EP1359300A2 - Throttle valve unit - Google Patents
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- EP1359300A2 EP1359300A2 EP03007851A EP03007851A EP1359300A2 EP 1359300 A2 EP1359300 A2 EP 1359300A2 EP 03007851 A EP03007851 A EP 03007851A EP 03007851 A EP03007851 A EP 03007851A EP 1359300 A2 EP1359300 A2 EP 1359300A2
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- F02D9/1065—Mechanical control linkage between an actuator and the flap, e.g. including levers, gears, springs, clutches, limit stops of the like
Definitions
- the invention relates to a throttle valve unit for use in the exhaust system of an internal combustion engine, comprising a valve body, one therein shaft rotatable about an axis with a closure element, a vacuum box with a membrane as well as implementing the lifting movement of the membrane in a coupling device serving to rotate the shaft, one being the rotational movement of the shaft in the flap position "open" limiting anchorage device provided is.
- Throttle valve units are particularly well known from engine construction. Here is the main area of application regulation of throttle valves Combustion air or the fuel air mixture. The The temperature of the flowing medium is on the Ambient air temperature level from -20 ° C to + 40 ° C.
- the structure and operation of the known so far Throttle valve units is e.g. B. in DE 197 29 648 A1, DE 40 27 269 A1, DE 42 09 586 A1, DE 100 06 795 A1, DE 199 28 473 A1, DE 198 57 957 A1 and DE 43 13 454 A1 described.
- Throttle valve units are becoming increasingly important but also in exhaust systems of internal combustion engines. she come in particular in connection with silencers with variable damping characteristics or the variable Design of the muzzle noise for use (see E. Santiago et al., special print MTZ 53 (1992) issue 7/8; Ch. L generallygen u. A., System Partners 2000 p. 54 - 57). Because of the high temperatures around exhaust systems mainly flaps are used here Vacuum unit. The negative pressure introduced from the outside, which depends on the particular operating state of the engine, acts on a membrane with a linkage connected is. A stroke is generated when Negative pressure is present. If no vacuum is present a spring arranged in the vacuum box Restoring force; the membrane returns to its starting position back (see DE 197 29 648 A1).
- the lifting movement of the Linkage acts on the shaft via a crank mechanism and the closure element.
- the crank mechanism sets the Stroke and return movement of membrane and linkage in a rotational movement of the shaft.
- the vacuum can i.a. by means of a bracket or a mounting bracket arranged on the valve body.
- the temperature of the exhaust gases from internal combustion engines is meanwhile partly above 850 ° C.
- the high temperatures lead to thermal expansion of all components.
- a throttle valve unit with the usual tolerances an ambient temperature of 20 ° C is changed their switching behavior seriously with such rising temperatures.
- the conditions of use of flaps in exhaust systems therefore require substantial greater tolerances between the sliding pairings than on Ambient temperature level.
- the noise problem is namely the rattling of the moving components through vibration excitation at a Hot gas application cannot therefore be remedied.
- the technical The contradiction is as follows: a minor game between moving components reduces the risk the creation of rattling noises. However, the Risk of seizing at high operating temperatures. A big game between the moving parts works that Seize against, but leads to rattling noises. And spring-loaded friction devices increase that required actuators in an unacceptable manner.
- the throttle valve device is distinguished characterized in that the anchor device designed as an axially acting clamping device which is a resting clamping element, one with the shaft rotatable clamping element, an axially stationary stroke stop element and one axially moved with the shaft Stroke element comprises, at least one of the two clamping elements a control surface inclined to the axis has on the "open” in the flap position each other clamping element is applied, and wherein in the Flap position "open” the moving stroke stop element rests on the stationary stroke stop element. In the Flap position "open” touch the two clamping elements in the area of the inclined surface one of the Elements or lie with two corresponding to each other inclined surfaces.
- the shaft and the closure element comprehensive unit exerted an axially directed force.
- This force is absorbed by one - also axially acting - stroke limiting device, which a stationary stroke stop element and one with the shaft axially moving stroke stop element, which is in the flap position "open" on the stationary stroke stop element supports, includes.
- the closure element and the unit encompassing the shaft when open Throttle valve clamped i.e. such fixed that they were not inside the valve body Can make rattling noises leading movements.
- Throttle valve unit is in the subclaims specified and / or the following description removable.
- the Coupling device with the membrane of the vacuum box connected linkage and one connected to the shaft Crank arm, the rotatable clamping element part of the crank arm.
- a particular advantage of this training is the comparatively low technical effort, compared to such an embodiment in which the clamping device is functionally separate from the Coupling device.
- the resting clamping element is assigned to a mounting bracket is, by means of which the vacuum can supports the valve body.
- the shaft in the flap housing is particularly preferred stored by means of two plain bearings.
- a development of the present invention from a Wire mesh should be formed. This is special favorable with regard to the sliding properties of the relevant application of the throttle valve unit in the exhaust system of an internal combustion engine.
- those plain bearings preferred development of the invention characterized in that at least one of them designed as a plain sliding bearing is in the axial direction on the outside of the valve body supported.
- the collar of the collar sliding bearing can protrude slightly into the interior of the valve body and forms the stationary stroke stop element. In this Trap is the moving stroke stop element special preferably by a collar or a shoulder of the shaft educated.
- the stationary stroke stop element be formed by the valve body, on which in the flap position "open" the closure element, which in this case is the moving stroke stop element forms, under that of the Clamping device provided clamping force is present.
- the closure element lies, if it is according to a preferred further education is elliptical, preferably on its outer Extent only in the area of the large radius of the ellipse on the inner casing of the housing.
- a game is planned. This game that is smaller than the axial extent of the at least one inclined Surface of the clamping elements, is used for the (small) axial displacement of the shaft and the closure element comprehensive unit when clamping at the end of the opening movement used.
