DE60019179T2

DE60019179T2 - Luftklappe mit niedriger Leckage für Einlassystem mit variabler Geometrie

Info

Publication number: DE60019179T2
Application number: DE60019179T
Authority: DE
Inventors: Bruce Michael Lake Orion Hatton
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1999-02-10
Filing date: 2000-02-02
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2020-02-03
Also published as: ES2238947T3; CA2298205C; EP1028238B1; BR0000623A; CA2298205A1; US6135418A; DE60019179D1; ATE292749T1; JP2000234522A; EP1028238A2; EP1028238A3; KR20000071334A

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Luftventil für ein Luftansaugrohr und insbesondere eine Luftventileinrichtung mit niedriger Leckage für ein variables Luftansaugsystem für eine Saugrohranlage aus Kunststoff.
2. Beschreibung des Standes der Technik
In einigen Brennkraftsystemen ist es erwünscht, eine Luftansaugkanallänge zu verändern, um die Motorleistung während eines Betriebs zu optimieren.
Luftansaugrohre aus Kunststoff mit aktiven Kanalsystemen verwenden ein Luftventil, um den Luftströmungsweg bei hohen Umdrehungen pro Minute (U/min) zu verkürzen, um das Motordrehmoment zu optimieren. Jede Leckage in diesen Ventilen vermindert das Drehmoment. Herkömmliche Ansaugrohre aus Aluminium verwenden mit hoher Genauigkeit maschinell bearbeitete Dichtungsflächen an der Drosselklappenplatte und ihrer zugehörigen Saugrohrgegenfläche. Saugrohre aus Kunststoff verwenden eingegossene Oberflächen (Finishes) und haben weit größere Maßtoleranzen als maschinell bearbeitete Flächen. Als solches können Probleme mit Leckage auftreten.
Drosselklappenventile werden gewöhnlich dazu verwendet, den Luftstrom zu einer Brennkraftmaschine zu regulie ren. Sie werden auch als ein „Schmetterlings"-Ventil bezeichnet, das einen Körper mit einer Ventilplatte enthält, die sich auf einer verdrehbaren Welle quer durch einen Durchlass oder Kanal erstreckt. Ein vollständig abdichtendes Ventil ist wegen der Spielräume, die zum Zusammenbau der vielen Komponenten in derartigen Luftansaugsystemen erforderlich sind und wegen der engen Toleranzen schwierig zu erzielen. Beispiele für derartige Drosselklappenventile sind in DE-A-44 23 370, FR-A-2 778 209 und WO97/46818 beschrieben.
Ein Lösungsansatz besteht darin, Drosselklappenventile zu entfernen, wie dies in der US-Patentschrift 5 454 357 gelehrt wird. Diese Patentschrift beschreibt ein Schieberventil für eine Brennkraftmaschine, das als eine Alternative für ein Drosselklappenventil in dem Ansaugsystem zur Steuerung der Ansaugluft vorgesehen ist.
Ein weiterer Ansatz besteht darin, ein Drosselklappenventil aus Kunststoff mit Gummi zu überziehen, um die verminderte Genauigkeit der Kunststoffteile auszugleichen. Diese Art eines Ventils weist dennoch keine verbesserten Dichtungseigenschaften auf, und zwar auf Grund der Tatsache, dass, während ein Unterdruck die Abdichtung auf einer Seite des Drosselklappenventils unterstützt, indem er die flexible Lippe nach unten einzieht, was die Dichtungskraft erhöht, er den umkehrten Effekt auf der gegenüberliegenden Seite aufweist, wo er dazu neigt, eine weniger effektive Abdichtung zu schaffen, da der Unterdruck die Dichtungskraft verringert. Ferner weist die Wellendichtung gewöhnlich eine „glockenförmige" Lippe auf, die gegen die Seitenwände zusammengedrückt wird. Unterdruck dringt durch die anfängliche Dichtung in die Glocke ein, wo er anschließend die Abdichtung unterstützt, indem er die Dichtungskraft auf der Atmosphärenseite der Glocke erhöht.
US-A-5 098 064 beschreibt ein Drosselklappenventil, das dazu dient, den Strom einer Verbrennungsluft in eine Brennkraftmaschine zu steuern, und das einen starren Hauptklappenkörper aufweist, der entweder aus Metall oder einem Kompositwerkstoff (Kunststoff) gebildet sein kann und der eine elastische Dichtung um zumindest einen Hauptteil seines äußeren Randes herum aufweist, wobei der radial äußerste Abschnitt der Dichtung auf einem Kreis liegt, dessen Durchmesser im Wesentlichen gleich dem Durchmesser der kreisförmigen Durchlassbohrung des Drosselklappenkörpers ist, innerhalb der sich die Drosselklappe in der Drosselklappen-Gehäuseanordnung befindet. Es sind mehrere Ausführungsformen der Drosselklappe und ihrer Dichtungen beschrieben. In einer Ausführungsform weist die Drosselklappe einen kreisförmigen Grundkörper mit einer radial nach außen weisenden Nut auf. Es ist eine Dichtung vorgesehen, die in einem Stück gebildet ist und für ihren radial inneren Abschnitt einen kreisringförmigen Flansch aufweist, der in der Nut untergebracht ist. Der radial äußere Abschnitt der Dichtung weist eine freie kreisringförmige Lippe auf, die aus zwei im Wesentlichen halbkreisförmigen Segmenten besteht. Auf einer Seite der Drosselklappe kann eine Wellendichtung vorgesehen sein, um die nicht kreisförmige Gestalt der Welle auszugleichen, auf der lediglich eine einzelne Drosselklappe montiert ist.
