EP1302641B1 - Drosselklappenanordnung für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Drosselklappenanordnung für Brennkraftmaschinen Download PDF

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EP1302641B1
EP1302641B1 EP02016455A EP02016455A EP1302641B1 EP 1302641 B1 EP1302641 B1 EP 1302641B1 EP 02016455 A EP02016455 A EP 02016455A EP 02016455 A EP02016455 A EP 02016455A EP 1302641 B1 EP1302641 B1 EP 1302641B1
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EP
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throttle valve
rounded
throttle
partial surfaces
punched
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EP1302641A2 (de
EP1302641A3 (de
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Andreas Krien
Gerhard Käs
Günter Kohler
Claus Hepner
Gerd Trödel
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Pierburg GmbH
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Pierburg GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D9/00—Controlling engines by throttling air or fuel-and-air induction conduits or exhaust conduits
    • F02D9/08—Throttle valves specially adapted therefor; Arrangements of such valves in conduits
    • F02D9/10—Throttle valves specially adapted therefor; Arrangements of such valves in conduits having pivotally-mounted flaps
    • F02D9/1005—Details of the flap
    • F02D9/101—Special flap shapes, ribs, bores or the like
    • F02D9/1015—Details of the edge of the flap, e.g. for lowering flow noise or improving flow sealing in closed flap position

Definitions

  • the invention relates to a throttle valve assembly for internal combustion engines having a housing having an air passage in which a disk-shaped throttle is pivotally mounted on a drive shaft, wherein the throttle has at least one bore for a fastener and an at least partially rounded lateral surface, in the closed state rests against the housing
  • Such a throttle valve is, for example, in DE 198 02 673 A1 discloses and has there measures to effect a reduction of the leakage air. These consist of a circumferentially rounded lateral surface of the throttle valve, which is achieved by milling.
  • a throttle valve is known in which the lateral surface has different geometries, but always such that the lateral surface over the entire circumference is the same.
  • a throttle valve device in which the throttle valve is designed such that in the closed state, a defined air gap is present, which is to ensure a continuous increase in the air flow at the transition to the open state.
  • This version also has too large a proportion of leakage air due to the freely rotatable butterfly valve.
  • the invention is based on the recognition that the shape of the throttle valve on the irrelevant for the tilt-free closing of the throttle part of the side edge can affect the flow resistance of the leakage in the closed position of the throttle advantageously without an additional pressure loss occurs in the open position of the throttle.
  • the rounding can be done by a non-cutting forming.
  • the rounding can be produced, for example, by embossing, without the throttle to be produced being previously removed from the sheet from which it is punched out.
  • the throttle is fixed by means of the not yet punched transition surfaces with the sheet, it is also possibleberichtstanzen the holes in the throttle in a further manufacturing step, which leads to the position of the holes in relation to the lateral surface of the throttle very much is arranged more precisely.
  • Fig. 1 is a throttle valve assembly 1 with a housing 2, which forms an air duct 3, in which a disc-shaped throttle valve 4 is fixed with a bore 5 for a fastener 6 on a drive shaft 7, shown schematically.
  • a lateral surface 8 of the throttle valve 4 rests against an air duct wall 9, whereby the air duct 3 is sealed.
  • Fig. 2 shows the top view of the throttle valve 4 with a rotation axis 10.
  • the lateral surface 8 of the throttle valve 4 includes two partial surfaces 11a and 11b and two transition surfaces 12a and 12b, which are each arranged point-symmetrically. It is in Fig. 2 clearly recognize that the transition surfaces 12a and 12b are small in relation to the partial surfaces 11a and 11b. The accuracy of the position of the holes 5a and 5b in relation to the partial surfaces 11a and 11b is improved when they are punched out, while the transition surfaces 12a and 12b are still connected to the sheet from which the throttle valve 4 is punched out.
  • FIG 3 is shown by a detailed view of the partially rounded throttle edge as the part surface 11a is divided into edge pieces 13a and 14a.
  • the edge piece 13a is rounded and the edge piece 14a is not rounded.
  • the partial surface 11b is subdivided point-symmetrically with respect to the partial surface 11a into a rounded edge piece 13b and a non-rounded edge piece 14b. This ensures that, taking into account manufacturing tolerances and thermal expansion effects, the rounded edge pieces 13a and 13b bear against the air duct wall 9 without tilting in the closed position of the throttle valve 4.