- the throttle valve device shown in the drawing for use in the exhaust system of an internal combustion engine has the following basic Structure:
- the valve body 1 and the bearing bushes 2 form the carrier for all other assemblies.
- each Bearing bushing 2 is designed as a plain sliding bearing Plain bearings 3, 4 used.
- the plain bearings 3, 4 are sufficient inside the flap housing 1 and support outwards in the axial direction.
- the plain bearings 3, 4 are made from a wire mesh.
- the wire mesh has elastic properties.
- the shaft 5 In the plain bearings 3, 4 is the shaft 5 on which a Closure element 6, partially enclosing shaft 5, is arranged to be rotatable about the axis 7 (arrow A). Furthermore, the shaft 5 can be in the plain bearings 3, 4 to the extent described in more detail below move axially (arrow B).
- the rotary movements A and the lifting movements B are, as explained below, limited by appropriate stops.
- the collar 8 of the plain bearing 3 forms a stationary stroke stop element 9.
- the closure element 6 has in relation on the rotation and stroke limitation Dual function.
- the part of the closure element 6, the nestles on the shaft 5, forms with his Bund 8 of the federal camp 3 facing section of the End face 10 a moving stroke stop element 11.
- the remaining part of the end face 10 seals during the closing process on the inner casing 12 of the valve housing 1.
- Inner jacket 12 and closure element 6 limit the Rotational movement of the shaft 5 together with the closure element 6 with the flap closed.
- a mounting bracket 13 On the outer end face of the slide bearing 3 receiving Bearing bush 2, a mounting bracket 13 is arranged, the vacuum box 14 with the inside contained diaphragm and spring components.
- the linkage 15 transmits the lifting movement of the membrane to the Crank arm 16.
- the crank arm 16 converts the lifting movement the diaphragm into a rotary movement of the shaft 5.
- the elliptical Closure element 6 In the flap position "closed” is the elliptical Closure element 6 on its outer circumference 10 only in the area of the large radius of the ellipse on the inner jacket 12 of the valve body. On the side flanks is a small compared to the two plain bearings 3, 4 axial play provided. The axial play is there smaller than the axial extent of the inclined control surfaces 19, 21 of the clamping elements 18, 20.
- the throttle device illustrated in the drawing works as follows: With a corresponding The operating state of the engine is generated by the vacuum box 14 negative pressure applied to the membrane of Vacuum can exceeds the force of the return spring Force.
- the closure element 6 lies in the top described manner on the inner casing 12 of the valve housing 1 on. The hatch is closed. Shut up open, the vacuum potential from the vacuum box 14 decoupled. The one contained in the vacuum box Return spring generates a force in the direction Linkage 15. The linkage turns the crank arm 16. The Wave 5 starts to spin.
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Drosselklappeneinheit für den Einsatz in der Abgasanlage eines Verbrennungsmotors, umfassend ein Klappengehäuse, eine darin um eine Achse drehbar gelagerte Welle mit einem Verschlußelement, eine Unterdruckdose mit einer Membran sowie eine der Umsetzung der Hubbewegung der Membran in eine Drehbewegung der Welle dienende Koppeleinrichtung, wobei eine die Drehbewegung der Welle in der Klappenstellung "offen" begrenzende Anschlageinrichtung vorgesehen ist.The invention relates to a throttle valve unit for use in the exhaust system of an internal combustion engine, comprising a valve body, one therein shaft rotatable about an axis with a closure element, a vacuum box with a membrane as well as implementing the lifting movement of the membrane in a coupling device serving to rotate the shaft, one being the rotational movement of the shaft in the flap position "open" limiting anchorage device provided is.
Allgemein bekannt sind Drosselklappeneinheiten insbesondere aus dem Motorenbau. Hier ist das Hauptanwendungsgebiet für Drosselklappen die Regulierung der Verbrennungsluft bzw. des Kraftstoffluftgemisches. Die Temperatur des strömenden Mediums liegt dabei auf dem Niveau der Umgebungslufttemperatur von -20°C bis +40°C. Der Aufbau und die Funktionsweise der insoweit bekannten Drosselklappeneinheiten ist z. B. in DE 197 29 648 A1, DE 40 27 269 A1, DE 42 09 586 A1, DE 100 06 795 A1, DE 199 28 473 A1, DE 198 57 957 A1 und DE 43 13 454 A1 beschrieben.Throttle valve units are particularly well known from engine construction. Here is the main area of application regulation of throttle valves Combustion air or the fuel air mixture. The The temperature of the flowing medium is on the Ambient air temperature level from -20 ° C to + 40 ° C. The structure and operation of the known so far Throttle valve units is e.g. B. in DE 197 29 648 A1, DE 40 27 269 A1, DE 42 09 586 A1, DE 100 06 795 A1, DE 199 28 473 A1, DE 198 57 957 A1 and DE 43 13 454 A1 described.
Innerhalb eines Gehäuses befindet sich ein ebenes Verschlußelement, das auf einer das Gehäuse durchsetzenden drehbaren Welle angeordnet ist. Die Welle wird in Gleitlagern geführt. Die Stellkräfte werden von außen eingeleitet. Man verwendet dafür Unterdruckdosen oder elektrische Antriebe.There is a flat closure element within a housing, that on a penetrating the housing rotatable shaft is arranged. The wave is in Slide bearings performed. The actuating forces are from the outside initiated. Vacuum cans or are used for this electric motors.