Es besteht weiterhin ein Bedarf nach einem verbesserten Luftventil für ein Luftansaugrohr mit niedriger Leckage. Ein derartiges Ventil sollte die Vorteile eines Drosselklappenventils bieten, einschließlich in der Lage sein, einen Gummiüberzug oder eine elastomere äußere Dichtung zu haben, und dennoch, insbesondere bei einer Anwendung auf Kunststoffteile, in effektiver Weise eine vergrößerte Dichtungskraft erzielen.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, die vorstehend erwähnten Probleme des Standes der Technik sowie weitere Probleme zu lösen, indem eine niedrige Leckage aufweisende Luftventileinrichtung für ein Luftansaugrohr geschaffen ist, die einen Ventilblock mit mehreren durch diesen hindurchführenden Durchlasskanälen aufweist, wie dies Gegenstand des Anspruchs 1 ist. Die vorliegende Erfindung stellt für jeden der Durchlasskanäle ein Klappenventil bereit, das zur Befestigung auf einer drehbaren Welle eingerichtet ist. Vorzugsweise weist das Drosselklappenventil eine im Wesentlichen rechteckige Form und einen in Axialrichtung ziemlich mittig durch diesen hindurch verlaufenden Durchgang auf. Der Durchgang weist einen Durchmesser auf, der im Wesentlichen dem der drehbaren Welle entspricht. Das Drosselklappenventil enthält einen ersten und einen zweiten Flügel, die auf jeder Seite des Durchgangs angeordnet sind. Jeder Flügel enthält einen äußeren Rand, der dazu eingerichtet ist, mit einer Wand eines Durchlasskanals in einem Ventilgehäuse dichtend in Berührung zu treten, um darin eine Dichtungspassung zu schaffen. Ein erstes elastisches Dichtungsmittel ist an dem äußeren Rand des ersten Flügels des Drosselklappenventils befestigt, um einen Luftabschluss mit ziemlich geringen Leckverlusten zu schaffen. Das erste elastische Dichtungsmittel ist aus einem Gummi oder einem elastischen Material hergestellt und enthält eine vorspringende Lippe, die mit einem Absatz in dem Durchlasskanal des Ventilgehäuses selbstabdichtend wirkt, wenn darauf ein Unterdruck einwirkt. Ein zweites elastisches Dichtungsmittel ist an dem äußeren Rand des zweiten Flügels des Drosselklappenventils befestigt, um Luftabschluss mit ziemlich geringen Leckverlusten zu schaffen. Das zweite elastische Dichtungsmittel ist aus einem Gummi oder einem elastischen Material gebildet und enthält einen Trägerabschnitt, der dazu vorgesehen ist, bei einem Kontakt mit der Schulter gebogen zu werden, die in dem Durchlasskanal des Ventilgehäuses angeordnet ist. Dritte elastische Dichtungsmittel sind in Axialrichtung auf jeder Seite des Durchgangs in dem Drosselklappenventil angeordnet und in Radialrichtung um einen ausgewählten Abschnitt der drehbaren Welle herum vorgesehen, um eine Gleitdichtung zwischen den Durchlasskanälen des Ventilgehäuses zu schaffen. Vorzugsweise enthält das dritte Dichtungsmittel eine winkelige Dichtungsfläche, die dazu eingerichtet ist, vollständig zusammengedrückt zu werden, wenn sich das Drosselklappenventil in seiner aufsitzenden Stellung befindet. Das dritte elastische Dichtungsmittel kann ferner auf seiner winkeligen Dichtungsfläche eine vorstehende Rippe enthalten, um die Dichtungskraft zu erhöhen. In ähnlicher Weise kann ein Randwulst oder können mehrere Randwülste auf dem Trägerabschnitt des zweiten elastischen Dichtungsmittels vorgesehen sein, um dessen Dichtungskraft zu erhöhen. In der bevorzugten Ausführungsform ist eine erste Querschnittsfläche, die durch den ersten Flügel des Drosselklappenventils und das an dessen äußerem Rand befestigte erste elastische Dichtungsmittel gebildet ist, etwas größer als die zweite Querschnittsfläche, die durch den zweiten Flügel des Drosselklappenventils und das an dessen Außenrand befestigte zweite elastische Dichtungsmittel definiert ist. Dies ergibt ein Nettodrehmoment, das von dem Unterdruck herrührt, der die Abdichtung des Trägerabschnitts unterstützt.
Der Ventilblock enthält vorzugsweise einen Kanal, um die Welle mit dem Drosselklappenventil aufzunehmen.
Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Luftventileinrichtung für ein Luftansaugrohr mit niedrigen Leckverlusten zu schaffen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer niedrige Leckverluste aufweisenden Ventileinrichtung für ein Luftansaugrohr. Dies ist Gegenstand des Anspruchs 12.
Die Luftventileinrichtung mit niedrigen Leckverlusten gemäß der vorliegenden Erfindung ist stabil aufgebaut, wirtschaftlich herzustellen und weist im Gebrauch eine hohe Haltbarkeit auf.
Die unterschiedlichen neuen Merkmale, die die vorliegende Erfindung kennzeichnen, sind im Einzelnen in den Ansprüchen angegeben, die dieser Beschreibung beigefügt sind und einen Teil derselben bilden. Für ein besseres Verständnis der Erfindung, ihrer betrieblichen Vorteile und spezieller Aufgaben, die durch ihre Verwendung gelöst werden, wird nun auf die beigefügten Zeichnungen und zugehörige Beschreibung Bezug genommen, in denen eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht ist.
KURZBESCHREIBUNGEN DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine Perspektivansicht einer Ventilein richtung mit niedriger Luftleckage entsprechend der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt eine Perspektivansicht des Ventilblocks ohne die Drosselklappenventile und die Welle;
3 zeigt eine Perspektivansicht mit mehreren Drosselklappenventilen auf einer Welle entsprechend der vorliegenden Erfindung;
4 zeigt eine detaillierte Seitenansicht eines Ausschnitts aus 3;
5 zeigt einen Ausschnitts aus 3 in einer detaillierten Ansicht von oben;
6 zeigt eine Querschnittsansicht eines Drosselklappenventils in einem Durchlasskanal entsprechend der vorliegenden Erfindung;
7 zeigt eine Querschnittsansicht, geschnitten längs der Linie 7-7, wobei ein Abschnitt weggelassen ist; und
8 zeigt eine Querschnittsansicht eines axialen Endes des Ventils 12.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Bezugnehmend auf die Figuren, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Merkmale in den unterschiedlichen Ansichten kennzeichnen, und zunächst auf 1 ist dort eine Ventileinrichtung mit niedriger Leckage entspre chend der vorliegenden Erfindung allgemein mit 10 bezeichnet. Die Luftventileinrichtung 10 mit niedrigen Leckverlusten ist dazu vorgesehen, vorzugsweise in Verbindung mit Luftansaugrohren aus Kunststoff mit einem aktiven Ansaugkanalsystem eingesetzt zu werden. Das Luftventil verkürzt den Luftströmungsweg bei hohen Umdrehungen pro Minute, um das Motordrehmoment zu optimieren.
Die Ventileinrichtung mit niedriger Leckage 10 weist mehrere Drosselklappenventile 12 auf, die auf einer Welle 14 gezielt angeordnet sind. Die Welle 14 und die Drosselklappenventile 12 sind in einem Luftventilblock 16 (wie in einem Nest) aufgenommen. Der Luftventilblock 16 enthält mehrere Durchlasskanäle 18 entsprechend dem Abstand der mehreren Drosselklappenventile 12. Ein Kanal 20 in dem Luftventilblock 16 nimmt die Welle 14 auf und ermöglicht den Drosselklappenventilen 12, in den Durchlasskanälen 18 zu liegen. Der Kanal 20 erstreckt sich in axialer Ausrichtung quer durch den Ventilblock 16, wie dies am besten in 2 zu ersehen ist. Vorzugsweise enthält der Ventilblock 16 eine Nabe 22, die eine Verlängerung des Kanals 20 zur Aufnahme der Welle 14 bildet. Eine Buchse 21, die aus einem mit Öl imprägnierten Bronzemetallpulver oder einem beliebigen sonstigen geeigneten Material hergestellt ist, kann in der Nabe 22 sowie an dem entgegengesetzten Ende der Welle 14 eingesetzt sein, um die Welle 14 in dem Kanal 20 besser zu halten. In der bevorzugte Ausführungsform verlaufen die Durchlasskanäle 18 und die Seitenwände 24 des Ventilblocks 16 unter einem geringen Winkel α in Bezug auf die Normale, wie in 6 veranschaulicht, der ungefähr 10° bis ungefähr 65° beträgt und vorzugsweise bei 65° liegt. Dieser Winkel ist für die Einkopplung oder Einführung in die Anlage vorgesehen.
In der bevorzugten Ausführungsform weisen die Durchlasskanäle 18 des Ventilblocks 16 eine im Wesentlichen quadratische oder rechteckige Gestalt und in Radialrichtung an ihrer oberen Kante eine Kontur auf, um den Luftstrom in dem verfügbaren Raum auf ein Maximum zu steigern. Ihre Seiten sind abgerundet und enthalten einen Absatz 26 auf einer Seite oder Hälfte des Durchlasskanals 18 sowie eine Schulter 28 auf der anderen Seite oder Hälfte des Durchlasskanals, wie dies in den 2 und 6 veranschaulicht ist. Der Absatz 26 ist in einer Tiefe von vorzugsweise ungefähr ein Drittel bis ein Halb der Tiefenerstreckung des Durchlasskanals 18 angeordnet und weist eine um den Kanal 20 herum führende Kontur auf, wo der Absatz 26 an einer Stelle in etwa in der Mitte von diesem endet. Natürlich kann eine beliebige Tiefe verwendet werden, die ausreichend ist, um das Ventil 12 zu lagern.
