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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Drosselsteuervorrichtung
mit einer Drosselklappe zum Steuern einer Flussrate eines Strömungsmittels,
und im spezielleren bezieht sie sich auf eine Drosselsteuervorrichtung
zum Steuern einer Flussrate von Luft, beispielsweise einer an einen
Kraftfahrzeugmotor zugeführten
Einlassluft.
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Bezug
nehmend auf 3 und 4, hat eine
herkömmliche
Drosselsteuervorrichtung zum Steuern einer Einlassluftmenge für einen
Kraftfahrzeugmotor im Allgemeinen ein Drosselgehäuse 101, das einen
annähernd
zylindrischen Einlasskanal 101a bildet. Eine Drosselwelle 103 ist
drehbar innerhalb des Drosselgehäuses 101 quer
zu dem Einlasskanal 101a eingebaut. Eine Drosselklappe 110 vom Schmetterlingstyp
ist an der Drosselwelle 103 (siehe 4) befestigt.
Die Drosselklappe 110 wird über die Drosselwelle 103 durch
eine Antriebseinheit (nicht gezeigt), wie etwa einem elektrischen
Motor, gedreht, so dass der Einlasskanal 101a schrittweise
geöffnet und
geschlossen wird. Als ein Ergebnis wird die Einlassluftmenge, die
durch den Einlasskanal 101a fließt, gesteuert oder eingestellt.
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In
der Drosselsteuervorrichtung ist der Fluss der Einlassluft (nachfolgend
als Einlassluftströmung bezeichnet),
der durch ein plötzliches Öffnen der Drosselklappe 110 von
einer nahezu voll geschlossenen Stellung aus herbeigeführt wird, ähnlich zu
den durch gestrichelte Linien A in 3 und 4 gezeigten
Bahnen. Wenn sich die Drosselklappe 103 entgegen dem Uhrzeigersinn,
wie durch Pfeile in 3 gezeigt ist, dreht, wird die
Einlassluftströmung an
einem Teil der strömungsaufwärtsseitigen
Oberfläche
(obere Oberfläche
wie in 3 ersichtlich) eines ersten Endes 110a der
Drosselklappe 110 konzentriert, die an der strömungsabwärtigen Seite
der Drosselwelle 103 (die linke Seite bei Blickrichtung wie
in den 3 und 4) angeordnet ist. Die konzentrierte
Einlassluftströmung
wird eine Jetströmung A1,
die mit einer Wandoberfläche 101b des
Einlasskanals 101a kollidiert und in einer unerwünschten Geräuscheentwicklung
resultiert. Die Einlassluftströmung
konzentriert sich normalerweise nicht an der strömungsaufwärtsseitigen Oberfläche (obere
Oberfläche
bei Blickrichtung wie in 3) eines zweiten Endes 110b (die
rechte Seite bei Blickrichtung wie in den 3 und 4)
der Drosselklappe 110, verglichen mit der strömungsaufwärtsseitigen
Oberfläche des
ersten Endes 110a. Demzufolge ist die Geschwindigkeit einer
Jetströmung
A2 gering, die an dem zweiten Ende 110b infolge der Einlass luftströmung erzeugt
wird. Infolgedessen wird das Geräusch (als
Einlassgeräusch
bezeichnet), das durch die Kollision der Jetströmung A2 mit der Wandoberfläche l0lb verursacht
wurde, als nahezu vernachlässigbar betrachtet.
An einer strömungsabwärtigen Seite
(zu der unteren Hälfte
von 3 hin) der Drosselklappe 110 ist die
Einlassluftströmung
normalerweise auch nicht konzentriert ähnlich zu dem Teil der strömungsaufwärtsseitigen
Oberfläche
des zweiten Endes 1l0b. Das Ergebnis ist, dass das durch
die strömungsabwärtsseitige
Luft verursachte Geräusch
nahezu vernachlässigbar
ist.
