JP4146147B2 - 内燃機関における混合気形成のための装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関における混合気形成のための装置であって、流体が孔の流動横断面を通流するようになっており、流体がケーシングの受容孔において旋回可能で操作可能な絞りエレメントによって調量可能である形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日では、車両に使用される内燃機関において絞り装置が使用され、この絞り装置は原則として円形の弁として形成され、内燃機関の吸気路に受容されていて、かつ燃焼に必要な、吸い込もうとする新鮮空気の体積流量を調量する。新鮮空気流の高い流れ速度を前提として、外部温度が低い場合、新鮮空気に含まれるＨ_２Ｏが新鮮空気管の壁において液化し得る。さらに温度が低い場合、新鮮空気管路の内側に氷が形成されることもあり、これによって絞り弁の軽い作動性が著しく損なわれることに成り得る。
【０００３】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第３３４６１６７号明細書は絞り弁管片に関するものである。この構成に基づく絞り弁管片では、絞り弁が、両側で滑り支承部によって管片ケーシングに固定されている軸に配置されている。これらの滑り支承部はそれぞれ軸用孔に圧入されていて、かつ絞り弁側の端面を備えており、これらの端面はケーシング孔の壁に応じてカーブしていて、かつこの壁の一部を形成している。滑り支承部の構成によって、この前掲ドイツ連邦共和国特許出願公開第３３４６１６７号明細書に基づく絞り弁管片の漏れ率は極めて僅かなものである。
【０００４】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８４３７７１号明細書は、特に絞り弁を備えた電気モータ式の調節部材に関する。ここではケーシングと、ケーシングの内側で駆動側に配置された、ケーシングに配置された可動のエレメントの駆動装置のための電気モータとを備えた電気モータ式の調節部材が開示されている。この可動のエレメントは特に絞り弁であり、この場合ケーシングに、制御および／または評価電子装置を受容するための独立した電子装置用ケーシングが取付可能であるように設けられている。これによって一方では特に電磁的な妨害放射を回避でき、他方では調節部材の製作のために型を変更する必要のない、大量生産され、制御装置を必要としない電気モータ式の調節部材を引き続き使用することができる。
【０００５】
さらにドイツ連邦共和国特許登録第２９４９０４１号明細書から、混合気形成時における混合気を調製するための加熱装置が公知である。この構成によれば、混合気調製のための加熱装置は、主流路を制限する管壁体と、混合室の下流部分に主絞り部材と、ならびにその上流部分に燃料分配装置とを備えた内燃機関−混合気形成器である。これは、長手方向延伸部の一部にわたって、リング状の加熱用水室を備えた熱交換器二重壁として形成されており、この室は一方の端部で水流入管片を備えていて、他方の端部で水流出管片を備えている。熱交換器は温度的に制御された、温度が高くなると開放する切換弁を介して冷却水循環路と接続されている。熱交換器は遮断された切換弁ならびに切られた冷却水循環路では、冷却水面の上方に存在する。混合気形成器の主流路に接触する熱交換器の内壁は、電気抵抗発熱材料から成っていて、かつ冷却水温度に応じて温度的に制御された、特定の高い水温以上で開放する電気スイッチ部材を介して、電圧源と電気的に接続されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、冒頭で述べたような形式の内燃機関のための加熱可能な絞り装置を改良することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するための本発明の装置によれば，孔の壁とケーシングの外周との間で、ケーシングの内側に加熱または冷却媒体のための複数の中空室が形成されている。
【０００８】
【発明の効果】
本発明のように構成されていると、加熱媒体の流れる通路もしくは中空室が、内燃機関のための絞り装置の製作時に既に製作することができるので、スロットルバルブケーシングの中実材料の切削加工が必要でなくなる。中実材料から成るスロットルバルブケーシングに、あとから穿孔またはフライス加工によって製作される加熱通路では、加熱通路の経過に関して、ケーシングの幾何学形状が制限されており、これは場合によっては、中実材料から形成されるスロットルバルブケーシングの、比較的大きな壁厚で残る領域に基づいて、スロットルバルブ用孔の壁の、不均等に延びる加熱領域しか得られないこととなる。
