DE202013005082U1

DE202013005082U1 - Drosselventil für einen Verbrennungsmotor, der mit einem metallischen Ventilsitz versehen ist, in dessen Innerem ein Ventilkörper aus Plastikmaterial spritzgegossen ist

Info

Publication number: DE202013005082U1
Application number: DE202013005082U
Authority: DE
Original assignee: Magneti Marelli SpA
Current assignee: Marelli Europe SpA
Priority date: 2012-06-06
Filing date: 2013-06-05
Publication date: 2013-10-17
Anticipated expiration: 2023-06-06
Also published as: ITBO20120312A1; BR202013013870Y1; BR202013013870U2; CN203452915U; FR2991722B3; FR2991722A3

Abstract

Drosselventil (1) für einen Verbrennungsmotor, aufweisend: einen Ventilkörper (2); eine rohrförmige Zuführungsleitung (4), die in dem Ventilkörper (2) vorgesehen ist und durch welche die vom Verbrennungsmotor angesaugte Luft fließt; und einen Ventilteller (5), der im Inneren der Zuführungsleitung (4) angeordnet und mit einer Welle (6) fest verbunden ist, die drehbar um eine Rotationsachse (7) zwischen einer Stellung maximaler Öffnung und einer Stellung des Verschließens der Zuführungsleitung (4) montiert ist; wobei der Ventilkörper (2) aufweist: einen ringförmigen Innenkörper (17), der aus einem ersten Material gebildet ist, einen zentralen Abschnitt des Zuleitungsrohrs (4) bildet und fluchtend mit der Welle (6) des Ventiltellers (5) derart angeordnet ist, dass in der Schließstellung der Zuführungsleitung (4) der Außenrand des Ventiltellers (5) einer Innenfläche (18) des Innenkörpers (17) benachbart ist; und einen äußeren Körper (19), der aus einem vom ersten Material verschiedenen zweiten Material gebildet ist, in sich den Innenkörper (17) einschließt, wobei die Innenfläche (18) des Innnenkörpers (17) sichtbar bleibt, und den übrigen Teil der Zuführungsleitung (4) an entgegengesetzten Seiten des Innenkörpers (17) bildet; dadurch gekennzeichnet, dass der Innenkörper (17) mit einer Mehrzahl von Eingriffselementen (20) versehen ist, die von einer von der Innenfläche (18) abgewandten Außenseite überkragend hervorstehen, Hinterschneidungen bilden und in dem äußeren Körper (19) eingeschlossen sind.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Drosselventil für einen Verbrennungsmotor.
Stand der Technik
Bei Verbrennungsmotoren ist normalerweise ein Drosselventil vorgesehen, das stromaufwärts eines Ansaugsammlers angeordnet ist und den Durchfluss von Luft regelt, die den Zylindern zugeführt wird. Ein handelsübliches typisches Drosselventil weist einen Ventilkörper auf, der mit einer rohrförmigen Zuführungsleitung versehen ist, durch welche die vom Verbrennungsmotor angesaugte Luft fließt; im Inneren der Zuführungsleitung ist ein Sitz für einen Ventilteller gebildet, der fest verbunden mit einer Welle ist, die drehbar ist, um zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung der Zuführungsleitung zu rotieren. Die Rotation des Ventiltellers wird durch eine Aktuatorvorrichtung ausgeführt, die normalerweise einen mittels einer Zahnradübertragung mit der Welle des Ventiltellers gekoppelten Elektromotor und mindestens eine Feder, die die Welle des Ventiltellers zur Schließstellung (oder besser zu einer Notluftstellung hin, die der Schließstellung benachbart ist) hin beaufschlagt, aufweist.
Bei einem Großteil der im Handel erhältlichen Drosselventile ist der gesamte Ventilkörper aus einem metallischen Material hergestellt und ist monolithisch (d. h. dass er aus einem einzigen Stück ohne Unterbrechung gebildet ist). Um das Gewicht und die Herstellungskosten eines Drosselventils zu reduzieren, ist vorgeschlagen worden, den Ventilkörper in zwei Teile zu unterteilen, die anfänglich voneinander getrennt sind: einen ersten Teil, der die Zuführungsleitung aufweist (in deren Innerem der Ventilteller angeordnet ist) und der aus einem metallischen Material hergestellt ist, und einen zweiten Teil, der die Halterung des Elektromotors und der Zahnradübertragung aufweist und aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist; die zwei Teile werden gesondert produziert und dann anschließend mittels Schrauben miteinander verbunden. Der Markt verlangt jedoch weitere Reduzierungen an Gewicht und Herstellungskosten des Drosselventils ohne jegliche Beeinträchtigung der Leistungsdaten.