Zunehmend an Bedeutung gewinnen Drosselklappeneinheiten aber auch in Abgasanlagen von Verbrennungsmotoren. Sie kommen insbesondere in Verbindung mit Schalldämpfern mit variabler Dämpfungscharakteristik bzw. der variablen Gestaltung des Mündungsgeräusches zum Einsatz (vgl. E. Santiago u. A., Sonderdruck MTZ 53 (1992) Heft 7/8; Ch. Lüßgen u. A., System Partners 2000 S. 54 - 57). Aufgrund der hohen Temperaturen im Umfeld von Abgasanlagen verwendet man hier vorwiegend Klappen mit Unterdruckdose. Der von außen eingeleitete Unterdruck, der von dem jeweiligen Betriebszustand des Motors abhängt, wirkt auf eine Membran, die mit einem Gestänge verbunden ist. Es wird eine Hubbewegung erzeugt, wenn Unterdruck anliegt. Wenn kein Unterdruck anliegt erzeugt eine in der Unterdruckdose angeordnete Feder eine Rückstellkraft; die Membran geht in ihre Ausgangslage zurück (vgl. DE 197 29 648 A1). Die Hubbewegung des Gestänges wirkt über einen Kurbeltrieb auf die Welle und das Verschlußelement. Der Kurbeltrieb setzt die Hub- und Rückstellbewegung von Membran und Gestänge in eine Drehbewegung der Welle um. Die Unterdruckdose wird i.a. mittels einer Halterung bzw. eines Befestigungsbügels am Klappengehäuse angeordnet.Throttle valve units are becoming increasingly important but also in exhaust systems of internal combustion engines. she come in particular in connection with silencers with variable damping characteristics or the variable Design of the muzzle noise for use (see E. Santiago et al., special print MTZ 53 (1992) issue 7/8; Ch. Lüßgen u. A., System Partners 2000 p. 54 - 57). Because of the high temperatures around exhaust systems mainly flaps are used here Vacuum unit. The negative pressure introduced from the outside, which depends on the particular operating state of the engine, acts on a membrane with a linkage connected is. A stroke is generated when Negative pressure is present. If no vacuum is present a spring arranged in the vacuum box Restoring force; the membrane returns to its starting position back (see DE 197 29 648 A1). The lifting movement of the Linkage acts on the shaft via a crank mechanism and the closure element. The crank mechanism sets the Stroke and return movement of membrane and linkage in a rotational movement of the shaft. The vacuum can i.a. by means of a bracket or a mounting bracket arranged on the valve body.
Die Begrenzung der Hubbewegung der Membran der Unterdruckdose erfolgt beim Schließvorgang in der Klappenstellung "geschlossen" durch das Anschlagen des Verschlußelementes an der Innenfläche des Klappengehäuses. Beim Öffnungsvorgang der Drosselklappe kann die Hubbegrenzung durch einen auf die Membran wirkenden Anschlag vorgegeben werden, oder sie erfolgt mittels eines Anschlages für den Kurbeltrieb.Limiting the stroke movement of the membrane of the vacuum box takes place in the flap position during the closing process "closed" by striking the Closure element on the inner surface of the valve body. When opening the throttle valve, the Stroke limitation through an acting on the membrane Stop can be specified, or it takes place by means of a stop for the crank mechanism.
Wie nachstehend im Detail erläutert wird, führt die hohe Temperatur, denen Drosselklappeneinheiten in den Abgasanlagen von Verbrennungsmotoren ausgesetzt sind, zu schwer beherrschbaren Problemen.As explained in detail below, the high temperature, which throttle valve units in the Exhaust systems of internal combustion engines are exposed, problems that are difficult to control.
Funktions- und fertigungsbedingt bestehen bei Drosselklappeneinheiten der hier in Rede stehenden Art Toleranzen zwischen Gleitlager und Welle einerseits sowie dem Gestänge und dem Kurbeltrieb andererseits. Solange die Einsatzbedingungen der Drosselklappe in einem Temperaturfenster bis 200 °C liegen, können die Passungen zwischen Welle und Gleitlager, zwischen Verschlußelement und Klappengehäuse sowie zwischen Kurbelarm und Gestänge sehr eng bemessen sein. Die in den wartungsfreien Gleitlagern enthaltenen Schmiermittel werden über die Betriebszeit der Drosselklappe nicht verbraucht. Der Lagerverschleiß bleibt relativ gering. Ist das System beim Zusammenbau einmal aufeinander abgestimmt und justiert, verändert sich im anschließenden Betriebszustand wenig.Functional and production-related exist with throttle valve units tolerances of the type in question here between plain bearing and shaft on the one hand and the linkage and the crank mechanism on the other. So long the operating conditions of the throttle valve in a temperature window fits can be up to 200 ° C between the shaft and slide bearing, between the closure element and flap housing and between the crank arm and Be very narrow. The in the maintenance-free Lubricants contained in plain bearings not used up over the operating time of the throttle valve. Bearing wear remains relatively low. is the system is coordinated once during assembly and adjusts, changes in the following Operating condition little.
Die Temperatur der Abgase von Verbrennungsmotoren liegt indessen teilweise oberhalb 850 °C. Die hohen Temperaturen führen zur Wärmeausdehnung aller Bauteile. Damit verbunden sind Form-, Längen- und Lageänderungen, Veränderung der Abstände und Federspannungen. Eine Drosselklappeneinheit, die mit den üblichen Toleranzen bei einer Umgebungstemperatur von 20 °C montiert wird, verändert ihr Schaltverhalten gravierend mit solchermaßen steigenden Temperaturen. Häufig beißt und klemmt eine bei Umgebungstemperatur leichtgängig schließende Klappe bei solchen hohen Betriebstemperaturen und/oder schließt nicht mehr vollständig. Die Einsatzbedingungen von Klappen in Abgasanlagen erfordern daher wesentlich größere Toleranzen zwischen den Gleitpaarungen als auf Umgebungstemperaturniveau. The temperature of the exhaust gases from internal combustion engines is meanwhile partly above 850 ° C. The high temperatures lead to thermal expansion of all components. In order to changes in shape, length and position are connected, change of the distances and spring tensions. A throttle valve unit, with the usual tolerances an ambient temperature of 20 ° C is changed their switching behavior seriously with such rising temperatures. One often bites and sticks flap that closes easily at ambient temperature at such high operating temperatures and / or no longer closes completely. The conditions of use of flaps in exhaust systems therefore require substantial greater tolerances between the sliding pairings than on Ambient temperature level.