Die Schulter 28 erstreckt sich von der Oberseite des Durchlasskanals 18 bis zu der Oberkante des Kanals 20 vorzugsweise auf einer Seite von diesem. Der Ventilblock 16 ist dazu eingerichtet, eine Welle 14 mit vorzugsweise vier Drosselklappenventile darin aufzunehmen, und ermöglicht der Welle, teilweise darin verdreht zu werden. Die Ventileinrichtung 10 entsprechend der vorliegenden Erfindung kann lediglich ein einzelnes Ventil 12 oder so viele Ventile wie gewünscht verwenden. Die Welle 14 ist dazu eingerichtet, sich in dem Kanal 20 ausreichend zu verdrehen, so dass der Durchlasskanal 18 so vollständig wie möglich offen ist.
Jedes Drosselklappenventil 12 weist einen Durchgang 30 auf, der in Axialrichtung verlaufend in diesem angeordnet ist, um die Welle 14 aufzunehmen. Die durch den Durchgang 30 verlaufende Welle 14 unterteilt jedes Drosselklappenven til 12 derart, um einen ersten Flügel 32 und einen zweiten Flügel 34 zu definieren. Ein erstes elastisches Dichtungsmittel 36, das vorzugsweise aus einem Gummimaterial, wie Silikon oder HNBR (hydrierter Nitril-Butadien-Kautschuk), gebildet ist, ist an dem Außenrand des ersten Flügels 32 befestigt. Das erste elastische Dichtungsmittel 36 enthält eine vorspringende Lippe 38, die dazu eingerichtet ist, gegen die Konturseitenwand 24 des Durchlasskanals 18 in dem Ventilblock 16 abzudichten, wenn darauf ein Unterdruck einwirkt, der allgemein als V (Vakuum) gekennzeichnet ist, um die Unterdruckseite zu veranschaulichen, die im gewöhnlichen Verlauf eines Zyklus einer Brennkraftmaschine erzeugt wird. Der Unterdruck unterstützt die Abdichtung durch die vorspringende Lippe 38 gegen die Seitenwand 24, wenn der Unterdruck die Lippe 38 nach unten, wie durch den Pfeil V angezeigt, gegen den Absatz 26 einzieht, wie dies am besten in 6 zu ersehen ist.
Der zweite Flügel 34 des Drosselklappenventils 12 weist ein zweites elastisches Dichtungsmittel 40 auf, das vorzugsweise aus einem Gummimaterial, wie Silikon oder HNBR, gebildet ist, das um seinen Außenrand herum befestigt ist. Das zweite elastische Dichtungsmittel 40 enthält einen Trägerabschnitt 42, der dazu eingerichtet ist, nach oben gegen die Schulter 28 des Durchlasskanals 18 in dem Ventilblock 16 zu drücken. Wenn ein Unterdruck V an beiden Flügeln nach unten zieht, weist der zweite Flügel 34 die Neigung auf, auf Grund der Verdrehung um die Welle 14 nach oben in der Richtung des Pfeiles A zu drücken; weil aber der erste Flügel eine größere Fläche aufweist, wird ein Nettodrehmoment erzeugt. Der Trägerabschnitt 42 ist vorzugsweise ein im Wesentlichen flacher Abschnitt, um eine vergrößerte Dichtungskraft zu erzeugen, wenn auf ihn, wie vorstehend beschrieben, ein Unterdruck einwirkt und Drehmoment zugeführt wird.
Ein drittes elastisches Dichtungsmittel 44, das ebenfalls vorzugsweise aus einem Gummimaterial, beispielsweise Silikon oder HNBR, gebildet ist, ist in Axialrichtung auf jeder Seite des Durchgangs 30 in dem Drosselklappenventil 12 auf der Welle 14 angeordnet. Vorzugsweise ist das dritte elastische Dichtungsmittel 44 um ungefähr die halbe untere Seite oder Unterseite der Welle 14 herum angeordnet. In der bevorzugten Ausführungsform enthält das dritte elastische Dichtungsmittel 44 eine unter einem Winkel verlaufende Dichtungsfläche 46, die eine geringe Neigung aufweist, um ein abnehmendes Zusammendrücken der Gleitdichtung herbeizuführen, wenn das Drosselklappenventil 12 in dem Durchlasskanal 18 rotiert, bis schließlich ein Freiraum vorhanden ist. Wenn sich das Drosselklappenventil 12 in der vollständig aufsitzenden Stellung befindet, ist das dritte elastische Dichtungsmittel 44 vollständig zusammengedrückt. Die winkelige Dichtungsfläche 46 verläuft, wie in 8 veranschaulicht, unter einem kleinen Öffnungswinkel, der in einem Bereich zwischen ungefähr 70° bis ungefähr 89° und vorzugsweise bei ungefähr 86° in Bezug auf die Welle liegt. Auf diese Weise verläuft die Dichtungsfläche in der bevorzugten Ausführungsform nicht bei 90° in Bezug auf die Welle. Dies verringert Reibung und Verschleiß.