  • the non-rounded edge pieces 14a and 14b increase the flow resistance of the leakage air.
  • the representation of an advantageous method for producing the throttle in Fig. 4 shows as in a first step I, the partial surfaces 11a and 11b of the throttle valve 4 are punched. However, the transition surfaces 12a and 12b are not yet punched.
  • a second step II the rounded Randstükke 13a and 13b are generated.
  • the embossing is carried out by a single work step, without it being necessary, for example, to do so.
  • B. spend a further step for turning the sheet around.
  • the throttle valve 4 is punched out. By this method is avoided, such as in DE 198 02 673 A1 the rounding is produced by milling.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Drosselklappenanordnung für Brennkraftmaschinen mit einem Gehäuse, das einen Luftkanal aufweist, in dem eine scheibenförmige Drosselklappe schwenkbar auf einer Antriebswelle gelagert ist, wobei die Drosselklappe mindestens eine Bohrung für ein Befestigungselement und eine zumindest teilweise gerundete Mantelfläche aufweist, die im geschlossenen Zustand an dem Gehäuse anliegt
  • Eine derartige Drosselklappe ist beispielsweise in DE 198 02 673 A1 offenbart und weist dort Maßnahmen auf, die eine Verringerung der Leckluft bewirken sollen. Diese bestehen aus einer umlaufend gerundeten Mantelfläche der Drosselklappe, die durch Fräsen erzielt wird.
  • Aus der DE 197 14 717 A1 ist eine Drosselklappe bekannt, bei der die Mantelfläche verschiedene Geometrien aufweist, jedoch immer derart, dass die Mantelfläche über den gesamten Umfang gleich ausgebildet ist.
  • Diese Ausführungen lassen immer noch eine zu große Leckluft zu und sind im Herstellungsprozeß aufwendig und dadurch teuer.
  • Aus der GB 2 062 182 A ist eine Ausführung einer Drosselklappenvorrichtung bekannt, bei der die Drosselklappe derartig ausgeführt ist, dass im geschlossenen Zustand ein definierter Luftspalt vorhanden ist, der beim Übergang in den geöffneten Zustand eine kontinuierliche Zunahme des Luftstroms gewährleisten soll. Auch diese Ausführung besitzt aufgrund der frei drehbarenDrosselklappe einen zu großen Anteil an Leckluft.
  • Es besteht daher Bedarf nach für die Großserienfertigung geeigneten Maßnahmen, mit denen eine Verringerung der Leckluft erreicht und gleichzeitig der bisherige Aufbau des Drosselklappenstutzens erhalten bleiben kann.
    1. 1. Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Drosselklappe dadurch gelöst, dass die Mantelfläche zwei Teilflächen und zwei Übergangsflächen aufweist,
    wobei die Teilflächen punktsymmetrisch zur Drehachse der Drosselklappe angeordnet sind und die Übergangsflächen im Bereich der Antriebswelle angeordnet sind und im Verhältnis zu den Teilflächen klein sind, wobei die Teilflächen zwei Randstücke aufweisen, derart, dass das in Schließstellung der Drosselklappe zur Luftkanalwand gerichtete Randstück abgerundet ist und das andere Randstück nicht abgerundet ist. Anstatt wie beispielsweise bei DE 198 02 673 A1 die Rundung der Drosselklappe durch Fräsen herzustellen besteht ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung dieser Drosselklappe darin, dass in einem ersten Schritt (I) eine Kontur der Drosselklappe mit Ausnahme der Übergangsflächen gestanzt wird, wobei die Kontur die zwei Teilflächen umfasst, in einem zweiten Schritt (II) die abgerundeten Randstücke durch ein spanloses Umformverfahren, insbesondere Prägen, erzeugt werden, wobei ein nach oben gerichtetes Randstück und ein nach unten gerichtetes Randstück verformt wird und in einem letzten Schritt (III) die Drosselklappe ausgestanzt wird, derart, dass die Übergangsflächen ausgestanzt werden, wobei die Übergangsflächen im Bereich der Antriebswelle vorgesehen sind und im Verhältniss zu den Teilflächen klein sind.
  • Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die Formgebung der Drosselklappe an den für das verkantungsfreie Schließen der Drosselklappe irrelevanten Teil des Seitenrandes den Strömungswiderstand der Leckluft in Schließstellung der Drosselklappe vorteilhaft beeinflussen kann ohne dass im geöffneter Stellung der Drosselklappe ein zusätzlich Druckverlust auftritt.
  • Indem auf die Rundung des der Anschlagfläche der Drosselklappe abgewandten Seitenrandes, wie dies beispielsweise bei DE 198 02 673 A1 der Fall ist, verzichtet wird, wird die Strecke des engsten Querschnitts in Schließstellung der Drosselklappe, durch welche die Leckluft strömt, verlängert. Da sich die Stromlinien der Leckluft zum Mittelpunkt des Luftkanals hin in etwa dem Profil einer Laval-Düse annähern, das die Kante der nicht gerundeten Teilfläche tangiert, ergibt sich an der Leckstelle ein Totwassergebiet, das den kleinsten effektiv durchströmten hydraulischen Querschnitt deutlich verringert. Durch diese Erfindung werden somit die fluiddynamischen Staupunkte am Umfang der Drosselklappe stärker ausgeprägt, was den Strömungswiderstand der Drosselklappe in Schließstellung erhöht. Dies führt zu einer Verringerung des sich ergebenden Massenstroms der Leckluft.
  • Durch diese Erfindung ist es möglich geworden, das Verfahren zur Herstellung dieser Drosselklappe erheblich zu verbessern. Anstatt wie beispielsweise bei DE 198 02 673 A1 die gerundeten Randstücke durch Fräsen herzustellen, kann die Rundung durch ein spanloses Umformfahren erfolgen. So kann, nachdem zunächst nur die Kontur der zu rundenden Teilflächen ausgestanzt wird, die Rundung beispielsweise durch Prägen erzeugt werden, ohne dass die zu fertigende Drosselklappe aus dem Blech, aus dem sie herausgestanzt wird, zuvor herausgelöst wird. Dadurch dass die Drosselklappe mit Hilfe der noch nicht ausgestanzten Übergangsflächen mit dem Blech fixiert ist, ist es zusätzlich möglich, die Bohrungen in der Drosselklappe in einen weiteren Fertigungsschritt auszustanzen, was dazu führt, dass die Position der Bohrungen in Relation zur Mantelfläche der Drosselklappe sehr viel genauer angeordnet wird.
  • Im folgenden ist die Erfindung an einer vorteilhaften Ausführung beschrieben, wobei
    • in Fig.1 die Drosselklappenanordnung in einer Schnittansicht,
    • in Fig. 2 die Drosselklappe in einer Draufsicht,
    • in Fig. 3 eine Detailansicht des teilweise gerundeten Drosselklappenrandes und
    • in Fig. 4 eine Darstellung eines vorteilhaften Verfahrens zur Herstellung der Drosselklappe
    aufgezeigt wird.
  • In Fig. 1 ist eine Drosselklappenanordnung 1 mit einem Gehäuse 2, das einen Luftkanal 3 bildet, in dem eine scheibenförmige Drosselklappe 4 mit einer Bohrung 5 für ein Befestigungselement 6 auf einer Antriebswelle 7 befestigt ist, schematisch dargestellt. In ihr ist deutlich zu sehen, dass in Schließstellung eine Mantelfläche 8 der Drosselklappe 4 an einer Luftkanalwand 9 anliegt, wodurch der Luftkanal 3 abgedichtet wird.
  • Fig. 2 zeigt die Draufsicht der Drosselklappe 4 mit einer Drehachse 10. Zur Mantelfläche 8 der Drosselklappe 4 gehören zwei Teilflächen 11a und 11b und zwei Übergangsflächen 12a und 12b, die jeweils punktsymmetrisch angeordnet sind. Es ist in Fig. 2 deutlich zu erkennen, dass die Übergangsflächen 12a und 12b im Verhältnis zu den Teilflächen 11a und 11b klein sind. Die Genauigkeit der Position der Bohrungen 5a und 5b in Relation zu den Teilflächen 11a und 11b wird verbessert, wenn sie ausgestanzt werden, während die Übergangsflächen 12a und 12b noch mit dem Blech, aus dem die Drosselklappe 4 ausgestanzt wird, verbunden sind.