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Um
das Einlassgeräuschniveau
zu senken, wurde, wie beispielsweise in 5 gezeigt
ist, vorgeschlagen, gleichrichtende Flossen 116 und 117 zu befestigen,
um die Einlassluftströmung
sowohl an der strömungsaufwärtsseitigen
Oberfläche
(obere Oberfläche,
wie in 5 ersichtlich ist) der strömungsabwärtigen Hälfte 114 der Drosselklappe 110 als
auch an der strömungsabwärtsseitigen
Oberfläche
(untere Oberfläche
bei Blickrichtung wie in 5) der strömungsaufwärtigen Hälfte 115 (beispielsweise
auf Seite 9 und 16 in der japanischen
offengelegten Patentveröffentlichung
Nr. 10-121994 dargestellt) zu teilen.
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Aus
Ergebnissen von verschiedenen Versuchen hat der Anmelder die Geräuschverringerungseffekte
der gleichrichtenden Flossen 116 beobachtet, die an der
strömungsaufwärtsseitigen
Oberfläche
der strömungsabwärtigen Drosselklappenhälfte 114 der Drosselklappe 110 vorgesehen
sind. Jedoch waren die Geräuschverminderungseffekte
der gleichrichtenden Flossen 117, die an einer strömungsabwärtigen Seite
der strömungsaufwärtigen Drosselklappenhälfte 115 vorgesehen
sind, nicht so signifikant. Darüber
hinaus wurde gezeigt, dass die gleichrichtenden Flossen 117 den
Einlasswiderstand erhöhen, was
direkt zu einer Abnahme der Einlasseffizienz führt. In dem Fall, in dem gleichrichtende
Flossen an der strömungsaufwärtsseitigen
Oberfläche
der strömungsaufwärtigen Drosselklappenhälfte 115 vorgesehen
sind und gleichrichtende Flossen an der strömungsabwärtsseitigen Oberfläche der
strömungsabwärtigen Drosselklappenhälfte 114 vorgesehen
sind, war die Fähigkeit,
das Einlassgeräusch
zu vermindern, vernachlässigbar,
und die Einlasseffizienz wurde verringert.
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Daher
ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Drosselsteuervorrichtung
bereit zu stellen, in der ohne eine signifikante Abnahme in der
gesamten Einlasseffizienz das emittierte Ein lassgeräusch vermindert
wird, wenn die Drosselklappe von einer voll geschlossenen Stellung
aus plötzlich
geöffnet
wird.
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Eine
Lösung
dieser Aufgabe wird mit einer Drosselsteuervorrichtung nach dem
beigefügten
Anspruch 1 erreicht.
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Die
beigefügten
Unteransprüche
sind auf vorteilhafte Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Drosselsteuervorrichtung
gerichtet.
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Gemäß der Erfindung
vermindert eine Energieausgleichsvorrichtung die durch die Einlassluftströmung verursachte
Geräuschentwicklung,
wenn die Drosselklappe aus einer voll geschlossenen Stellung aus
geöffnet
wird. Da die Ausgleichsvorrichtung nicht auf irgendeine andere Drosselklappenhälfte angewendet
wird, kann die Abnahme einer Einlasseffizienz, die durch die Zunahme
des Einlasswiderstandes infolge der Ausgleichsvorrichtungen verursacht wird,
vermieden werden. Folglich kann die Abnahme der Einlasseffizienz
vermieden werden, während
das Einlassgeräusch
vermindert werden kann.
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Die
Energieausgleichsvorrichtung ist vorzugsweise eine gleichrichtende
Vorrichtung mit einer Vielzahl von Flossen. Gemäß solch einer Anordnung wird
die Einlassluftströmung
durch die Flossen in eine Vielzahl von Strömungen unterteilt, wobei dadurch
die Energie der Einlassluftströmung
effektiv ausgeglichen werden kann.
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Die
Flossen werden vorzugsweise integral mit der Drosselklappe ausgebildet.
In diesem Fall ist es vorteilhaft, dass die Flossen und die Drosselklappe
integral aus Kunstharz ausgebildet sind. Folglich können die
Anzahl der Teile und die Anzahl der Schritte beim Zusammenbau verringert
werden verglichen mit einem Fall, in dem separate Flossen an die
Drosselklappe montiert werden. Zusätzlich kann eine Gewichtseinsparung
verglichen mit einer Drosselklappe aus Metall und/oder Flossen aus
Metall erreicht werden.