Dies führt allerdings zu einem weiteren Problemkreis. Denn bei entsprechend vergrößertem Spiel zwischen den einzelnen Bauteilen führt der Einsatz solcher Drosselklappeneinheiten in Fahrzeugen, wenn nicht besondere Maßnahmen dagegen ergriffen werden, infolge der unvermeidbaren Erschütterungen und Schwingungen zu nicht akzeptablen Klappergeräuschen.However, this leads to another problem area. Because with a correspondingly increased game between the the use of such throttle valve units leads to individual components in vehicles if not special Measures against this are taken as a result of the inevitable Shocks and vibrations too acceptable rattling noises.
Zur Vermeidung derartiger Klappergeräusche wurde in der DE 43 13 454 A1 vorgeschlagen, die Drosselklappenwelle mittels Federkraft gegen eine Axialwand des Gehäuses abzustützen und ein Federelement aus keramischem Werkstoff zu verwenden. Die Federkraft wirkt dabei in allen Klappenstellungen in Achsrichtung auf die Welle. Das führt beim Betätigen der Drosselklappenwelle zwangsläufig zu erhöhten Reibungen zwischen Welle und Feder einerseits und Drosselklappe und Gehäuse andererseits. Die zusätzlichen Reibkräfte müssen durch zusätzliche Stellkräfte überwunden werden. Das erfordert eine größere Unterdruckdose mit größerer Membranfläche und eine stärkere Feder zur Erzeugung der Rückstellkräfte.To avoid such rattling noises was in the DE 43 13 454 A1 proposed the throttle valve shaft by means of spring force against an axial wall of the housing support and a spring element made of ceramic material to use. The spring force works in all of them Flap positions in the axial direction on the shaft. The leads inevitably when the throttle valve shaft is actuated to increased friction between the shaft and spring on the one hand and throttle valve and housing on the other. The additional frictional forces have to be added Actuators are overcome. That requires a bigger one Vacuum can with a larger membrane area and one stronger spring to generate the restoring forces.
In DE 197 29 335 wurde vorgeschlagen, daß die Gleitlager aus zwei Lagerschalen bestehen und jedes Lagerhalbschalenstück ein von einer Bandfeder gebildetes Gegenhalblager aufweist, deren Lagerschalenabschnitt unter der Vorspannkraft eines von der zweiten Gehäusehälfte beim Zusammenbau verformten Federschenkels besteht. Auch diese Lösung führt zur Erhöhung der Reibkräfte und der damit erforderlichen Stellkräfte.In DE 197 29 335 it was proposed that the plain bearing consist of two bearing shells and each bearing half-shell piece one formed by a band spring Counter-half bearing, the bearing shell section under the biasing force of one of the second half of the housing there is deformed spring leg during assembly. This solution also leads to an increase in Frictional forces and the necessary actuating forces.
Da übliche Gleitmittel zwischen den sich bewegenden Teilen oberhalb 550 °C verdampfen oder verbrennen, wird die Drehbewegung der Klappe auch aus diesem Grund schwergängig. Die Stellkräfte müßten auch aus diesem Grund vergrößert werden. Die zum Schalten der Klappen zur Verfügung stehenden Kräfte und Drehmomente in Personenkraftfahrzeugen sind jedoch bauraum- und massebedingt sehr begrenzt. Ferner ist bei den in der DE 197 29 335 A1 und der DE 43 13 454 A1 vorgeschlagenen Lösungen nachteilig, daß diese Einspannungen die Drehbewegung wesentlich behindern.As usual lubricant between the moving Vaporize or burn parts above 550 ° C the rotary movement of the flap for this reason too stiff. The actuators would also need this Reason to be enlarged. The one for switching the flaps available forces and torques in passenger vehicles however, are space and mass related very limited. Furthermore, in DE 197 29 335 A1 and DE 43 13 454 A1 proposed solutions disadvantageous that this clamping the rotational movement significantly hinder.
Mit den oben angeführten Lösungsansätzen ist das Geräuschproblem, nämlich das Klappern der bewegten Bauteile durch Schwingungsanregungen bei einer Heißgasanwendung somit nicht zu beheben. Der technische Widerspruch besteht in folgendem: Ein geringes Spiel zwischen bewegten Bauteilen vermindert zwar die Gefahr der Entstehung von Klappergeräuschen. Jedoch steigt die Gefahr des Festfressens bei hohen Betriebstemperaturen. Ein großes Spiel zwischen den bewegten Teilen wirkt dem Festfressen entgegen, führt aber zu Klappergeräuschen. Und federbeaufschlagte Reibeinrichtungen vergrößern die erforderlichen Stellkräfte in nicht vertretbarer Weise.With the solutions listed above, the noise problem is namely the rattling of the moving components through vibration excitation at a Hot gas application cannot therefore be remedied. The technical The contradiction is as follows: a minor game between moving components reduces the risk the creation of rattling noises. However, the Risk of seizing at high operating temperatures. A big game between the moving parts works that Seize against, but leads to rattling noises. And spring-loaded friction devices increase that required actuators in an unacceptable manner.
In Anbetracht der vorstehend dargelegten Problematik besteht die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabenstellung darin, eine Drosselklappeneinrichtung der eingangs angegebenen Art bereitzustellen, die sich bei hoher Betriebssicherheit (kein Verklemmen!) und geringen erforderlichen Stellkräften durch eine minimale Geräuschentwicklung auszeichnet.In view of the problems outlined above is the basis of the present invention Task in it, a throttle valve device to provide the type specified at the outset with high operational safety (no jamming!) and low actuating forces required by a minimal Distinctive noise development.
