, können beispielsweise die Ventildichtflächen 5 sowie die äußeren Umfangsflächen 14a Konfigurationen aufweisen, die nicht symmetrisch sind. Wenn der Bohrungswandbereich 4 des Hauptkörpers 4 keinen kreisförmigen Querschnitt aufweist, kann sich somit der Bohrungswandbereich 4 zusammenziehen, sodass der Durchmesser im Bezug auf die Umfangsrichtung nicht gleichmäßig verringert wird. Daher können die Ventildichtflächen 5 ebenso wie die äußeren Umfangsflächen 14a gegossen werden, dass sie Konfigurationen aufweisen, welche der kontrahierten Konfiguration des Bohrungswandbereichs 4 entsprechen.
Es wird explizit festgehalten, dass alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale als getrennt und unabhängig voneinander zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Beschränkens der beanspruchten Erfindung offenbart sein sollen, unabhängig von der Zusammensetzung der Merkmale in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen. Es wird explizit festgehalten, dass alle Wertebereiche oder Angaben von Gruppen von Einheiten jeden möglichen Zwischenwert oder jede Zwischeneinheit zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie für das Einschränken der beanspruchten Erfindung offenbaren, insbesondere im Hinblick auf Grenzen von Wertebereichen.

Claims

Drosselkörper (2) enthaltend: einen Hauptkörper (3), der einen Einlassluftkanal (7) definiert; ein Ventilelement (14; 114; 214; 314; 414; 514; 714; 814), das drehbar an dem Hauptkörper (3) montiert ist und enthält: eine Rotationsachse (L); eine geöffnete Position, welche es erlaubt, dass Luft in den Einlassluftkanal (7) strömt; eine vollständig geschlossene Position, welche die Strömung von Luft in den Einlassluftkanal (7) begrenzt; zumindest eine Ventildichtfläche (5; 205; 305; 405; 505; 705; 805), die auf einer inneren Wand des Hauptkörpers (3) geformt ist und eine Umfangslänge aufweist; und zumindest eine Berührungsfläche (14a; 114a; 214a; 314c; 414a1; 514a1; 714a1; 814a1), die auf dem Ventilelement (14; 114; 214; 314; 414; 514; 714; 814) geformt ist, um dichtend in Berührung mit der entsprechenden Ventildichtfläche (5; 205; 305; 405; 505; 705; 805) zu sein, wenn das Ventilelement (14; 114; 214; 314; 414; 514; 714; 814) in der vollständig geschlossenen Position ist; wobei die Ventildichtfläche (5; 205; 305; 405; 505; 705; 805) und die Berührungsfläche (14a; 114a; 214a; 314c; 414a1; 514a1; 714a1; 814a1) derart gestaltet sind, dass die Ventildichtfläche (5; 205; 305; 405; 505; 705; 805) dichtend in Berührung mit der entsprechenden Berührungsfläche (14a; 114a; 214a; 314c; 414a1; 514a1; 714a1 814a1) ist, wenn sich die vollständig geschlossene Position aufgrund der Kontraktion von dem Hauptkörper (3) oder dem Ventilelement (14; 114; 214; 314; 414; 514; 714; 814) verschoben hat.
Drosselkörper (2) nach Anspruch 1, wobei das Ventilelement (14; 114; 214; 314; 414; 514; 714; 814) weiter zumindest eine äußere Umfangsfläche (14a; 114a; 214a; 414a; 514a; 714a; 814a) enthält, welche unmittelbar einer Innenwand des Einlassluftkanals (7) gegenüberliegt, wenn das Ventilelement (14; 114; 214; 414; 514; 714; 814) in der vollständig geschlossenen Position ist; wobei der Einlassluftkanal (7) eine zentrale Achse (L1) aufweist; und wobei die Ventildichtfläche (5; 205; 405; 505; 705; 805) und die Berührungsfläche (14a; 114a; 214a; 414a1; 514a1; 714a1; 814a1) des Ventilelements (14; 114; 214; 414; 514; 714; 814) in der vollständig geschlossenen Position um einen Winkel relativ zu einer ersten Ebene, die sich im Wesentlichen senkrecht zur zentralen Achse (L1) des Ansaugluftkanals (7) erstreckt, geneigt sind; und wobei der Neigungswinkel der Ventildichtfläche (5; 205; 405; 505; 705; 805) und der Berührungsfläche (14a; 114a; 214a; 414a1; 514a1; 714a1; 814a1) graduell von einem ersten Punkt, der auf einem Umfang der äußeren Umfangsfläche (14a; 114a; 214a; 414a; 514a; 714a; 814a) liegt, aus einer Linie senkrecht zu einem Schnitt der zentralen Achse (L1) und der Rotationsachse (L) hervorgeht, und der als der am weitesten entfernt von der zentralen Achse (L1) des Einlassluftkanals (7) definiert ist, zu einem zweiten Punkt, der nahe an der Rotationsachse L liegt, abnimmt.