Beschreibung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Drosselventil für einen Verbrennungsmotor vorzuschlagen, das ein reduziertes Gewicht aufweist, einfach und wirtschaftlich herzustellen ist und Leistungsdaten aufweist, die denjenigen von Drosselventilen ähnlich sind, die gegenwärtig im Handel erhältlich sind.
Erfindungsgemäß wird ein Drosselventil für einen Verbrennungsmotor gemäß den beiliegenden Ansprüchen angegeben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezug auf die beiliegenden Figuren beschrieben, die ein nicht beschränkendes Ausführungsbeispiel darstellen. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht, teilweise in Explosionsdarstellung und mit aus Gründen der Klarheit weggelassenen Teilen, eines erfindungsgemäßen Drosselventils;
2 eine Vorderansicht des Drosselventils von 1 mit aus Gründen der Klarheit weggelassenen Teilen;
3 eine perspektivische Ansicht des Drosselventils von 1, teilweise in Schnittansicht mit aus Gründen der Klarheit weggelassenen Teilen;
4 eine Schnittansicht des Drosselventils von 1 mit aus Gründen der Klarheit weggelassenen Teilen;
5 eine perspektivische Ansicht eines metallischen Einsatzes des Drosselventils von 1;
6 eine Draufsicht des metallischen Einsatzes von 5;
7 eine Längsschnittansicht des metallischen Einsatzes von 5;
8 eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform des metallischen Einsatzes von 5; und
9 eine perspektivische Ansicht eines Halbfabrikats, das durch Extrusion hergestellt ist und dafür verwendet wird, um den metallischen Einsatz von 5 zu produzieren.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
In den 1 und 2 ist mit der Bezugszahl 1 in seiner Gesamtheit ein Drosselventil bzw. eine Drosselklappe mit elektronischer Steuerung bzw. Regelung für einen Verbrennungsmotor (nicht dargestellt) gezeigt. Das Drosselventil 1 umfasst einen Ventilkörper 2, der einen Elektromotor 3 (in 2 dargestellt) aufnimmt, eine rohrförmige Zuführungsleitung 4 mit kreisförmigem Querschnitt, über welche die vom Verbrennungsmotor angesaugte Luft fließt, und einen Ventilteller 5 (schematisch gestrichelt dargestellt), der die Form eines Kreises aufweist, in die Zuführungsleitung 4 eingesetzt ist und sich mittels der Wirkung einer Aktuatorvorrichtung zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung der Zuführungsleitung 4 dreht. Der Ventilteller 5 ist mit einer Welle 6 fest verbunden, die eine longitudinale Rotationsachse 7 aufweist, um sich durch die Betätigung der Aktuatorvorrichtung zwischen der Öffnungsstellung und der Schließstellung zu drehen.
Gemäß Darstellung in 2 umfasst die Aktuatorvorrichtung den Elektromotor 3, der über eine Zahnradübertragung 8 mit der Welle 6 gekoppelt ist, eine Rückholfeder (nicht dargestellt und mit der Welle 6 gekoppelt), die zum Drehen des Ventiltellers 5 zur Schließstellung hin ausgebildet ist, und eine Gegenfeder (nicht dargestellt und mit der Welle 6 gekoppelt), die zum Drehen des Ventiltellers 5 zu einer durch einen Anschlagkörper (nicht dargestellt) definierten Teilöffnungsstellung oder Notlaufstellung hin gegen die Wirkung der Rückholfeder ausgebildet ist.
Der Elektromotor 3 weist einen zylindrischen Körper auf, der in einem rohrförmigen Sitz 9 (in 1 dargestellt) des neben der Zuführungsleitung 4 angeordneten Ventilkörpers 2 angeordnet und in einer Stellung gehalten ist, die im Inneren des rohrförmigen Sitzes 9 durch eine Metallplatte bestimmt ist, die mit einem Paar elektrischer Steckverbinderbuchsen 10 (in 2 dargestellt) versehen ist, die elektrisch mit dem Elektromotor 3 verbunden sind und für den Eingriff mit einem Paar entsprechender elektrischer Steckverbinderstecker 11 (in 1 dargestellt) bestimmt sind.
Die Zahnradübertragung 8 ist in einer Kammer 12 (in 2 dargestellt) des Ventilkörpers 2 angeordnet, die durch einen entfernbaren Deckel 13 (in 1 dargestellt) verschlossen wird.