Gelöst wird diese Aufgabenstellung durch eine Drosselklappeneinrichtung
mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Demgemäß zeichnet sich die erfindungsgemäße Drosselklappeneinrichtung
dadurch aus, daß die Anschlageinrichtung
als axial wirkende Klemmeinrichtung ausgeführt
ist, die ein ruhendes Klemmelement, ein mit der Welle
drehbar bewegtes Klemmelement, ein axial ruhendes Hubanschlagelement
und ein mit der Welle axial bewegtes
Hubanschlagelement umfaßt, wobei mindestens eines der
beiden Klemmelemente eine zur Achse geneigte Steuerfläche
aufweist, an der in der Klappenstellung "offen" das
jeweils andere Klemmelement anliegt, und wobei in der
Klappenstellung "offen" das bewegte Hubanschlagelement
an dem ruhenden Hubanschlagelement anliegt. In der
Klappenstellung "offen" berühren sich die beiden Klemmelemente
im Bereich der geneigten Fläche eines der
Elemente bzw. liegen mit zwei zueinander korrespondierend
geneigten Flächen aneinander an. Durch die Neigung
der mindestens einen zur Drehachse geneigten Steuerfläche
wird am Ende der Öffnungsbewegung der Drosselklappe,
wenn die beiden Klemmelemente aneinander anliegen,
auf die bewegbare, die Welle und das Verschlußelement
umfassende Einheit eine axial gerichtete Kraft ausgeübt.
Diese Kraft wird aufgenommen von einer - ebenfalls
axial wirkenden - Hubbegrenzungseinrichtung, welche ein
ruhendes Hubanschlagelement und ein mit der Welle axial
bewegtes Hubanschlagelement, welches sich bei der Klappenstellung
"offen" an dem ruhenden Hubanschlagelement
abstützt, umfaßt. Auf diese Weise wird die das Verschlußelement
und die Welle umfassende Einheit bei geöffneter
Drosselklappe festgeklemmt, d.h. dergestalt
fixiert, daß sie innerhalb des Klappengehäuses keine zu
Klappergeräuschen führenden Bewegungen ausführen kann.
Es entstehen - als Folge der mechanischen Schwingungen
der Abgasanlage oder der Pulsationen des Abgasstroms -
weder Klappergeräusche zwischen Welle und Lager, noch
zwischen Verschlußelement und Klappengehäuse. Zugleich
sind bei der erfindungsgemäßen Drosselklappeneinheit
ausreichend große Toleranzen zwischen den bewegten Bauteilen
möglich, um die Fertigungstoleranzen und Verformungen
infolge Temperaturänderung auszugleichen und
auch bei nachlassender Schmierung die Bewegungen nicht
zu behindern. Zum Betätigen der Klappe ist zudem nur
eine sehr geringe Kraft erforderlich, was den engen
Platzverhältnissen und den zur Verfügung stehenden begrenzten
Betriebsmitteln in Fahrzeugen entgegenkommt.
Es kommen keine zusätzlichen Federelemente, die eine
Erhöhung der Reibkräfte zwischen Gleitlager und Welle
und/oder Verschlußelement und Gehäuse verursachen
und/oder die Bewegungsfreiheit der sich bewegenden Teile
beeinträchtigen, zum Einsatz. Im geschlossenen Zustand
der Klappe ist die Leckrate des Abgases
ausreichend gering bemessen und gleichzeitig "akustische
Dichtheit" gewährleistet.This task is solved by a throttle valve device
with the features of
Besonders bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Drosselklappeneinheit sind in den Unteransprüchen angegebenen und/oder der nachfolgenden Beschreibung entnehmbar.Particularly preferred developments of the invention Throttle valve unit are in the subclaims specified and / or the following description removable.
Gemäß einer ersten bevorzugten Weiterbildung umfaßt die Koppeleinrichtung ein mit der Membran der Unterdruckdose verbundenes Gestänge und einen mit der Welle verbundenen Kurbelarm, wobei das drehbare Klemmelement Teil des Kurbelarms ist. Besonderer Vorteil dieser Weiterbildung ist der vergleichsweise geringe technische Aufwand, verglichen mit einer solchen Ausführung, bei der die Klemmeinrichtung funktional getrennt ist von der Koppeleinrichtung. Ebenfalls im Sinne einer technisch einfachen Realisierung kann dabei vorgesehen sein, daß das ruhende Klemmelement einem Befestigungsbügel zugeordnet ist, mittels dessen sich die Unterdruckdose an dem Klappengehäuse abstützt.According to a first preferred development, the Coupling device with the membrane of the vacuum box connected linkage and one connected to the shaft Crank arm, the rotatable clamping element part of the crank arm. A particular advantage of this training is the comparatively low technical effort, compared to such an embodiment in which the clamping device is functionally separate from the Coupling device. Also in the sense of a technical simple implementation can be provided that the resting clamping element is assigned to a mounting bracket is, by means of which the vacuum can supports the valve body.