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In
einer Ausführungsform
erstrecken sich die Flossen in eine zur Achse der Drosselwelle im
Wesentlichen senkrechten Richtung und sind im Wesentlichen parallel
zueinander angeordnet, so dass sie voneinander um einen vorbestimmten
Abstand entfernt sind.
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Es
wird vorgezogen, dass jede der gleichrichtenden Flossen einen durch
einen vorstehenden Rand, einen distalen Rand und einen Übergangsrand definierten äußeren Rand
aufweist. Der vorstehende Rand kann eine sich im Wesentlichen parallel
zu der Oberfläche
der Drosselklappenhälfte
erstreckende lineare Gestalt haben. Der distale Rand kann eine kreisförmige Gestalt
um die Achse der Drosselwelle haben und kontinuierlich mit einem
Umfangsrand der Drosselklappenhälfte
verlaufen. Der Übergangsrand kann
flach mit dem distalen Rand durch den gebogenen Übergangsrand verlaufen.
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Zusätzliche
Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
nach dem Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung zusammen
mit den Ansprüchen
und den beigefügten
Zeichnungen verständlich,
in denen:
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1 eine
Querschnittsansicht einer Drosselsteuervorrichtung gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung ist;
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2 eine
Ansicht einer Drosselklappe der Drosselsteuervorrichtung, in 1 von
einer strömungsaufwärtigen Seite
aus betrachtet, ist;
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3 eine
Querschnittsansicht einer herkömmlichen
Drosselsteuervorrichtung ist;
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4 eine
Ansicht einer Drosselklappe der in 3 gezeigten
Drosselsteuervorrichtung ist, betrachtet von einer strömungsaufwärtigen Seite
aus, und
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5 eine
Querschnittsansicht einer anderen herkömmlichen Drosselsteuervorrichtung
ist.
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Als
Nächstes
wird eine Drosselsteuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben.
Die in 1 gezeigte Drosselsteuervorrichtung hat ein Drosselgehäuse 1,
welches aus Kunstharz, wie etwa PPS-Kunstharz, hergestellt ist.
Das Drosselgehäuse 1 bildet
einen im Wesentlichen zylindrischen Einlasskanal 1a, der
sich bei Blickrichtung wie in 1 vertikal
durch das Drosselgehäuse 1 erstreckt.
Ein Luftfilter (nicht gezeigt) ist mit einem oberen Abschnitt des
Drosselgehäuses 1 verbunden,
und ein Einlasskrümmer
bzw. -verteiler (nicht gezeigt) ist mit einem unteren Abschnitt
des Drosselgehäuses 1 verbunden.
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Eine
Drosselwelle 3 aus Metall erstreckt sich radial (in einer
Richtung der Dicke des Blattes von 1) quer
durch den Einlasskanal 1a und ist drehbar von dem Drosselgehäuse 1 gehalten.
Eine Drosselklappe 10 aus Kunstharz, wie etwa PPS-Kunstharz,
ist an die Drosselwelle 3 durch zwei Nieten 5 (siehe 2)
befestigt. Die Drosselklappe 10, welche vom Schmetterlingstyp
ist, öffnet
und schließt durch
Drehung den Einlasskanal 1a. Daher kann eine Menge der
durch den Einlasskanal 1a (siehe 1) fließenden Einlassluft
gesteuert werden. Die Drosselklappe 10, deren voll geschlossene
Stellung in 1 gezeigt ist, wird durch eine
Drehung in einer durch die Pfeile Y in 1 gekennzeichneten
Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn aus einer voll geschlossenen
Stellung heraus geöffnet.
Die Drosselklappe 10 wird drehbar durch eine Antriebseinheit
(nicht gezeigt) über
die Drosselwelle 3 angetrieben.
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Die
Drosselwelle 3 ist als Ganzes in einer im Wesentlichen
wie in 1 gezeigten Rundstabform ausgebildet. Die Drosselwelle 3 ist
derart ausgebildet, dass nur ein Abschnitt, an dem die Drosselklappe 10 angeordnet
wird, einen D-förmigen
Querschnitt hat, um eine flache Befestigungsoberfläche 3a zu
definieren.