Gemäß Darstellung in den 1 und 2 umfasst das Drosselventil 1 einen ”kontaktlosen” induktiven Stellungssensor, der mit der Welle 6 gekoppelt und zum Erfassen der Winkelstellung der Welle 6 und damit des Ventiltellers 5 gekopppelt ist, um eine Regelung der Stellung des Ventiltellers 5 zu ermöglichen. Der Stellungssensor umfasst einen mit der Welle 6 fest verbundenen Rotor 14 (dargestellt in 2) und einen Stator 15 (dargestellt in 1), der vom Deckel 13 gehaltert ist und in Benutzung dem Rotor 14 gegenüberliegend angeordnet ist.
Gemäß der Darstellung in 1 ist der Deckel 13 mit einer elektrischen Steckverbinderbuchse 16 versehen, die eine Serie von elektrischen Kontakten (nicht im Einzelnen gezeigt) umfasst:
Zwei elektrische Kontakte sind mit den elektrischen Steckverbindersteckern 11 für die Versorgung des Elektromotors 13 verbunden, während die anderen elektrischen Kontakte mit dem Stator 15 des Stellungssensors verbunden sind.
Gemäß der Darstellung in den 3 und 4 umfasst der Ventilkörper 2 einen ringförmigen Innenkörper 17, der aus einem ersten Material gebildet ist, einen zentralen Abschnitt der Zuführungsleitung 4 definiert und fluchtend mit der Welle 6 des Ventiltellers 5 so angeordnet ist, dass in der Schließstellung der Zuführungsleitung 4 der äußere Rand des Ventiltellers 5 einer Innenfläche 18 des Innenkörpers 17 am nächsten bzw. benachbart ist (sich darauf abstützt). Außerdem umfasst der Ventilkörper 2 einen äußeren Körper 19, der aus einem zweiten Material besteht, das sich vom ersten Material unterscheidet, in sich den Innenkörper 17 einschließt, wobei er die Innenfläche 18 innerhalb des Innenkörpers 17 sichtbar (d. h. frei, nicht bedeckt) lässt, und den restlichen Teil der Zuführungsleitung 4 an den entgegengesetzten Seiten des Innenkörpers 17 bildet. In anderen Worten ist der Innenkörper 17 fast vollständig von dem äußeren Körper 19 umgeben, der nur die Innenfläche 18 des Innenkörpers 17, an der sich der Außenrand des Ventiltellers 15 in der Schließstellung der Zuführungsleitung 4 abstützt, frei (d. h. sichtbar oder nicht bedeckt) lässt.
Der äußere Körper 19 umfasst insbesondere u. a. den rohrförmigen Sitz 9, der neben der rohrförmigen Zuführungsleitung 4 angeordnet ist und in dem der Elektromotor 3 sowie die Kammer 12 aufgenommen sind, in der die Zahnradübertragung 8 aufgenommen ist und die durch den entfernbaren Deckel 13 verschlossen wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das erste Material, das den Innenkörper 17 bildet, ein metallisches Material (beispielsweise Aluminium), und das zweite Material, das den äußeren Körper 19 bildet, ist ein Kunststoffmaterial. Vorzugsweise ist das zweite Material, das den externen Körper 19 bildet, um den Innenkörper 17 herum spritzgegossen.
Vorzugsweise ist der Ventilteller 5 aus dem gleichen ersten Metallmaterial hergestellt, das den Innenkörper 17 bildet; alternativ ist der Ventilteller 5 aus einem metallischen Material hergestellt, das sich von dem ersten metallischen Material unterscheidet, das den Innenkörper 17 bildet, jedoch ein ähnliches Verhalten aufweist, wie das erste metallische Material, das den Innenkörper 17 bildet. Auf diese Weise sind die beiden Teile, die zusammenwirken, um das Verschließen der Zuführungsleitung 4 (d. h. des Ventiltellers 5 und des fluchtend zur Rotationsachse 7 des Ventiltellers 5 angeordneten Innenkörpers 17) zu definieren, aus dem gleichen Material (oder zumindest beide aus zueinander ähnlichen metallischen Materialien) hergestellt und weisen somit im Wesentlichen die gleiche Art von Verhalten sowohl hinsichtlich Temperaturänderungen als auch der Alterung auf.
Gemäß einer in den 5 und 6 dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist der Innenkörper 17 mit einer Mehrzahl von Eingriffselementen 20 (d. h. Halte-, Blockierelementen) versehen, die überkragend von einer Außenfläche hervorstehen, Hinterschneidungen bilden und von dem äußeren Körper 19 vollständig umschlossen sind. Genauer gesagt weist gemäß der Darstellung von 5 und 6 jedes Eingriffselement 20 im Querschnitt die Form eines ”T” auf; gemäß nicht dargestellten alternativen Ausführungsformen sind die Eingriffselemente 20 nicht vorhanden oder weisen andere Formen auf.