Besonders bevorzugt ist die Welle in dem Klappengehäuse mittels zweier Gleitlager gelagert. Diese können gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung aus einem Drahtgestrick gebildet sein. Dies ist besonders günstig im Hinblick auf die Gleiteigenschaften bei der hier maßgeblichen Anwendung der Drosselklappeneinheit in der Abgasanlage eines Verbrennungsmotors. Im Hinblick auf jene Gleitlager zeichnet sich eine andere bevorzugte Weiterbildung der Erfindung dadurch aus, das mindestens eines von ihnen als Bundgleitlager ausgeführt ist, das sich in Achsrichtung nach außen am Klappengehäuse abstützt. Der Bund des Bundgleitlagers kann geringfügig in das Innere des Klappengehäuses hineinragen und bildet das ruhende Hubanschlagelement. In diesem Falle ist das bewegte Hubanschlagelement besonders bevorzugt durch einen Bund oder einen Absatz der Welle gebildet.The shaft in the flap housing is particularly preferred stored by means of two plain bearings. According to a development of the present invention from a Wire mesh should be formed. This is special favorable with regard to the sliding properties of the relevant application of the throttle valve unit in the exhaust system of an internal combustion engine. With regard another one stands out on those plain bearings preferred development of the invention characterized in that at least one of them designed as a plain sliding bearing is in the axial direction on the outside of the valve body supported. The collar of the collar sliding bearing can protrude slightly into the interior of the valve body and forms the stationary stroke stop element. In this Trap is the moving stroke stop element special preferably by a collar or a shoulder of the shaft educated.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind jedoch in entsprechender Weise zahlreiche andere Möglichkeiten, die beiden zusammenwirkenden Hubanschlagelemente auszuführen, denkbar. Beispielsweise kann das ruhende Hubanschlagelement durch das Klappengehäuse gebildet sein, an welchem in der Klappenstellung "offen" das Verschlußelement, welches in diesem Falle das bewegte Hubanschlagelement bildet, unter der von der Klemmeinrichtung bereitgestellten Klemmkraft anliegt.However, within the scope of the present invention accordingly numerous other ways to execute the two interacting stroke stop elements, conceivable. For example, the stationary stroke stop element be formed by the valve body, on which in the flap position "open" the closure element, which in this case is the moving stroke stop element forms, under that of the Clamping device provided clamping force is present.
Im Klappenzustand "geschlossen" liegt das Verschlußelement, sofern es gemäß einer bevorzugten Weiterbildung elliptisch ausgeführt ist, bevorzugt an seinem äußeren Umfang nur im Bereich der großen Halbmesser der Ellipse am Innenmantel des Gehäuses an. An den Seitenflanken ist ein Spiel vorgesehen. Dieses Spiel, das kleiner ist als die axiale Erstreckung der mindestens einen geneigten Fläche der Klemmelemente, wird für die (geringe) axiale Verschiebung der die Welle und das Verschlußelement umfassenden Einheit beim Klemmen am Ende der Öffnungsbewegung genutzt.In the flap state "closed", the closure element lies, if it is according to a preferred further education is elliptical, preferably on its outer Extent only in the area of the large radius of the ellipse on the inner casing of the housing. On the side flanks a game is planned. This game that is smaller than the axial extent of the at least one inclined Surface of the clamping elements, is used for the (small) axial displacement of the shaft and the closure element comprehensive unit when clamping at the end of the opening movement used.
Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt
- Fig. 1
- eine Schnittdarstellung der Drosselklappeneinrichtung,
- Fig. 2
- ein Detail der Klemmeinrichtung in Klappenstellung "offen" in Ansicht schräg von außen,
- Fig. 3
- ein Detail der Klemmeinrichtung in Ansicht in Klappenstellung "offen" schräg von innen und
- Fig. 4
- ein Detail der Klemmeinrichtung in Ansicht in Klappenstellung "geschlossen" schräg von innen.
- Fig. 1
- 2 shows a sectional illustration of the throttle valve device,
- Fig. 2
- a detail of the clamping device in the flap position "open" in an oblique view from the outside,
- Fig. 3
- a detail of the clamping device in the flap position "open" obliquely from the inside and
- Fig. 4
- a detail of the clamping device in the flap position "closed" obliquely from the inside.
Die in der Zeichnung dargestellte Drosselklappeneinrichtung
für den Einsatz in der Abgasanlage eines Verbrennungsmotors
besitzt den folgenden grundsätzlichen
Aufbau: Das Klappengehäuse 1 und die Lagerbuchsen 2
bilden die Träger für alle weiteren Baugruppen. In jede
Lagerbuchse 2 ist ein als Bundgleitlager ausgebildetes
Gleitlager 3, 4 eingesetzt. Die Gleitlager 3, 4 reichen
in das Innere des Klappengehäuses 1 hinein und stützen
sich in Achsrichtung nach außen ab. Die Gleitlager 3, 4
sind aus einem Drahtgestrick gefertigt. Das Drahtgestrick
besitzt federnde Eigenschaften. The throttle valve device shown in the drawing
for use in the exhaust system of an internal combustion engine
has the following basic
Structure: The
In den Gleitlagern 3, 4 ist die Welle 5, auf der ein
Verschlußelement 6, teilweise die Welle 5 umschließend,
angeordnet ist, um die Achse 7 drehbar (Pfeil A) gelagert.
Ferner läßt sich die Welle 5 in den Gleitlagern
3, 4 in dem nachstehend näher beschriebenen Umfang auch
axial verschieben (Pfeil B). Die Drehbewegungen A und
die Hubbewegungen B werden, wie nachstehend erläutert,
durch entsprechende Anschläge begrenzt.In the
Der Bund 8 des Gleitlagers 3 bildet ein ruhendes Hubanschlagelement
9. Das Verschlußelement 6 besitzt in bezug
auf die Dreh- und Hubbegrenzung eine
Doppelfunktion. Der Teil des Verschlußelementes 6, der
sich an der Welle 5 anschmiegt, bildet mit seinem dem
Bund 8 des Bundlagers 3 zugewandten Abschnitt der
Stirnfläche 10 ein bewegtes Hubanschlagelement 11. Der
übrige Teil der Stirnfläche 10 dichtet beim Schließvorgang
an dem Innenmantel 12 des Klappengehäuses 1 ab.