【０００９】
本発明で提案された解決手段によって、加熱通路は、製作時に、外壁とスロットルバルブ用孔との間の領域において次のように成形される。すなわち、新鮮空気流の流れ方向に対して平行な加熱媒体の通過を許容し、しかも必要な場合には流動横断面で流れる流体の流れ方向に対して垂直な加熱媒体の通過を許容するように成形される。本発明の有利な実施形態によれば、絞り装置の外壁とスロットルバルブ用孔との間の個々の中空室は、中空室を仕切る凹んだウェブによって互いに接続することができるので、オーバーフロー過程によって、スロットルバルブ用孔の壁に均等な温度プロフィールを形成することができる。取り付け時に、中空室は開放側で、たとえばシールリングまたは別の構成部材の組み付けによってシールされる。注型部分としてスロットルバルブケーシングを製作する場合、注型時に、加熱装置の接続に必要な流入接続部および流出接続部は、中空室に関して外側から次のように配置することができる。すなわち、これらの流入接続部および流出接続部がスロットルバルブ用孔の壁の加熱しようとする面を規定するように、配置することができる。接続部を変位することによって、加熱面を変位することができる。
【００１０】
本発明の実施形態に基づく、スロットルバルブケーシングの外壁とスロットルバルブ用孔の壁との間に設けられた中空室もしくは加熱通路の配置形式によって、スロットルバルブ用孔の壁の、均等に延びる温度調節が得られる。中空室セグメントごとに、加熱媒体の流入接続部もしくは流出接続部の位置に応じた、スロットルバルブ用孔の壁の温度調節が得られる。極めて薄い壁厚で形成された、加熱面の壁つまりスロットルバルブ用孔の制限壁は、短い反応時間を許容しており、したがってスロットルバルブ用孔の壁に沿った迅速な温度変化が得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図示の実施例を用いて詳しく説明する。
【００１２】
図１には、スロットルバルブ（絞り弁）用の孔の周囲に沿って、流体の流れ方向に対して平行に延びる中空室が示されている。
【００１３】
さらに図１には、スロットルバルブケーシング２のケーシング半割シェル３が示されている。スロットルバルブ用の孔８の自由流動横断面１は内壁９によって制限される。スロットルバルブケーシングの２のケーシング半割シェル３に、相対して位置する２つのスロットルバルブ軸支承孔４が設けられており、これらのスロットルバルブ軸支承孔４に図示されていないスロットルバルブが挿入される。スロットルバルブは同様に図示されていないスロットルバルブ軸に受容されており、このスロットルバルブ軸は調節駆動装置によって操作可能である。調節駆動装置を受容するために、ケーシング半割シェル３の側方に受容室５が設けられており、さらに図１に示されているように、ケーシング半割シェル３にケーシング室６が存在しており、このケーシング室６はスロットルバルブを位置調節するための駆動装置を受容する。ケーシング半割シェル３の外壁７とスロットルバルブ用孔８の内壁との間で、スロットルバルブ用孔８の周に沿って、実質的に流体の流れ方向１３で延びる中空室１１が分配形成されている。中空室１１は流入路１４もしくは流出路１５を介して加熱もしくは冷却媒体で負荷することができる。内壁９は、最適な熱伝達を確保するために僅かな壁厚１０で形成されている。スロットルバルブ用孔８の周に沿ってケーシング半割シェル３に形成された個々の中空室１１の間に、個々のウェブもしくは凹んだウェブ１７が形成されている。
【００１４】
図１に基づくスロットルバルブケーシング２のケーシング半割シェル３、ならびにこのケーシング半割シェルに受容された、駆動エレメントもしくは調節駆動エレメントを受容するための室５もしくは６は、有利には、注型法またはプラスチック射出成形法（１つの成分または２つの成分の射出成形法）に基づいて製作される。これらの方法によって、最適な形式で、中空室を、スロットルバルブ用孔８を制限する内壁９のできるだけ近くに形成することができるので、中空室１１を通って流れる加熱もしくは冷却媒体を、流動横断面１を制限する、加熱もしくは冷却しようとする壁９に直接的に接近案内することができる。