Die bevorzugte Ausführungsform des Drosselklappenventils 12 legt fest, dass eine erste Querschnittsfläche 54, die durch die erste Dichtungsfläche, also den ersten Flügel 32, und das erste elastische Dichtungsmittel 36, einschließlich der vorspringenden Lippe 38, gebildet ist, größer ist als eine zweite Querschnittsfläche 56, die durch die zweite Dichtungsfläche, also den zweiten Flügel 34, und das zweite elastische Dichtungsmittel 40 definiert ist, wie dies in 7 veranschaulicht ist. Dies erzeugt ein Nettodrehmoment, das die Dichtungskraft auf der zweiten Dichtungsfläche 56 oder -zone erhöht. Während dieses Drehmoment nichts für die erste Dichtungsfläche 54 oder -zone beiträgt, da die Verdrehung des Ventils 12 blockiert ist, erhöht es die Dichtungskraft in der zweiten Dichtungszone 56. Dies ergibt den Vorteil einer Reduktion des erforderlichen Aktuatordrehmomentes. Die Drosselklappenventileinrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung kann nicht eine Wellendichtungsfläche über einen Verdrehbereich von 360° um die Welle schaffen. In anderen Worten ermöglicht die Welle 14 nur eine begrenzte Drehbewegung, die jedoch ausreichend ist, um der Luft zu gestatten, vollständig durch die Durchlasskanäle 18 zu strömen. Die vorliegende Erfindung bietet jedoch den Vorteil einer Mehrfachventilanwendung sowie, indem sie es ermöglicht, die Ventile auf der Welle zu montieren und anschließend in dem Ventilblock 16 einzubauen, einer einlegbaren Konfiguration.
Weitere Öffnungen können in den Wänden des Ventilblocks 16 vorgesehen sein, um bei der Unterbringung der einlegbaren Konfiguration Befestigungsmittel aufzunehmen, um leicht in einer vorhandenen Luftansaugeinrichtung montiert zu werden.
Um dennoch, selbst wenn eher lokal, hohe Dichtungskräfte zu erzeugen, ist ein Wulst 48 oder sind sogar mehrere Wülste 48 aus einem Gummimaterial oder einem sonstigen anderen geeigneten Elastomere auf dem im Wesentlichen flachen Abschnitt des Trägerabschnitts 42 des zweiten elastischen Dichtungsmittels 40 angeordnet. Diese Wülste 48 kön nen in ihrer Höhe zunehmend aufgebaut sein, um den Druck zu verringern, mit dem jeder Randwulst gegen die Schulter 28 abdichten muss. In ähnlicher Weise kann eine Rippe 50 oder können mehrere Rippen 50 auf der winkeligen Dichtungsfläche 46 auf jeder Seite des Drosselklappenventils 12 angeordnet sein, um die Dichtungskräfte örtlich begrenzt zu erhöhen. Dies ergibt eine Dichtung, die bei niedrigerem Drehmoment, unter niedrigerer Kompression und mit geringerer Reibung funktioniert.
Während in der bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vier Ventile 12 veranschaulicht sind, wie sie auf der Welle aufgespritzt oder aufgegossen sind, versteht es sich für einen Fachmann, dass eine beliebige Anzahl von Ventilen an einer Welle entweder angegossen oder mit Keilen und/oder Befestigungsmitteln montiert sein können. Das erste, das zweite und das dritte elastische Dichtungsmittel können danach angebracht werden. Altenativ können die elastischen Dichtungsmittel zunächst an den Drosselklappenventilen 12 angebracht werden und diese anschließend auf der Welle 14 mit Befestigungsmitteln oder durch Presspassung montiert werden. Während die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung insbesondere auf Luftansaugrohre aus Kunststoff gerichtet ist, wobei der Ventilblock 16 aus Kunststoff gefertigt ist und die Drosselklappenventile 12 aus Kunststoff gebildet und vorzugsweise mit ersten, zweiten und dritten elastischen Dichtungsmitteln aus Gummi versehen sind, können diese Gegenstände auch aus einem beliebigen Material hergestellt sein, das das Merkmal der niedrigen Leckage gemäß der vorliegenden Erfindung ergibt. Zu einer weiteren Option, die bevorzugt verwendet wird, zählen Verstärkungsrippen 52, die an beiden Flügeln 32, 34 des Drosselklappenventils 12 vorgese hen sind. Die Rippen 52 können an den Flügeln unmittelbar angegossen werden, wenn die Flügel hergestellt werden. Sie können durch Kunststoffspritzguss, ein Blasformverfahren oder in einer sonstigen geeigneten Weise geformt werden.