Innenmantel 12 und Verschlußelement 6 begrenzen die
Drehbewegung der Welle 5 samt dem Verschlußelement 6
bei geschlossener Klappenstellung.The
An der äußeren Stirnseite der das Gleitlager 3 aufnehmenden
Lagerbuchse 2 ist ein Befestigungsbügel 13 angeordnet,
der die Unterdruckdose 14 mit den im Inneren
enthaltenen Bauteilen Membran und Feder trägt. Das Gestänge
15 überträgt die Hubbewegung der Membran auf den
Kurbelarm 16. Der Kurbelarm 16 wandelt die Hubbewegung
der Membran in eine Drehbewegung der Welle 5.On the outer end face of the
Am Befestigungsbügel 13 ist ein im Hinblick auf die
Klappenstellung "offen" wirksames ruhendes Drehanschlagelement
17 angeordnet. Dieses ist als ruhendes Klemmelement
18 ausgeführt, indem es eine zur Achse 7
geneigte Steuerfläche 19 aufweist. Das Gegenstück als
bewegtes Klemmelement 20 bildet der Kurbelarm 16, der
an seiner Berührungsfläche mit dem ruhenden Klemmelement
18 ebenfalls eine zur Achse 7 geneigte Steuerfläche
21 aufweist. Das ruhende und das bewegte
Klemmelement 18, 20 sind radial von der Drehachse 7 der
Welle 5 beabstandet angeordnet.On the
Im Klappenzustand "offen" berühren sich die Klemmelemente
18 und 20 im Bereich ihrer geneigte Steuerflächen
19 und 21. Hierdurch wird auf die Welle 5 eine in axialer
Richtung verlaufende Kraftkomponente ausgeübt, welche
die Welle 5 samt des Verschlußelements 6 seitwärts
(Pfeil B) verschiebt, bis die beiden Hubanschlagelemente
9 und 11 aneinander anliegen. Hierdurch wird die
Welle 5 samt dem Verschlußelement 6 festgeklemmt, so
daß in der Klappenstellung "offen" ein Klappern dieser
Teile in dem Klappengehäuse unterbunden wird.When the valve is in the "open" state, the
In der Klappenstellung "geschlossen" liegt das elliptische
Verschlußelement 6 an seinem äußeren Umfang 10 nur
im Bereich der großen Halbmesser der Ellipse am Innenmantel
12 des Klappengehäuses an. An den Seitenflanken
ist gegenüber den beiden Gleitlagern 3, 4 ein geringes
axiales Spiel vorgesehen. Das axiale Spiel ist dabei
kleiner als die axiale Erstreckung der geneigten Steuerflächen
19, 21 der Klemmelemente 18, 20.In the flap position "closed" is the
Die in der Zeichnung veranschaulichte Drosseleinrichtung
funktioniert wie folgt: Beim einem entsprechenden
Betriebszustand des Motors erzeugt der an der Unterdruckdose
14 anliegende Unterdruck auf die Membran der
Unterdruckdose eine die Kraft der Rückstellfeder übersteigende
Kraft. Das Verschlußelement 6 liegt in oben
beschriebener Weise am Innenmantel 12 des Klappengehäuses
1 an. Die Klappe ist geschlossen. Soll die Klappe
öffnen, wird das Unterdruckpotential von der Unterdruckdose
14 entkoppelt. Die in der Unterdruckdose enthaltene
Rückstellfeder erzeugt eine Kraft in Richtung
Gestänge 15. Das Gestänge dreht den Kurbelarm 16. Die
Welle 5 beginnt sich zu drehen.The throttle device illustrated in the drawing
works as follows: With a corresponding
The operating state of the engine is generated by the
Trifft kurz vor dem Ende der Öffnungsbewegung des Verschlußelements
6 das bewegte Klemmelement 20 auf das
ruhende Klemmelement 18, so gleitet mit dem Einsetzen
der ersten Berührung der beiden Klemmelemente das bewegte
Klemmelement auf der geneigten Steuerfläche 19
des ruhenden Klemmelements 18 und erzeugt zusätzlich
zur Drehbewegung der Welle 5 eine axiale Bewegung. Die
axiale Bewegung ist abgeschlossen, wenn das Spiel zwischen
dem am Verschlußelement vorgesehenen bewegten
Hubanschlagelement 11 und dem am Bund 8 des Gleitlagers
3 vorgesehenen ruhenden Hubanschlagelement 9 aufgehoben
ist. Es entsteht eine kraftschlüssige Verbindung. Die
Welle läßt sich nicht mehr bewegen.Strikes just before the end of the opening movement of the
Soll die Klappe wieder geschlossen werden, erzeugt der
Unterdruck in der Unterdruckdose 14 eine Kraft, die
größer als die Federkraft ist. Das Gestänge 15 erzeugt
eine Zugkraft auf den Kurbelarm 16. Die vorstehend erläuterte
kraftschlüssige Klemmverbindung wird aufgehoben.
Beim Fortschreiten der Schließbewegung beginnt das
Verschlußelement 6 den Gehäuseinnenmantel 12 auf der
dem Kurbelarm benachbarten Seite zu berühren. Mit fortschreitender
Drehbewegung erfolgt auch wieder eine
Axialbewegung und damit eine Lageausrichtung für das
Verschlußelement 6, d.h. eine Rückführung des Verschlußelements
in seine mittige Lage. Das ursprüngliche
Achsspiel ist wieder hergestellt. Das Verschlußelement
liegt wieder in seiner dichtungsoptimierten Verschlußlage.
Auch in dieser Endlage wird wieder eine kraftschlüssige
Verbindung hergestellt.If the flap is to be closed again, the
Vacuum in the vacuum can 14 a force that
is greater than the spring force. The
Im offenen Zustand der Klappe wird der Strömungsweg
freigegeben und das Abgas umströmt das Verschlußelement
6. Das strömende Abgas erzeugt auf das Verschlußelement
6 immer dann eine in Schließrichtung wirkende Kraft,
wenn das Verschlußelement eine Zwischenstellung einnimmt.When the flap is open, the flow path
released and the exhaust gas flows around the
Da in beiden Endlagen kraftschlüssige Verbindungen erzeugt werden und in den Phasen der Übergänge zwischen den Zuständen "geschlossen" und "offen" die Strömung eine zusätzliche Spannkraft erzeugt, ist ein Klappern einer erfindungsgemäß ausgeführten Drosselklappe ausgeschlossen. Gleichzeitig kann ein ausreichendes Spiel vorgegeben werden, um sowohl die Drehbewegung als auch den Lageausgleich des Verschlußelementes nicht zu behindern.Because positive connections are created in both end positions and in the phases of the transitions between the states "closed" and "open" the flow an additional tension is rattling a throttle valve designed according to the invention excluded. At the same time, a sufficient game can be given to both the rotary motion as well not to hinder the positional compensation of the closure element.