Drosselkörper (2) nach Anspruch 2, wobei die Ventildichtfläche (5; 205; 405; 505; 705; 805) und die Berührungsfläche (14a; 114a; 214a; 414a1; 514a1; 714a1; 814a1) sich entlang einer geradlinigen Linie betrachtet in einem Querschnitt innerhalb einer zweiten Ebene, welche die zentrale Achse (L1) des Einlassluftkanals (7) enthält, erstrecken.
Drosselkörper (2) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Berührungsfläche (14a; 114a; 214a; 414a1; 514a1; 714a1; 814a1) auf der äußeren Umfangsfläche (14a; 114a; 214a; 414a; 514a; 714a; 814a) geformt ist.
Drosselkörper (2) nach Anspruch 4, wobei die äußere Umfangsfläche (114a; 214a; 414a; 517a; 714a; 814a) enthält: einen ersten Teil (114a1; 414a1; 514a1; 714a1; 814a1), der auf einer Seite des Ventilelements (114; 214; 414; 514; 714; 814) in einer das Ventil schließenden Richtung positioniert ist; und einen zweiten Teil (114a2; 414a2; 514a2; 714a3; 814a4), der auf einer Seite des Ventilelements (114; 214; 414; 514; 714; 814) in einer das Ventil öffnenden Richtung positioniert ist; wobei der erste Teil (114a1; 414a1; 514a1; 714a1; 814a1) die Berührungsfläche enthält.
Drosselkörper (2) nach Anspruch 5, wobei die Ventildichtfläche (5; 405; 505; 705; 805) gestaltet ist, dass sie der Konfiguration des ersten Teils (114a1; 414a1; 514a1; 714a1; 814a1) und des zweiten Teils (114a2; 414a2; 514a2; 714a3; 814a4) des Ventilelements (114; 414; 514; 714; 814) entspricht.
Drosselkörper (2) nach Anspruch 5 oder 6, wobei der zweite Teil (114a2; 414a2; 514a2; 714a3; 814a4) des Ventilelements (114; 414; 514; 714; 814) derart gestaltet ist, dass er die Innenwand des Hauptkörpers (3) während der Bewegung des Ventilelements (114; 414; 514; 714; 814) weg aus der vollständig geschlossenen Position freigibt.
Drosselkörper (2) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der zweite Teil (414a2; 514a2; 714a3) eine gekrümmte Gestalt betrachtet im Querschnitt innerhalb der zweiten Ebene aufweist, und wobei der zweite Teil (414a2; 514a2; 714a3) kontinuierlich zu dem ersten Teil (414a1; 514a1; 714a1) geformt ist.
Drosselkörper (2) nach Anspruch 8, wobei der zweite Teil (414a2; 514a2) enthält: eine kreisförmige Konfiguration, und einen Krümmungsradius, der die kreisförmige Konfiguration definiert.
Drosselkörper (2) nach Anspruch 9, wobei die kreisförmige Konfiguration des zweiten Teils (414a2; 514a2) einen ersten Krümmungsradius an dem ersten Punkt aufweist, und einen zweiten Krümmungsradius an dem zweiten Punkt aufweist.
Drosselkörper (2) nach Anspruch 10, wobei der erste Krümmungsradius größer als der zweite Krümmungsradius ist.
Drosselkörper (2) nach Anspruch 11, wobei der Krümmungsradius des zweiten Teils (414a2; 514a2) graduell von dem ersten Krümmungsradius am ersten Punkt zum Krümmungsradius am zweiten Punkt in der Umfangsrichtung der äußeren Umfangsfläche (414a; 514a) des Ventilelements (414; 514) abnimmt.
