DE4202437A1 - Drosselklappen-baugruppe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Drosselklappen-Baugruppe für das Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine.

Die Drosselklappenwelle und die Drosselklappe einer Drossel­ klappen-Baugruppe werden konventionell aus einem Metall hergestellt, während das Drosselklappengehäuse der Drossel­ klappen-Baugruppe aus einem Leichtmetall besteht. Vor einigen Jahren wurde die Herstellung eines Drosselklappengehäuses in solcher Weise vorgeschlagen, daß ein Metallteil in eine In­ nenwand des aus einem Kunstharz bestehenden Drosselklappenge­ häuses eingebettet und die Drosselklappe so eingebaut wird, daß sie dem Metallteil an der Innenwand des Drosselklappen­ gehäuses zugewandt ist, um dadurch die Drosselklappen-Bau­ gruppe leichter zu machen (JP-OS 2-91 431 vom 30. März 1990). Da der Wärmeausdehnungskoeffizient von Kunstharz groß ist und Form und Wandstärke des Drosselklappengehäuses nahe der Dros­ selklappe und der Drosselklappenwelle komplex und vergleichs­ weise groß sind, ist im Fall der Herstellung des gesamten Drosselklappengehäuses aus einem Kunstharz die Formänderung des Gehäuses nahe der Drosselklappe und der Drosselklappen­ welle groß entsprechend der Wärmeausdehnung und -kontraktion, und die Formänderung des Gehäuses ist nicht gleichmäßig. Schlimmstenfalls gelangt die Drosselklappe an einer Wand­ fläche einer Ansaugleitung des Drosselklappengehäuses in Anlage, und ein Stützteil der Drosselklappenwelle klemmt an der Drosselklappenwelle.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Drossel­ klappen-Baugruppe, die mit geringem Gewicht ohne eine durch die Wärmeausdehnung des Drosselklappengehäuses bewirkte Form­ änderung herstellbar ist und bei der ein Anliegen der Dros­ selklappe an einer Innenwand des Drosselklappengehäuses ver­ mieden wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Drosselklappen-Baugruppe gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß ein Stützteil (im folgenden Teil A) der Drosselklappe und die Drosselklap­ penwelle des Drosselklappengehäuses aus einem Leichtmetall bestehen, daß ein anderes Teil (im folgenden Teil B), das mit dem Teil A verbunden ist, aus einem von dem Teil A getrennten Kunstharz besteht, daß zwischen dem Teil A und dem Teil B ein Zwischenraum bzw. Spalt vorgesehen ist, um die Wärmeausdeh­ nung der Teile A und B aufzunehmen, und daß die Teile A und B über eine Dichtung miteinander verbunden sind.

Da das Teil A, und zwar ein Gehäuseelement zur Bildung eines Arbeitsraums der Drosselklappe, aus einem Leichtmetall be­ steht, ist die Wärmeausdehnung des Teils A gegenüber derjeni­ gen des Teils B ausreichend klein. Die Brennkraftmaschine arbeitet unter Temperaturbedingungen in einem weiten Bereich zwischen einer Niedrigtemperatur von ca. -40°C und einer Hochtemperatur von ca. 150°C. Die Drosselklappen-Baugruppe gemäß der Erfindung kann einen gleichmäßigen Betrieb der Drosselklappe mit nur geringer wärmebedingter Formänderung innerhalb des weiten Temperaturbereichs gewährleisten, ohne daß die Drosselklappe an der Saugluftleitung anschlägt und/ oder die Drosselklappenwelle am Drosselklappengehäuse klemmt.

Da das Teil B an der Außenseite des Betriebsbereichs der Drosselklappe liegt, hat das Teil B auch dann keinen nach­ teiligen Einfluß auf den Betrieb der Drosselklappe, wenn es aus Kunstharz hergestellt ist. Da gemäß der Erfindung das Teil aus einem Leichtmetall in einem für den Betrieb der Drosselklappe mindesterforderlichen Raum besteht und das Teil B aus einem Kunstharz besteht, das leichter als das Teil A ist, wird mit der Drosselklappen-Baugruppe gemäß der Erfin­ dung ein zuverlässiger Betrieb der Drosselklappe und eine Gewichtsverringerung erreicht.

Da zwischen dem Teil A und dem Teil B der Spalt vorgesehen ist, um die Wärmeausdehnung der Teile A und B aufzunehmen, wenn die beiden Teile A und B miteinander verbunden sind und einen einheitlichen Saugluftkanal des Drosselklappengehäuses definieren, kann eine gegenseitige Störung der Teile A und B aufgrund ihrer jeweiligen Wärmeausdehnung vermieden und ein Anschlagen der Drosselklappe an der Innenwand des Drossel­ klappengehäuses verhindert werden. Zwar ist der Spalt vorge­ sehen, um die jeweilige Wärmeausdehnung zu absorbieren, aber die im Spalt angeordnete Dichtung verhindert den Austritt von Ansaugluft im Inneren des Drosselklappengehäuses.