In der vorliegenden Erfindung gibt es drei Dichtungszonen oder -bereiche, die bei der Luftventileinrichtung 10 mit niedriger Leckage vorhanden sind. Insbesondere ist der erste Dichtungsbereich eher ähnlich einem beliebigen Drosselklappenventil mit einer flexiblen vorspringenden Lippe 38, die durch Kontakt mit einer Wand des Durchlasskanals 18 eine Abdichtung schafft, wie in 6 veranschaulicht. Der Absatz 26 bildet einen Anschlag gegen ein Überschwenken, um eine Verhinderung eines Schadens an der anderen Dichtung 40 zu unterstützen. Wenn darauf ein Unterdruck V einwirkt, erhöht dies die Dichtungskraft. Der gegenüberliegende oder zweite Flügel 34 des Drosselklappenventils 12 verwendet den kleineren Flächenbereich und das kürzere zweite elastische Dichtungsmittel 40 mit seinem Trägerabschnitt 42, der bei einem Kontakt gegen die Schulter 28 verbogen wird. Diese Verbiegung des Trägerabschnitt gleicht beliebige Unebenheitsmerkmale und Positionstoleranzen mit Bezug auf den Ventilblock 17 und insbesondere die darin vorgesehene Schulter 28 aus. Der Wulst 48 an dem Trägerabschnitt 42 dient dazu, die Kraft zu konzentrieren, um eine Abdichtung mit einem minimal zugeführten Drehmoment zu erzielen, weil gewöhnlich nur eine begrenzte Menge an Drehmoment zur Verfügung steht, da das Betätigungsmoment häufig mit Kosten in Abhängigkeit steht. Das Drehmoment wird dazu verwendet, den Träger 42 umzubiegen und die Unebenheiten und Toleranzen auszugleichen. Der dritte Dichtungsbereich besteht zwischen dem Drosselklappenventil 12 und dem Ventilblock 16 an der Welle 14 in dem Kanal 20. Andere Lösungsansätze in der Ver gangenheit haben eine glockenförmige Gleitdichtung verwendet, die Reibung und Verschleiß in diesem Bereich erhöht. Die erfindungsgemäße Gestaltung verwendet keine Glockenform, noch erfordert sie Dichtungsflächen von 360°. Die vorliegende Erfindung verwendet eine Gleitdichtung mit vorzugsweise einem kraftkonzentrierenden Ringwulst 50, der entlang lediglich der Unterseite der Welle vorgesehen ist. In der bevorzugten Ausführungsform verläuft die Dichtungsfläche nicht unter 90° in Bezug auf die Welle, sondern eher unter einem kleinen Öffnungswinkel θ (von vorzugsweise ungefähr 86°). Die unter geringem Winkel verlaufende Dichtungsfläche 46 gemäß der vorliegenden Erfindung führt eine abnehmende Kompression der Gleitdichtung herbei, wenn das Drosselklappenventil 12 verdreht wird, bis schließlich ein Freiraum existiert. Das einzige Mal, dass der dritte Dichtungsbereich vollständig zusammengedrückt ist, liegt dann vor, wenn sich das Ventil 12 in der vollständig aufsitzenden Stellung oder geschlossenen Stellung befindet. Somit sind Reibung und Verschleiß wesentlich verringert, während das begrenzte Drehmoment nicht nutzlos für Gleitreibung verwendet wird.
Bei der Montage der Drosselklappenventile 12 auf der Welle 14 besteht das bevorzugte Verfahren darin, Kunststoff auf die Welle aufzuspritzen und anschließend Gummi auf den Kunststoff aufzugießen. Ein geeignetes Kunststoffmaterial ist ein glasgefülltes Nylon, wobei ein 33% glasgefülltes Nylon 6 bevorzugt wird, während das bevorzugte Gummimaterial einen Härtegrad im Bereich von ungefähr 50 bis 60 URO aufweist, wobei beispielsweise Silikon mit 50 URO bevorzugt wird. Ein Fluorsilikonwerkstoff wird ebenfalls bevorzugt, ist jedoch kostspieliger. Natürlich soll die vorliegende Erfindung nicht auf diese speziellen Materialien beschränkt sein. Geeignete Materialien ermöglichen einen Betriebstemperaturbereich von ungefähr –40°C bis ungefähr 150°C und enthalten, ohne Einschränkung, ein in der Hitze aushärtbares Material für den Kunststoff.
Ein alternativer Prozess kann einen zweistufigen Spritzgussprozess enthalten, bei dem der Kunststoff durch ein thermoplastisches Elastomere (auch ein geeignetes Kunststoffmaterial) gebildet ist, das auf die Welle aufgespritzt wird, um die Drosselklappenventile aus Kunststoff zu bilden. Natürlich sollten die Temperaturgrenzen, Härtegrenzen, Fluidkompatibilitätsgrenzen des Gummimaterials mit denen des thermoplastischen Elastomeren vereinbar sein.
Ein noch weiterer alternativer Prozess besteht darin, die einzelnen Drosselklappenventile auf einer D-förmigen Welle zu montieren. Wenn den Drosselklappenventilen gestattet wird, zu „schwimmen“ oder sich in einer begrenzten Weise axial zu bewegen, kann dies bei Toleranzfragen, einschließlich bei der Positionierung der Drosselklappenventile über den Durchgängen, helfen. In dieser Weise würden die Ventile selbstausrichtend sein. Dies verringert die Menge des Gummimaterials, das erforderlich ist, um Maßprobleme auszugleichen.