【００１５】
図２には、スロットルバルブ用孔の周に沿って加熱された面領域が詳しく示されている。
【００１６】
図２によれば、スロットルバルブ用孔８の内壁９の加熱された面領域１９がウェブ１６によって制限されている。両方のウェブ１６の間に、凹んだウェブ１７が存在し、この凹んだウェブ１７は、連続的に形成されたウェブ１６に対して、オーバーフロー開口もしくはオーバーフロー通路１８を規定する。外周面７に設けられた流入路１４を介して、加熱もしくは冷却媒体が中空室１１に流入して、中空室１１を図平面に対して垂直方向で通流し、かつ凹んだウェブ１７によって形成されたオーバーフロー通路１８を介してこの凹んだウェブ１７に隣接する中空室１１にオーバーフローする。この中空室から加熱もしくは冷却媒体は流出路１５を介して再び流出する。加熱された面領域を形成する中空室１１は最適な形式で次のように形成される。すなわち、スロットルバルブ用孔８の内壁９のカーブした輪郭に最適な形式で延びる、自由流動横断面１でスロットルバルブ用孔８を通過する媒体のための加熱もしくは冷却面が得られるように、形成される。流入路１４もしくは流出路１５の領域に位置する中空室１１の両側に連続的に延びるウェブ１６によって、内壁９の加熱可能な面領域は、流入路１４もしくは流出路１５を通って加熱もしくは冷却媒体の供給可能な中空室１１に制限されている。加熱もしくは冷却媒体のための流入路１４の横に位置するウェブ１６に隣接配置されている中空室１１の中空室幅が符号２８で示されている。流入路１４もしくは流出路１５の位置に応じて、スロットルバルブ用孔８の内壁９の加熱可能な面領域１９を規定することができる。熱搬送は、僅かな壁厚１０のスロットルバルブ用孔８の内壁９の構成では、実質的に熱伝導によって得られ、この場合この熱伝達はスロットルバルブ用孔８の内壁９の僅かな壁厚１０に基づいて極めて迅速に得られる。
【００１７】
図３には、加熱通路を閉鎖するシールエレメントを備えたケーシング半割シェルが斜視図で示されている。
【００１８】
図３によれば、図１および図２に示された開放状態の中空室１１が、部分的に示されたケーシング半割シェル３の周りをリング状に延びるシールエレメント２０によって閉鎖されている。有利にはリング状に形成されたシールエレメント２０に形成されたシールリップ２１は、ケーシング半割シェル３の平らな端面上に緊密に載設されている。絞り弁ケーシング２のケーシング半割シェル３の外壁７に、加熱可能な面領域１９を規定する流入路１４もしくは流出路１５が形成されている。これらの流入路もしくは流出路は外壁７に挿入可能な接続部として形成することができ、それ以外に流入路１４もしくは流出路１５は、ケーシング半割シェル３の注型またはケーシング半割シェル３の射出成形時に直接的にこれらの過程において原型部分として形成することができる。
【００１９】
図４には、図３のケーシング半割シェルが横断面図で示されている。
【００２０】
ケーシング半割シェル３を流体が流れ方向１３で貫流しており、この場合ケーシング半割シェル３の自由流動横断面１を通過する流体の体積流量は、スロットルバルブ軸支承孔に旋回可能に支承されたスロットルバルブエレメントによって可変である。ケーシング半割シェル３の壁に流入路１４もしくは流出路１５（たとえば挿入された管片２２）が組み込まれており、これらの流入路もしくは流出路はケーシング半割シェル３の壁の大部分を貫通していて、この壁に存在する中空室１１と接続されている。図４の断面図によれば、中空室１１は個々のウェブ１６もしくはウェブ１７によって互いに仕切られている。図４に示されているように、凹んだウェブ１７はシールエレメント２０に向いた上位領域でオーバーフロー通路１８を解放しており、このオーバーフロー通路１８を通って、流入路１４を介して中空室１１に流入する加熱もしくは冷却媒体は、スロットルバルブ用孔８の周に沿って設けられた、前記凹んだウェブ１７に隣接する中空室１２にオーバーフローできる。ケーシング半割シェル３の外壁７に設けられた流入路１４と流出路１５との間隔に応じて、周方向で大小の角度範囲にわたって延びる加熱可能な面領域１９が形成される。スロットルバルブ用孔８の周に沿った、凹んだウェブ１７の領域におけるオーバーフロー通路１８および中空室１１，１２のシール以外に、実質的にリング状に形成された別個のシールエレメント２０を設ける必要なしに、中空室１１，１２はこれらに接するリング状の複数の構成部材によってシールすることもできる。シールエレメント２０にシールリップ２１が存在し、このシールリップ２１は半径方向で中空室１１，１２をカバーし、これによってこれらの中空室を、絞り弁室８の自由流動横断面１を通る流体の流れ方向に関して軸方向でも半径方向でもシールする。