Wenn im übrigen das Leichtmetallteil A und das Kunstharzteil B in einem Verfahren zum Anformen des Kunstharzformteils B zu einer Einheit verbunden werden, ohne daß das Teil A vom Teil B getrennt ist, wird auf einen Verbindungsabschnitt der Teile A und B eine Wärmebeanspruchung in Abhängigkeit von der Dif­ ferenz zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Kunst­ harzes und des Leichtmetalls aufgebracht. Schlimmstenfalls wird dabei der Verbindungsabschnitt abgelöst.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausfüh­ rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Drosselklappen-Bau­ gruppe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 eine Perspektivansicht der Drosselklappen-Baugruppe nach Fig. 1;

Fig. 3A und 3B Perspektivansichten der Drosselklappen-Baugruppe von Fig. 1, wobei diese Baugruppe in die Gehäuse­ teile zerlegt ist;

Fig. 4A und 4B Perspektivansichten einer Drosselklappen-Baugruppe gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung, wobei diese Baugruppe in die Gehäuseteile zerlegt ist;

Fig. 5A und 5B Perspektivansichten einer Drosselklappen-Baugruppe gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung, wobei die Baugruppe in die Gehäuseteile zerlegt ist;

Fig. 6A bis 6G konkrete Herstellungsmethoden des Teils A und des Teils B bei dem ersten, dem zweiten und dem dritten Ausführungsbeispiel.

Gemäß Fig. 1 ist das Drosselklappengehäuse 1 in das Teil A sowie ein oberes und ein unteres Teil B unterteilt.

In Fig. 1 ist das Teil A zwischen dem oberen und dem unteren Teil B angeordnet. Allgemein jedoch ist das einheitlich mit dem unteren Teil B zusammengefügte Teil A mit dem oberen Teil B (im folgenden nur: Teil B) gemäß den Fig. 2, 3A und 3B, 4A und 4B sowie 5A und 5B verbunden.

Das Teil A bildet einen Arbeitsraum der Drosselklappe 3, d. h. einen Raum, in dem der Betrieb der Drosselklappe ab­ läuft. Das Teil A weist einen Raum auf, der zur Gewährlei­ stung eines Arbeitsbereichs der Drosselklappe notwendig ist. Der Rest der Drosselklappen-Baugruppe ist von dem Teil B gebildet. 15 bezeichnet einen Saugluftkanal im Inneren des Drosselklappengehäuses 1.

Das Teil A besteht aus Aluminium. Die Drosselklappenwelle 2 verläuft durch das Teil A. Beide Enden der Drosselklap­ penwelle sind in Kugellagern 4 bzw. 5 gelagert. Dichtungs­ elemente, beispielsweise Gummidichtungen 6 und 7, greifen an Lagerstützteilen an. Die Drosselklappe 3 ist mit Schrauben 8 auf der Drosselklappenwelle 2 befestigt. Die Drosselklappe 3 ist in den Saugluftkanal in dem Teil A eingebaut.

Ein Drosselhebel 9 und ein Begrenzungselement 11, die in einer Anfahrstellung der Brennkraftmaschine einen Öffnungs­ grad der Drosselklappe an einer Innenwand des Teils A auf einem vorbestimmten Wert halten, sind über eine Rückstellfe­ der 10 auf einer Seite der Drosselklappenwelle 2 angeordnet. Auf der anderen Seite der Drosselklappenwelle ist ein Dros­ selklappenschalter 13 vorgesehen. Der Drosselhebel 9 betätigt die Drosselklappe 3 in Öffnungs- und Schließrichtung nach Maßgabe der Betätigung eines Fahrpedals (nicht gezeigt).

Ein Anschlag 18 dient der Begrenzung einer Drehbewegung des Begrenzungselements 11. Der Anschlag 18 ist gemeinsam mit dem Teil A vorgesehen. Wenn die Drosselklappe 3 eine nahezu voll­ ständige Schließstellung erreicht, liegt der Drosselhebel 11 am Anschlag 18 an.

Im allgemeinen ist ein zwischen der Innenwand des Drossel­ klappengehäuses und der Drosselklappe gebildeter Zwischenraum sehr klein, beispielsweise 10-20 µm. Wenn der Anschlag 18 an der Seite des Teils B vorgesehen ist, ändert sich die rela­ tive Lage zwischen dem Begrenzungselement 11 und dem Anschlag 18 aufgrund von thermisch bedingten Formänderungen der Teile A und B. In diesem Fall ändert sich der Zwischenraum zwischen der Innenwand des Drosselklappengehäuses und der Drossel­ klappe, so daß letztere an der Innenwand des Teils A anliegt. Um diesen Nachteil auszuschließen, ist der Anschlag 18 an der Seite des Teils A vorgesehen.