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Andererseits
hat die Drosselklappe 10 einen Befestigungsplattenabschnitt 11,
ein Paar Anschlusswände 12 und 13,
und ein Paar Drosselklappenhälften 14 und 15.
Die Drosselklappe 10 ist in einer im Wesentlichen kreisförmigen Scheibenform
als Ganzes ausgebildet, wie in den 1 und 2 gezeigt
ist. Der Befestigungsplattenabschnitt 11 ist in einer Form
einer Platte ausgebildet, die in einem Oberflächen-Oberflächen-Kontakt mit der Befestigungsoberfläche 3a der
Drosselwelle 3 (siehe 1) steht. Die
Anschlusswände 12 und 13 sind
an beiden Enden des Befestigungsplattenabschnittes 11 angeordnet
und bilden einen Schlitz, der zusammen mit dem Befestigungsplattenabschnitt 11 (siehe 1)
an der Drosselwelle 3 anliegt. Die Drosselklappenhälften 14 und 15 erstrecken
sich flügelähnlich von
den äußeren Rändern der
entsprechenden Befestigungswände 12 und 13 nach
außen.
Jede der Drosselklappenhälften 14 und 15 weist
eine im Wesentlichen halbkreisförmige
Gestalt auf. Die Drosselklappenhälften 14 und 15 erstrecken
sich innerhalb einer einzigen Ebene, die eine Achse 3c der
Drosselwelle 3 enthält.
Die Drosselklappe 10 wird an der Drosselwelle 3 in
einer folgenden Art und Weise montiert. Als Erstes wird die Drosselwelle 3 in
den zwischen den Befestigungswänden 12, 13 der
Drosselklappe 10 definierten Schlitz angelegt, und dann
wird die Befestigungsoberfläche 3a der
Drosselwelle 3 in einen Oberflächen-Oberflächen-Kontakt mit dem Befestigungsplattenabschnitt 11 gebracht.
Dann wird der Befestigungsplattenabschnitt 11 an der Drosselwelle 3 durch
die Nieten 5 befestigt.
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Wie
in 1 und 2 gezeigt ist, ist die Drosselklappenhälfte 14 der
Drosselklappe 10 geeignet, sich in Richtung einer strömungsabwärtigen Seite
der Drosselwelle 3 zu bewegen, wenn die Drosselklappe 10 geöffnet wird.
Eine Vielzahl (in der Ausführungsform
sechs) von gleichrichtenden Flossen 18 sind integral mit
einer strömungsaufwärtsseitigen Oberfläche (obere
Oberfläche
bei Blickrichtung wie in 1) der Drosselklappenhälfte 14 geformt,
wobei sie der Einlassluftströmung
zugewandt sind. Die gleichrichtenden Flossen 18 dienen
dazu, die Eingangsluftströmung
zu unterteilen. Wie in 2 gezeigt ist, erstrecken sich
die gleichrichtenden Flossen 18 senkrecht zu der Achse 3c der
Drosselwelle 3 von der Drosselklappenhälfte 14 und sind parallel
zu einander angeordnet, so dass sie voneinander um einen vorbestimmten
Abstand in einer axialen Richtung von der Drosselwelle 3 entfernt
sind. Als ein Ergebnis ist eine gleichrichtende Nut 19 zwischen
jeder der zwei nebeneinander liegenden gleichrichtenden Flossen 18 definiert.
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Wie
in 1 gezeigt ist, weist jede der gleichrichtenden
Flossen 18 einen durch einen vorstehenden Rand 18a,
einen distalen Rand 18b und einen Übergangsrand 18c definierten äußeren Rand auf.
Der vorstehende Rand 18a ist von einer linearen Form, welche
kontinuierlich sanft mit einem oberen Ende des Befestigungsplattenabschnitts 11 für die Drosselklappe 10 verläuft. Die
Höhe des
vorstehenden Randes 18a nimmt gleichmäßig in Richtung des distalen
Randes 18b zu, welcher von der Achse 3c der Drosselwelle 3 weiter
weg angeordnet ist. Darüber
hinaus hat der distale Rand 18b eine kreisförmige Gestalt
mit einem Radius um die Achse 3c der Drosselwelle 3 und
verläuft
kontinuierlich mit einem Umfangsrand der Drosselklappenhälfte 14.