Der Innenkörper 17 weist zwei Durchgangslöcher 21 auf, die symmetrisch an entgegengesetzten Seiten des Innenkörpers 17 angeordnet sind, koaxial zur Rotationsachse 7 sind und von der Welle 6 durchsetzt sind; in anderen Worten besteht die Funktion der Durchgangslöcher 21 darin, den Durchgang der Welle 6 durch den Innenkörper 17 hindurch zu ermöglichen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Innenköper 17 zwei rohrförmige Ansätze 22 auf, die symmetrisch an entgegengesetzten Seiten des Innenkörpers 17 angeordnet sind, koaxial zur Rotationsachse 7 sind (oder fluchtend zu den Durchgangslöchern 21 sind), radial überkragend vom Innenkörper 17 nach außen hervorstehen und entsprechende Lager (bekannt und nicht dargestellt) der Welle 6 aufnehmen. Die rohrförmigen Ansätze können auch Axialführungsbuchsen bzw. Axialzentrierungsbuchsen (bekannt und nicht dargestellt) der Welle 6 aufnehmen, oder Elemente, welche die korrekte axiale Stellung der Welle 6 (und offensichtlich des von der Welle 6 getragenen Ventiltellers 5) garantieren; alternativ sind die Axialzentrierungsbuchsen der Welle 6 in dem Außenkörper 19 aufgenommen. In der in 8 dargestellten Ausführungsform weist der Innenkörper 17 die zwei rohrförmigen Ansätze 22 nicht auf; demzufolge sind die Aufnahmen für die Lager der Welle 6 (und offensichtlich der Axialzentrierungsbuchsen) in dem äußeren Körper 19 ausgenommen.
Der Innenkörper 17 kann ausgehend von einem unbearbeiteten Halbfabrikat hergestellt werden, das mittels Gießen (normalerweise Druck- bzw. Pressguss) hergestellt wird, das anschließend durch Abtrag von Material mechanisch bearbeitet wird. Alternativ kann der Innenkörper 17 ausgehend von einem mittels Extrusion hergestellten unbearbeiteten Halbfabrikat hergestellt werden, das anschließend durch Abtrag von Material mechanisch bearbeitet wird; in der 9 ist ein Beispiel eines mittels Extrusion hergestellten und unbearbeiteten Halbfabrikats dargestellt, aus dem anschließend der Innenkörper 17 herausgearbeitet wird (ein solches Halbfabrikat wird durch ”Schneiden in Scheiben” eines entprechenden extrudierten Barrens bzw. Riegels herausgearbeitet).
Das vorstehend beschriebene Drosselventil 1 weist zahlreiche Vorteile auf.
Erstens kann der Ventilkörper 2 des vorstehend beschriebenen Drosselventils 1 in einfacher und wirtschaftlicher Weise hergestellt werden, da er mittels Spritzgießen des äußeren Körpers 19 um den Innenkörper 17 herum in einfacher Weise hergestellt werden kann.
Außerdem weist der Ventilkörper 2 des vorstehend beschriebenen Drosselventils 1 ein Gewicht und Herstellungskosten auf, die äußerst begrenzt sind, da er fast vollständig aus Kunstoffmaterial hergestellt wird, das viel leichter und kostengünstiger als matallisches Material ist; diesbezüglich ist es wichtig festzuhalten, dass das Gesamtvolumen des äußeren Körpers 19 aus Kunststoffmaterial deutlich größer als das Gesamtvolumen des Innenkörpers 17 aus metallischem Material ist.
Schließlich bietet das vorstehend beschriebene Drosselventil 1 unabhängig von den thermischen Ausdehnungen, die von Temperatursprüngen verursacht werden, denen das Drosselventil 1 während des Gebrauchs ausgesetzt ist, und unabhängig von Alterungserscheinungen optimale Leistungsdaten. Dieses Resultat wird dank der Tatsache erhalten, dass die zwei Teile, die zusammenwirken, um das Verschließen der Zuführungsleitung 4 (d. h. des Ventiltellers 5 und des fluchtend zur Rotationsachse 7 des Ventiltellers 5 angeordneten Innenkörpers 17) zu bewirken, aus dem gleichen Material (oder jedenfalls beide aus zueinander ähnlichen metallischen Materialien) hergestellt sind und daher im Wesentlichen das gleiche Verhalten sowohl hinsichtlich termischer Änderungen als auch hinsichtlich der Alterung aufweisen. Wenn im Gegensatz dazu der Ventilteller 5 metallisch ist, während die Zuführungsleitung 4 aus Kunststoff ist, ruft das unterschiedliche Verhalten der zwei Materialien bei thermischen Änderungen und der Alterung unerwünschtes Einziehen von Luft in der Stellung des vollständigen Verschließens oder, noch schlimmer, eine mechanische Kollision zwischen dem Außenrand des Ventiltellers 5 und der Innenfläche der Zuführungsleitung 4 hervor, was ein Einrammen des Ventiltellers 5 in die Zuführungsleitung 4 und somit das Blockieren des Drosselventils 1 bewirken kann.