In der vorliegenden Erfindung kann das Kunststoffmaterial und das Gummimaterial sämtliche Drosselklappenventile in Form eines dünnen Films entlang der Welle verbinden.
Dies dient dazu, Kunststoffspritzer (oder ein Kunststoffleck während des Spritzgussprozesses) auf Grund einer gebogenen Welle oder Unterschieden in der Größe der Welle sowie Gummispritzer zu verhindern.
Wenn für die Drosselklappenventile ein weicheres Kunststoffmaterial verwendet wird, kann auf der Welle und dem weicheren Kunststoff ein Gummiverschluss bewirkt werden, weil die Form den Kunststoff bei Bedarf geringfügig zusammen quetscht.
In der obigen Weise stellt die vorliegende Erfindung ein Luftventil mit niedrigen Leckverlusten bereit, das zur Verwendung in Kunststoffansaugrohreinrichtungen von variablen Ansaugsystemen oder in beliebigen sonstigen Luftansaugrohren geeignet ist.
Alternativ weist die vorliegende Erfindung einen Ventilblock 16 mit mehreren Durchlasskanälen 18 auf. Der Durchlasskanal 18 enthält einen Absatz 26 und eine Schulter 28, die ähnlich den in 2 dargestellten und vorstehend beschriebenen ausgebildet sind. In der Ausführungsform sind die Dichtungsmittel zumindest an dem Absatz 26 und der Schulter 28 vorgesehen. Vorzugsweise ist das Dichtungsmittel durch ein Gummimaterial gebildet, das dem vorstehend beschriebenen Material ähnlich ist. Die Dichtungsmittel können in einem beliebigen gewünschten Maße an den Seitenwänden 24 des Durchlasskanals 18 von dem Absatz 26 bis zu dem und einschließlich des gerundeten obersten Abschnitts 25 des Durchlasskanals 18 sowie in ähnlicher Weise um die Schulter 28 herum bis zu ihrem obersten Abschnitt 27 vorgesehen sein, wie dies am deutlichsten aus 6 zu ersehen ist.

Claims

Luftventileinrichtung mit niedriger Leckage für ein Ansaugrohr, zu der gehören: ein Ventilblock, der mehrere durch diesen hindurchführende Durchlasskanäle (18) aufweist, wobei ein Kanal (20) quer über den Ventilblock verläuft; eine Welle (14), die dazu eingerichtet ist, in dem Kanal (20) des Ventilblocks befestigt und darin verdreht zu werden, und mehrere Drosselklappenventile (12), die gezielt im Abstand zueinander auf der Welle (14) angeordnet sind, um für jeden Durchlasskanal (18) jeweils ein einzelnes Drosselklappenventil bereitzustellen, wobei jedes Drosselklappenventil einen Durchgang aufweist, der ziemlich mittig in Axialrichtung durch dieses hindurch verläuft, um die Welle aufzunehmen, und ferner einen ersten sowie einen zweiten Flügel (32, 34) mit einem ersten (36) und einem zweiten (40) elastischen Dichtungsmittel aufweist, die an dem äußeren Rand des ersten bzw. des zweiten Flügels befestigt sind, wobei jedes Drosselklappenventil ferner ein drittes elastisches Dichtungsmittel (44) enthält, das in Axialrichtung auf jeder Seite des Drosselklappenventils (12) angeordnet und in Radialrichtung bis zu einem gewissen Maße um dieses herum vorgesehen ist, um während einer Verdrehung der Welle (14) das Drosselklappenventil in Axialrichtung gemeinsam mit dem zugehörigen Durchlasskanal (18) abzudichten.
Luftventileinrichtung mit niedriger Leckage nach Anspruch 1, wobei das dritte elastische Dichtungsmittel (44) eine mit einem Winkel versehene Dichtungsfläche (46) enthält, die dazu eingerichtet ist, vollständig zusammengedrückt zu sein, wenn sich das Ventil in einer aufsitzenden Stellung befindet.
Luftventileinrichtung mit niedriger Leckage nach Anspruch 2, wobei das dritte elastische Dichtungsmittel ferner eine vorstehende Rippe (50) auf seiner mit einem Winkel versehenen Dichtungsfläche (46) aufweist, die lediglich auf einer Unterseite des Drosselklappenventils ausgebildet ist.
Luftventileinrichtung mit niedriger Leckage nach Anspruch 1, wobei eine erste Querschnittsfläche (54), die durch den ersten Flügel (32) des Drosselklappenventils und das an dem Außenrand befestigte erste elastische Dichtungsmittel festgelegt ist, größer ist als eine zweite Querschnittsfläche (56), die durch den zweiten Flügel (34) des Drosselklappenventils und das an seinem Außenrand befestigte zweite elastische Dichtungsmittel definiert ist.
Luftventileinrichtung mit niedriger Leckage nach Anspruch 2, wobei ein Trägerabschnitt (42) des zweiten elastischen Dichtungsmittels (40) ferner einen im Wesentlichen flachen Abschnitt lediglich auf einer Oberseite des Drosselklappenventils aufweist.
Luftventileinrichtung mit niedriger Leckage nach Anspruch 2, wobei die mit einem Winkel versehene Dichtungsfläche (46) unter einem Öffnungswinkel in Bezug auf die Welle (14) angeordnet ist.