Der Übergangsrand 18c,
welcher den vorste henden Rand 18a mit dem distalen Rand 18b gleichmäßig verbindet,
ist in einer kreisförmigen
Ausgestaltung gebogen.
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Gemäß der Drosselsteuervorrichtung
dieser Ausführungsform
sind die gleichrichtenden Flossen 18 nur an der stromaufwärtsseitigen
Oberfläche (obere
Oberfläche,
wie in 1 ersichtlich) der Drosselklappenhälfte 14 vorgesehen,
die geeignet ist, sich in Richtung einer strömungsabwärtigen Seite der Drosselwelle 3 zu
bewegen, wenn die Drosselklappe 10 geöffnet wird. Die strömungsaufwärtige Seite
der Drosselklappenhälfte 14 ist
die Seite, an der die Entwicklung des Einlassgeräusches kritisch ist, wenn die
Drosselklappe 10 plötzlich
geöffnet
wird. Jedoch, da die Einlassluftströmung entlang der strömungsaufwärtsseitigen
Oberfläche
der Drosselklappenhälfte 14 durch
gleichrichtende Flossen 18 unterteilt wird, wird die Einlassluftenergie
ausgeglichen. Als ein Ergebnis wird die Emission des Einlassgeräusches effektiv
vermindert. An der strömungsaufwärtsseitigen
Oberfläche
(obere Oberfläche
bei Blickrichtung wie in 1) der Drosselklappenhälfte 15,
die geeignet ist, sich in Richtung der strömungsaufwärtigen Seite der Drosselwelle 3 zu
bewegen, wenn die Drosselklappe 10 geöffnet wird, sind keine gleichrichtenden
Flossen vorgesehen. Zusätzlich
sind keine gleichrichtenden Flossen an der strömungsabwärtsseitigen Oberfläche (untere
Oberfläche
bei Blickrichtung wie in 1) an einer der Drosselklappenhälften 14 und 15 vorgesehen,
wo ein Problem der Einlassgeräuschentwicklung
unkritisch ist. Daher findet eine Zunahme des Einlasswiderstandes
statt, wenn die gleichrichtenden Flossen an diesen Seiten vorgesehen
sind, und eine damit verbundene Abnahme der Einlasseffizienz wird
vermieden. Dementsprechend kann die Abnahme der Einlasseffizienz
vermieden werden, während
das Einlassgeräusch
vermindert wird, das durch das plötzliche Öffnen der Drosselklappe 10 aus
einer voll geschlossenen Stellung erzeugt wird.
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Da
die Drosselklappe 10 durch ein Kunstharz-Spritzgussverfahren
integral mit den gleichrichtenden Flossen 18 ausgebildet
ist, können
die Anzahl der Teile und die Anzahl der Schritte beim Zusammenbau
vermindert werden verglichen mit einem Fall, in dem separate gleichrichtende
Flossen an die Drosselklappe 10 montiert werden. Eine Gewichtseinsparung
kann im Vergleich mit einer Drosselklappe aus Metall und/oder gleichrichtender
Flossen aus Metall auch erreicht werden.
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Die
Erfindung ist nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt, und
verschiedene Modifikationen und Änderungen
der Ausführungsform
sind auch möglich.
Beispielsweise kann sie auch aus Metall, wie etwa Aluminium, hergestellt
sein, obwohl die Drosselklappe 10 vorzugsweise aus Kunstharz
hergestellt ist. Obwohl es auch erwünscht ist, dass die gleichrichtenden
Flossen 18 integral mit der Drosselklappe 10 geformt
sind, können
Flossen, die separat von der Drosselklappe 10 ausgebildet
sind, an die Drosselklappe 10 unter Verwendung einer entsprechenden
Befestigungstechnik, wie etwa Schrauben oder Kleben, befestigt werden.
In diesem Fall kann das Material der Drosselklappe 10 unterschiedlich
zu jenem für
die gleichrichtenden Flossen 18 sein. Weiterhin kann die
Drosselklappe 10 durch eine manuelle Bedienung anstelle
der Bedienung durch die Antriebseinheit, wie etwa einem elektrischen
Motor, geöffnet
und geschlossen werden.