Drosselkörper (2) nach einem der Ansprüche 6 bis 12, wobei der zweite Teil (114a2; 414a2; 514a2; 714a3; 814a4) eine Länge in einer Dickenrichtung des Ventilelements (14; 114; 214; 314; 414; 514; 714; 814) aufweist, und wobei der zweite Teil (114a2; 414a2; 514a2; 714a3; 814a4) eine erste Länge an dem ersten Punkt und eine zweite Länge an dem zweiten Punkt aufweist, und wobei die erste Länge größer als die zweite Länge ist.
Drosselkörper (2) nach Anspruch 13, wobei die Länge graduell von der ersten Länge am ersten Punkt zur zweiten Länge am zweiten Punkt in der Umfangsrichtung abnimmt.
Drosselkörper (2) nach Anspruch 1, wobei der Einlassluftkanal (7) eine zentrale Achse (L1) aufweist; und wobei die Ventildichtfläche (305) und die Berührungsfläche (314c) des Ventilelements (314) in der vollständig geschlossenen Position sich entlang einer ersten Ebene erstrecken, die sich im Wesentlichen senkrecht zur zentralen Achse (L1) des Einlassluftkanals (7) erstreckt.
Drosselkörper (2) nach Anspruch 2 bis 14, wobei die vollständig geschlossene Position in einer Position festgelegt ist, in der das Ventilelement (514) in einer Ventilschließrichtung über eine erste Ebene hinaus, die sich im Wesentlichen senkrecht zur zentralen Achse (L1) des Einlassluftkanals (7) erstreckt, gedreht ist.
Verfahren zum Herstellen eines Drosselkörpers (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, enthaltend: Gießen eines Ventilelements (14; 114; 214; 314; 414; 514; 714; 814) unter Verwendung eines Harzmaterials; Einsetzen des gegossenen Ventilelements (14; 114; 214; 314; 414; 514; 714; 814) in eine Form (40), wobei die Form (40) mit dem Ventilelement (14; 114; 214; 314; 414; 514; 714; 814) zusammenwirkt zur Definition eines Hohlraums (46), der einer Konfiguration eines Hauptkörpers (3) des Drosselkörpers (2) entspricht; und Einspritzen von Harz in die Form (40) und Gießen des Hauptkörpers (3), so dass die Ventildichtfläche (5; 205; 305; 405; 505; 705; 805) gegossen wird, dass sie der Berührungsfläche (14a; 114a; 214a; 314c; 414a1; 514a1; 714a1; 814a1) des Ventilelements (14; 114; 214; 314; 414; 514; 714; 814) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Ventilelement (14; 114; 214; 314; 414; 514; 714; 814) integral mit einer Drosselwelle (8) gegossen ist; und weiter enthaltend die Schritte: Anbringen von Metalllagern (10, 12) an der Drosselwelle (8), so dass das gegossene Ventilelement (14; 114; 214; 314; 414; 514; 714; 814) in die Form (40) zusammen mit der Drosselwelle (8) und den Metalllagern (10, 12) eingesetzt wird.
Verfahren zum Herstellen eines Drosselkörpers (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, enthaltend: Gießen eines Hauptkörpers (3) des Drosselkörpers (2) unter Verwendung eines Harzmaterials; Einsetzen des gegossenen Hauptkörpers (3) in eine Form (640), wobei die Form (640) mit dem Hauptkörper (3) zur Definition eines Hohlraums (646) zusammenwirkt, der einer Konfiguration eines Ventilelements (14; 114; 214; 314; 414; 514; 714; 814) entspricht; und Einspritzen von Harz in die Form (640) und Gießen des Ventilelements (14; 114; 214; 314; 414; 514; 714; 814), so dass die Berührungsfläche (14a; 114a; 214a; 314c; 414a1; 514a1; 714a1; 814a1) geformt wird, dass sie der Ventildichtfläche (5; 205; 305; 405; 505; 705; 805) des Hauptkörpers (3) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 19, weiter enthaltend den Schritt: Einsetzen einer Drosselwelle (8) und von Metalllagern (10, 12), die an der Drosselwelle angebracht sind, in die Form (640), so dass das Ventilelement (14; 114; 214; 314; 414; 514; 714; 814) integral mit der Drosselwelle (8) und den Metalllagern (10, 12) gegossen wird.