Luftventileinrichtung mit niedriger Leckage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: wenigstens ein Durchlasskanal einen äußeren Rand mit einer Schulter (28) auf seiner einen Seite und einem Absatz (26) auf einer gegenüberliegenden Seite aufweist; jedes erste elastische Dichtungsmittel aus einem elastischen Material ausgeführt ist und eine vorspringende Lippe (38) enthält, die mit dem Absatz (26) in dem Ventilblock selbstabdichtend wirkt, wenn darauf ein Unterdruck einwirkt, und das zweite Dichtungsmittel (40) aus einem elastischen Material ausgeführt ist und einen Trägerabschnitt (42) enthält, der dazu vorgesehen ist, bei einem Kontakt mit der Schulter (28) in dem Durchlasskanal (18) in dem Ventilblock gebogen zu werden.
Luftventileinrichtung mit niedriger Leckage nach Anspruch 7, wobei jedes Drosselklappenventil (12) ferner Verstärkungsrippen (52) auf seinen beiden Seiten aufweist.
Luftventileinrichtung mit niedriger Leckage nach Anspruch 5, das ferner auf dem im Wesentlichen flachen Abschnitt des zweiten elastischen Mittels (40) einen Randwulst (48) zur Erhöhung der Dichtungskraft aufweist.
Luftventileinrichtung mit niedriger Leckage nach Anspruch 5, die ferner mehrere Randwülste (48) auf dem im Wesentlichen flachen Abschnitt des zweiten elastischen Dichtungsmittels zur Erhöhung der Dichtungskräfte aufweist.
Luftventileinrichtung mit niedriger Leckage nach Anspruch 2, wobei das dritte elastische Dichtungsmittel (40) ferner mehrere vorstehende Rippen (50) auf der mit einem Winkel versehenen Dichtungsfläche (46) aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer Luftventileinrichtung mit niedriger Leckage für ein Luftansaugrohr, wobei zu dem Verfahren die Schritte gehören: Bereitstellung eines Ventilblocks (16) mit mehreren durch diesen hindurch führenden Durchlasskanälen (18), wobei jeder Durchlasskanal einen Absatz (26) auf einer Seite sowie eine Schulter (28) auf einer gegenüberliegenden Seite von diesem aufweist: Anordnung einer der Anzahl der Durchlasskanäle in dem Ventilblock entsprechenden Anzahl von Drosselklappenventilen (12) in ausgewählten Abständen auf einer Welle (14), wobei jedes Drosselklappenventil einen Durchgang aufweist, der ziemlich zentral in Axialrichtung durch diesen hindurchführend angeordnet ist, um die Welle aufzunehmen, und ferner einen ersten sowie einen zweiten Flügel (32, 34) auf jeder Seite der Welle aufweist und dazu eingerichtet ist, auf eine dichte Weise innerhalb des jeweiligen Durchlasskanals des Blocks zu passen; Bereitstellung eines ersten elastischen Dichtungsmittels (36) an einem äußeren Rand des ersten Flügels des Drosselklappenventils, wobei das erste elastische Dichtungsmittel eine vorspringende Lippe (38) enthält, die mit dem Absatz (26) in dem Durchlasskanal des Ventilblocks einen selbstabdichtenden Verschluss schafft, wenn darauf ein Unterdruck einwirkt; Bereitstellung eines zweiten elastischen Dichtungsmittels (40) an einem äußeren Rand des zweiten Flügels des Drosselklappenventils, wobei das zweite elastische Dichtungsmittel einen Trägerabschnitt (42) enthält, der dazu eingerichtet ist, bei einem Kontakt mit der Schulter (28) in dem Durchlasskanal des Ventilblocks gebogen zu werden; und Anordnung eines dritten elastischen Dichtungsmittels (44) in Axialrichtung auf beiden Seiten des Drosselklappenventils (12) und in Radialrichtung um einen ausgewählten Abschnitt der Welle (14) herum, um gemeinsam mit dem Ventilblock eine Gleitdichtung zu schaffen.
Verfahren nach Anspruch 12, zu dem ferner der Schritt gehört, wonach das dritte elastische Dichtungsmittel (44) mit einer derartigen winkeligen Dichtungsfläche (46) versehen wird, um vollständig zusammengedrückt zu werden, wenn sich das Ventil in einer aufsitzenden Stellung befindet.
Verfahren nach Anspruch 13, das ferner den Schritt umfasst, wonach eine erste Querschnittsfläche (54) geschaffen wird, die durch den ersten Flügel (32) des Drosselklappenventils und das an dem Außenrand befestigte erste elastische Dichtungsmittel (36) definiert ist und die größer ist als eine zweite Querschnittsfläche (56), die durch den zweiten Flügel (34) des Drosselklappenventils und das an seinem Außenrand befestigte zweite elastische Dichtungsmittel definiert ist.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner den Schritt umfasst, wonach zur Erhöhung der Dichtungswirkung ein Wulst (48) an dem Trägerabschnitt (42) des zweiten elastischen Dichtungsmittels vorgesehen wird.