Claims

Drosselventil (1) für einen Verbrennungsmotor, aufweisend: einen Ventilkörper (2); eine rohrförmige Zuführungsleitung (4), die in dem Ventilkörper (2) vorgesehen ist und durch welche die vom Verbrennungsmotor angesaugte Luft fließt; und einen Ventilteller (5), der im Inneren der Zuführungsleitung (4) angeordnet und mit einer Welle (6) fest verbunden ist, die drehbar um eine Rotationsachse (7) zwischen einer Stellung maximaler Öffnung und einer Stellung des Verschließens der Zuführungsleitung (4) montiert ist; wobei der Ventilkörper (2) aufweist: einen ringförmigen Innenkörper (17), der aus einem ersten Material gebildet ist, einen zentralen Abschnitt des Zuleitungsrohrs (4) bildet und fluchtend mit der Welle (6) des Ventiltellers (5) derart angeordnet ist, dass in der Schließstellung der Zuführungsleitung (4) der Außenrand des Ventiltellers (5) einer Innenfläche (18) des Innenkörpers (17) benachbart ist; und einen äußeren Körper (19), der aus einem vom ersten Material verschiedenen zweiten Material gebildet ist, in sich den Innenkörper (17) einschließt, wobei die Innenfläche (18) des Innnenkörpers (17) sichtbar bleibt, und den übrigen Teil der Zuführungsleitung (4) an entgegengesetzten Seiten des Innenkörpers (17) bildet; dadurch gekennzeichnet, dass der Innenkörper (17) mit einer Mehrzahl von Eingriffselementen (20) versehen ist, die von einer von der Innenfläche (18) abgewandten Außenseite überkragend hervorstehen, Hinterschneidungen bilden und in dem äußeren Körper (19) eingeschlossen sind.
Drosselventil (1) nach Anspruch 1, bei dem das erste Material, das den Innenkörper (17) bildet, ein metallisches Material ist, und das zweite Material, das den äußeren Körper (19) bildet, ein Kunststoffmaterial ist.
Drosselventil (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Ventilteller (5) aus dem gleichen ersten Material hergestellt ist, das den Innenkörper (17) bildet.
Drosselventil (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Ventilteller (5) aus einem metallischen Material hergestellt ist.
Drosselventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das zweite Material, das den äußeren Körper (19) bildet, um den Innenkörper (17) herum spritzgegossen ist.
Drosselventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem jedes Eingriffselement (20) im Querschnitt die Form eines ”T” aufweist.
Drosselventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Innenkörper (17) zwei Durchgangslöcher (21) aufweist, die symmetrisch an entgegengesetzten Seiten des Innenkörpers (17) angeordnet, koaxial zur Rotationsachse (7) und von der Welle (6) durchsetzt sind.
Drosselventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Innenkörper (17) zwei rohrförmige Ansätze (22) aufweist, die symmetrisch an entgegengesetzten Seiten des Innenkörpers (17) angeordnet sind, koaxial zur Rotationsachse (7) sind, radial überkragend zum Außenraum des Innenkörpers (17) hin hervorstehen und entsprechende Lager der Welle (6) aufnehmen.
Drosselventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, aufweisend eine Aktuatorvorrichtung, welche die Rotation des Ventiltellers (5) um die Rotationsachse (7) ausführt, innerhalb des äußeren Körpers (19) aufgenommen ist und einen Elektromotor (3) mit Zahnradübertragung (8) aufweist, der die Bewegung des Elektromotors (3) auf der Welle (6) des Ventiltellers (5) überträgt.
Drosselventil (1) nach Anspruch 9, bei dem der äußere Körper (19) einen rohrförmigen Sitz (9) aufweist, der neben der Zuführungsleitung (4) angeordnet ist, und einen Sitz für den Elektromotor (3) bildet.
Drosselventil (1) nach Anspruch 9 oder 10, bei dem der äußere Körper (19) eine Kammer (12) aufweist, die einen Sitz für die Zahnradübertragung (8) bildet und von einem entfernbaren Deckel (13) verschlossen ist.