  • In Fig.3 ist durch eine Detailansicht des teilweise gerundeten Drosselklappenrandes dargestellt wie die Teilfläche 11a in Randstücke 13a und 14a unterteilt ist. Dabei ist das Randstück 13a gerundet und das Randstück 14a nicht gerundet. Analog dazu ist die Teilfläche 11b punktsymmetrisch zur Teilfläche 11a in ein gerundetes Randstück 13b und ein nicht gerundetes Randstück 14b unterteilt. Somit ist sichergestellt, dass unter Berücksichtigung von Fertigungstoleranzen und Wärmedehnungseffekten die gerundeten Randstücke 13a und 13b in Schließstellung der Drosselklappe 4 verkantungsfrei an der Luftkanalwand 9 anliegen. Gleichzeitig erhöhen die nicht gerundeten Randstücke 14a und 14b den Strömungswiderstand der Leckluft.
  • Die Darstellung eines vorteilhaften Verfahrens zur Herstellung der Drosselklappe in Fig. 4 zeigt wie in einem ersten Schritt I die Teilflächen 11a und 11b der Drosselklappe 4 gestanzt werden. Die Übergangsflächen 12a und 12b werden allerdings noch nicht gestanzt. In einem zweiten Schritt II werden die abgerundeten Randstükke 13a und 13b erzeugt. Dadurch dass beim Prägen von zwei Seiten gleichzeitig eine Kraft aufgebracht werden kann, wird das Prägen durch einen einzigen Arbeitsschritt durchgeführt, ohne dass es notwendig ist z. B. für das Herumdrehen des Blechs einen weiteren Arbeitsschritt aufzuwenden. In einem letzten Schritt III wird die Drosselklappe 4 ausgestanzt. Durch dieses Verfahren wird vermieden, dass wie beispielsweise bei DE 198 02 673 A1 die Rundung durch Fräsen erzeugt wird.

Claims (2)

  1. Drosselklappenanordnung (1) für Brennkraftmaschinen mit einem Gehäuse (2), das einen Luftkanal (3) aufweist, in dem eine scheibenförmige Drosselklappe (4) schwenkbar auf einer Antriebswelle (7) gelagert ist, wobei die Drosselklappe (4) mindestens eine Bohrung (5) für ein Befestigungselement (6) und eine zumindest teilweise gerundete Mantelfläche (8) aufweist, die im geschlossenen Zustand an dem Gehäuse (2) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche (8) zwei Teilflächen (11a und 11 b) und zwei Übergangsflächen (12a und 12b) aufweist, wobei die Teilflächen (11a und 11b) punktsymmetrisch zur Drehachse (10) der Drosselklappe angeordnet sind und die Übergangsflächen (12a und 12b) im Bereich der Antriebswelle (7) angeordnet sind und im Verhältnis zu den Teilflächen (11a,11b) klein sind, wobei die Teilflächen (11a und 11 b) zwei Randstücke (13 und 14) aufweisen, derart, dass das in Schließstellung der Drosselklappe (4) zur Luftkanalwand (9) gerichtete Randstück (13a,13b) abgerundet ist und das andere Randstück (14a,14b) nicht abgerundet ist.
  2. Verfahren zur Herstellung der Drosselklappe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt (I) eine Kontur (15) der Drosselklappe (4) mit Ausnahme der Übergangsflächen (12a und 12b) gestanzt wird, wobei die Kontur (15) die zwei Teilflächen (11a und 11 b) umfasst, in einem zweiten Schritt (II) die abgerundeten Randstücke (13a und 13b) durch ein spanloses Umformverfahren, insbesondere Prägen, erzeugt werden, wobei ein nach oben gerichtetes Randstück (13a) und ein nach unten gerichtetes Randstück (13b) verformt wird und in einem letzten Schritt (III) die Drosselklappe (4) ausgestanzt wird, derart, dass die Übergangsflächen (12a) und (12b) ausgestanzt werden, wobei die Übergangsflächen im Bereich der Antriebswelle vorgesehen sind und im Verhältniss zu den Teilflächen klein sind.
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