【００２１】
図５には、周方向で拡張された加熱もしくは冷却領域を備えた、絞りケーシング半割シェル３の絞り装置の１実施例が示されている。
【００２２】
図５に示されているように、流入路１４ならびに流出路１５はケーシング半割シェル３の外壁７に沿って互いに拡張された間隔２４で配置されている。この実施例によって、スロットルバルブ用孔８の内壁９に、図１および図２と同様に符号１９で示された、大きな角度範囲にわたって延びる加熱可能な面領域が得られる。互いに拡張された間隔２４で外周７に設けられた流入路１４もしくは流出路１５を介して、隣接する４つの中空室１１を加熱もしくは冷却することができる。外側に位置する各中空室１１は、連続的なウェブ１６によって制限されており、これに対してこれらの中空室１１の間に別の凹んだウェブ２５が設けられている。流入路１４を介して加熱もしくは冷却媒体が流入することによって、加熱もしくは冷却媒体は、別の凹んだウェブ２５に形成されたオーバーフロー通路１８を介して、加熱もしくは冷却媒体の流入した中空室に隣接する中空室１１に流入することができ、この流入は、連続するウェブ１６によって制限された中空室１１まで行うことができる。この中空室１１から加熱もしくは冷却媒体は流出路１５を介して再び流出する。熱搬送は、加熱もしくは冷却媒体から、中空室１１の、内壁９の背面側の面領域２６に沿って得られる。スロットルバルブ用孔８の内壁９の形成されている小さな壁厚１０によって、スロットルバルブ用孔８の内壁９に沿って、スロットルバルブ用孔８の周に沿って設けられた中空室１１を貫流する加熱もしくは冷却媒体の最適な熱伝達が達成され、その結果図２または図５に示されているような流入路１４もしくは流出路１５の配置形式に応じて、周方向に延びる種々異なる大きさの加熱区域１９が得られる。ケーシング半割シェル３の形状付与の間に中空室１１を製作することによって、中空室１１の配置構成を、適当な形式で、スロットルバルブ用孔８の内壁９の壁カーブ２３に適合させることができる。
【００２３】
図６には、絞り装置の下位のケーシング半割シェルが斜視図で示されている。
【００２４】
図６から判るように、下位のケーシング半割シェル３の外周７に射出成形されるかまたは注型された流入路１４もしくは流出路１５の上方に、スロットルバルブ軸支承孔４に受容されるべきスロットルバルブ軸のための支承部３１が設けられている。下位のケーシング半割シェル３の、支承部３１とは反対側に、受容室５（図１参照）が注型されるかまたは射出成形されており、この受容室５に、スロットルバルブ軸支承孔４においてスロットルバルブを受容するスロットルバルブ軸の旋回運動をもたらすような調節駆動エレメントが設けられている。開口２９を介してアプローチ可能である、受容室５と同様に射出成形されたケーシング室６は、スロットルバルブの移動のための、調節駆動装置５を負荷する駆動装置を受容することができる。符号３２で下位のケーシング半割シェルの端面が示されており、この端面に、スロットルバルブをスロットルバルブ軸支承部４に取り付けたあとで、絞り装置の、ここでは示されていない上位のケーシング半割シェルが載設される。
【００２５】
図６に示されているように、流入路１４もしくは流出路１５は下位のケーシング半割シェル３の外壁７に注型されるか射出成形されており、つまりこの外壁に組み込まれている。
【００２６】
さらに図７には、すでに図６に示された、スロットルバルブ用孔８の自由流動横断面１で旋回可能な、ここでは図示されていないスロットバルブの駆動装置構成部材のための組込スペース５もしくは６が示されている。加熱もしくは冷却媒体のための流入路１４もしくは流出路１５の変位によって、スロットルバルブ用孔８の内壁９に沿った加熱面１９が変位できる。加熱もしくは冷却媒体を案内する中空室１１がスロットルバルブ用孔８を通る流体の流れ方向１３に対して平行に形成されているような構成以外に、中空室１１はスロットルバルブ用孔８を包囲するように形成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 スロットルバルブ用孔の周に沿って設けられた、流体の流れ方向に対して平行に延びる加熱通路を示す図である。