Claims (11)
dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlageinrichtung als axial wirkende Klemmeinrichtung ausgeführt ist, die ein ruhendes Klemmelement (18), ein mit der Welle (5) drehbar bewegtes Klemmelement (20), ein axial ruhendes Hubanschlagelement (9) und ein mit der Welle (5) axial bewegtes Hubanschlagelement (11) umfaßt, wobei mindestens eines der beiden Klemmelemente (18, 20) eine zur Achse (7) geneigte Steuerfläche (19, 21) aufweist, an der in der Klappenstellung "offen" das jeweils andere Klemmelement anliegt, und wobei in der Klappenstellung "offen" das bewegte Hubanschlagelement (11) an dem ruhenden Hubanschlagelement (9) anliegt.Throttle valve unit for use in the exhaust system of an internal combustion engine, comprising a valve housing (1), a shaft (5) rotatably mounted therein about an axis (7) with a closure element (6), a vacuum box (14) with a membrane and one of the implementation coupling device serving the lifting movement of the membrane into a rotating movement of the shaft (5), a stop device limiting the rotating movement (A) of the shaft (5) in the flap position "open" being provided,
characterized in that the stop device is designed as an axially acting clamping device which comprises a stationary clamping element (18), a clamping element (20) rotatably moved with the shaft (5), an axially stationary lifting stop element (9) and a with the shaft (5) comprises axially moved stroke stop element (11), at least one of the two clamping elements (18, 20) having a control surface (19, 21) inclined to the axis (7), against which the other clamping element lies "open" in the flap position, and wherein in the flap position "open" the moving stroke stop element (11) rests on the stationary stroke stop element (9).
dadurch gekennzeichnet, daß die Koppeleinrichtung ein mit der Membran der Unterdruckdose verbundenes Gestänge (15) und einen mit der Welle (5) verbundenen Kurbelarm (16) umfaßt, wobei das drehbare Klemmelement (20) Teil des Kurbelarms (16) ist. Throttle valve unit according to claim 1,
characterized in that the coupling device comprises a linkage (15) connected to the membrane of the vacuum box and a crank arm (16) connected to the shaft (5), the rotatable clamping element (20) being part of the crank arm (16).
dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das ruhende (18) als auch das bewegte Klemmelement (20) eine zur Achse (7) geneigte Steuerfläche (19, 21) aufweisen.Throttle valve unit according to claim 1 or claim 2,
characterized in that both the stationary (18) and the moving clamping element (20) have a control surface (19, 21) inclined to the axis (7).
dadurch gekennzeichnet, daß das ruhende Klemmelement (18) einem Befestigungsbügel (13) zugeordnet ist, mittels dessen sich die Unterdruckdose (14) an dem Klappengehäuse (1) abstützt.Throttle valve unit according to one of claims 1 to 3,
characterized in that the stationary clamping element (18) is associated with a mounting bracket (13) by means of which the vacuum box (14) is supported on the flap housing (1).
dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (5) in dem Klappengehäuse (1) in zwei Gleitlagern (3, 4) gelagert ist, von denen mindestens eines als Bundgleitlager ausgeführt ist, wobei der Bund (8) des Bundgleitlagers das ruhende Hubanschlagelement (9) bildet.Throttle valve unit according to one of claims 1 to 4,
characterized in that the shaft (5) is mounted in the flap housing (1) in two sliding bearings (3, 4), at least one of which is designed as a collar sliding bearing, the collar (8) of the collar sliding bearing forming the stationary stroke stop element (9) ,
dadurch gekennzeichnet, daß das bewegte Hubanschlagelement (11) durch einen Bund oder einen Absatz der Welle (5) gebildet ist.Throttle valve unit according to claim 5,
characterized in that the moving stroke stop element (11) is formed by a collar or a shoulder of the shaft (5).
dadurch gekennzeichnet, daß das ruhende Hubanschlagelement (11) durch das Klappengehäuse (1) gebildet ist.Throttle valve unit according to one of claims 1 to 4,
characterized in that the stationary stroke stop element (11) is formed by the flap housing (1).
dadurch gekennzeichnet, daß das bewegte Hubanschlagelement (11) durch das Verschlußelement (6) gebildet ist. Throttle valve unit according to claim 7,
characterized in that the moving stroke stop element (11) is formed by the closure element (6).
dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußelement (6) nahe der Achse (7) zylindrisch geformt ist und die Welle (5) in sich aufnimmt.Throttle valve unit according to one of claims 1 to 8,
characterized in that the closure element (6) near the axis (7) is cylindrical in shape and receives the shaft (5).
dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (5) in dem Klappengehäuse (1) in zwei Gleitlagern (3, 4) gelagert ist, welche aus einem Drahtgestrick gebildet sind.Throttle valve unit according to one of claims 1 to 9,
characterized in that the shaft (5) is mounted in the flap housing (1) in two slide bearings (3, 4) which are formed from a wire mesh.
dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußelement (6) in der Klappenstellung geschlossen nur in seinen von der Achse (7) entfernten Bereichen an der Innenwand (12) des Klappengehäuses (1) anliegt, während benachbart zur Achse zwischen dem Verschlußelement (6) und der Innenwand des Klappengehäuses (1) ein geringes Spiel besteht.Throttle valve unit according to one of claims 1 to 10,
characterized in that the closure element (6) in the flap position is closed only in its regions remote from the axis (7) against the inner wall (12) of the flap housing (1), while adjacent to the axis between the closure element (6) and the inner wall the valve housing (1) there is little play.
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