【図２】 スロットルバルブ用孔の周に沿って設けられた加熱面領域を示す図である。
【図３】 加熱媒体のための中空室を閉鎖するシールエレメントを備えたケーシング半割シェルを示す斜視図である。
【図４】 図３のケーシング半割シェルの断面図である。
【図５】 周方向で拡張された加熱領域を備えた、絞り装置の下位のケーシング半割シェルの１実施例を示す図である。
【図６】 絞り装置の下位のケーシング半割シェルを示す斜視図である。
【図７】 図６に基づく絞り装置の下位のケーシング半割シェルの断面図である。
【符号の説明】
１ 流動横断面、 ２ スロットルバルブケーシング、 ３ ケーシング半割シェル、 ４ スロットルバルブ軸支承孔、 ５ 受容室、 ６ ケーシング室、 ７ 外壁、 ８ スロットバルブ用孔、 ９ 内壁、 １０ 壁厚、 １１ 中空室、 １２ 中空室、 １３ 流れ方向、 １４ 流入路、 １５ 流出路、 １６ ウェブ、 １７ ウェブ、 １８ オーバーフロー通路、 １９ 加熱面領域、 ２０ シールリング、 ２１ シールリップ、 ２２ 管片、 ２３ 壁カーブ、 ２４ 間隔、 ２５ ウェブ、 ２６ 面領域、 ２８ 中空室幅、 ２９ 開口、 ３１ 支承部、 ３２ 端面

Claims (8)

1. 内燃機関における混合気形成のための装置であって、流体がスロットルバルブ用孔（８）の流動横断面（１）を通流するようになっており、流体がスロットルバルブケーシング（２）の受容孔（４）において旋回可能で操作可能な絞りエレメントによって調量可能であり、
   前記スロットルバルブ用孔（８）の壁（９）と前記スロットルバルブケーシング（２）の外周との間で、該スロットルバルブケーシング（２）の内側に加熱または冷却媒体のための複数の中空室（１１）が形成されている形式のものにおいて、
   前記スロットルバルブケーシング（２）に設けられた中空室（１１）が、流体の流れ方向（１３）で延びており、複数の中空室（１１）が、混合気を加熱もしくは冷却可能な面領域（１９）を成しており、前記加熱もしくは冷却可能な面領域（１９）に沿って複数の前記中空室（１１）の間に、前記スロットルバルブケーシング（２）の流れ方向端面に対して凹んだウェブ（１７，２５）が形成されていることを特徴とする、内燃機関における混合気形成のための装置。
2. 複数の中空室（１１）が前記スロットルバルブケーシング（２）の長手方向端面まで延びるウェブ（１６）によって互いに仕切られている、請求項１記載の装置。
3. 前記スロットルバルブケーシング（２）の長手方向端面に対して凹んだ前記ウェブ（１７）が複数の中空室（１１）の間にオーバーフロー通路（１８）を形成しており、該オーバーフロー通路（１８）を通って、１つの中空室（１１）から該中空室（１１）に隣接する別の中空室（１１）に加熱もしくは冷却媒体が到達するようになっている、請求項１記載の装置。
4. 加熱もしくは冷却可能な面領域（１９）が、前記スロットルバルブケーシング（２）の外周（７）に受容されるかまたは注型されるかもしくは射出成形される流入通路（１４）と流出通路（１５）との間を延びている、請求項１記載の装置。
5. 中空室（１１）が、シールエレメント（２０，２１）によってシールされており、加熱もしくは冷却媒体が、中空室（１１）と、前記スロットルバルブケーシング（２）の長手方向端面に対して凹んだウェブ（１７，２５）によって形成されたオーバーフロー通路（１８）とに通流するようになっている、請求項１記載の装置。
6. 流入通路および／または流出通路（１４，１５）が、前記スロットルバルブケーシング（２）に組み込まれている、請求項４記載の装置。
7. 内燃機関の吸気路に請求項１から６までのいずれか１項記載の内燃機関における混合気形成のための装置を使用して、スロットルバルブケーシング（２）を加熱もしくは冷却可能な面領域（１９）に沿って温度調整することを特徴とする、内燃機関における混合気形成のための装置の使用。
8. 請求項１から６までのいずれか１項記載の内燃機関における混合気形成のための装置を製作する方法において、
   スロットルバルブケーシング（２）の注型または射出成形時に、加熱もしくは冷却媒体を通過させるための、流体の流れ方向（１３）で延びる中空室（１１）を形成することを特徴とする、内燃機関における混合気形成のための装置を製作する方法。

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