Das Teil B besteht aus einem warmfesten thermoplastischen Material wie Polybutylenterephthalat (PBT) oder Polyethylen­ terephthalat (PET).

Das Teil B ist mit dem Teil A dadurch verbunden, daß eine Fläche eines Endabschnitts 22 des Teils B, eine Innenwand eines Vorsprungs 21, der mit dem Endabschnitt verbunden ist, und eine Fläche des Vorsprungs 21, die einem Umfangsabschnitt 23 des Teils A zugewandt ist, der in einer Axialrichtung der Drosselklappenwelle 2 verläuft, mit einer oberen und außen­ seitigen Fläche eines Vorsprungs 20, der von dem Umfangsab­ schnittt 23 entlang dem Saugluftkanal 15 und der Fläche des Umfangsabschnitts 23 verläuft, zusammengefügt sind. Zwischen dem Teil A und dem Teil B ist ein Spalt G vorgesehen, der Unterschiede der Wärmeausdehnungskoeffizienten der Teile A und B an dem miteinander zusammengefügten Abschnitt der Teile A und B aufnimmt. Ein Dichtring 14 aus einem elastischen Körper, beispielsweise Kautschuk, ist in den Spalt G einge­ fügt, der von einer außenseitigen Fläche des Teils A und einer innenseitigen Fläche des Teils B gebildet ist, um eine Luftabdichtung zu unterhalten. Die außenseitige Fläche des Teils A kann im Preßsitz mit der innenseitigen Fläche des Teils B zusammengefügt sein, und zwar unter Verwendung des Dichtrings 14, so daß die Teile A und B durch Anlage daran einen Verbindungszustand beibehalten können.

Da bei diesem Ausführungsbeispiel das Teil A aus einem Leichtmetall wie Aluminium und das Teil B aus einem Kunstharz besteht, das leichter als das Teil A ist, kann das gesamte Drosselklappengehäuse 1, also die Drosselklappen-Baugruppe, leicht gebaut werden. Wenn das Teil A zur Unterhaltung eines Drosselklappenbetriebs aus Aluminium besteht, so kann, da der Wärmeausdehnungskoeffizient von Aluminium 2,1×1/10⁵ (mm/°C) beträgt und das Ausmaß der wärmebedingten Formänderung in­ nerhalb eines großen Temperaturänderungsbereichs gering ist, ein Anliegen der Drosselklappe 3 an der Innenwand des Teils A sowie ein Klemmen der Drosselklappenwelle 2 am Drosselklap­ pengehäuse 1 verhindert werden.

Obwohl das Teil B aus PBT oder PET besteht, sein Wärmeausdeh­ nungskoeffizient ca. 5×10⁵ (mm/°C) beträgt und die Wärme­ ausdehnung, also die wärmebedingte Formänderung, des Teils B ca. das 2,4fache des Teils A beträgt, wird die durch die Wärmeausdehnung bedingte Formänderung von dem Spalt G zwi­ schen dem Teil A und dem Teil B aufgenommen, und ein durch die thermisch bedingte Formänderung des Drosselklappengehäu­ ses bewirkter Bruch kann vermieden werden.

Da der Anschlag 18 zur Begrenzung der Öffnungs- und Schließ­ stellung der Drosselklappe an der Seite des Teils A mit klei­ nem Wärmeausdehnungskoeffizienten vorgesehen ist, sind eine Verlagerung der Anschlagposition aufgrund einer Temperaturän­ derung und eine Verlagerung der vollständigen Schließstellung der Drosselklappe aufgrund der Temperaturänderung vernachläs­ sigbar klein, und somit kann ein Luftaustritt in der voll­ ständigen Schließstellung der Drosselklappe, der zu einem Fehler der Saugluftdurchflußmenge führt, vermieden werden.

In Fig. 2 sind gleiche Teile wie in Fig. 1 mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Gemäß den Fig. 3A und 3B ist das Teil A von Fig. 3B mit dem Teil B in der in Fig. 2 gezeigten Weise abgedeckt. Löcher 19 zum Verbinden des Teils B mit dem Teil A sind entlang der Achse der Drosselklappenwelle 2 vorgesehen. Durch Einsetzen von Bolzen (nicht gezeigt) in die Löcher 19 des Teils B und Festziehen dieser Bolzen an einem Ansaugkrümmer (nicht ge­ zeigt) sind die Teile A und B über die Ringe 14 miteinander verbunden. Das Leichtmetallteil A ist mit dem Kunstharzteil B verbunden. Das Dichtelement 14 ist aus O-Dichtringen ge­ bildet.

In den Fig. 4A und 4B sind die gleichen Teile wie in den Fig. 1 und 3A und 3B ebenfalls mit gleichen Bezugszeichen ver­ sehen. Ein Unterschied gegenüber den Fig. 1 und 3 liegt darin, daß an dem Teil A Vorsprünge 26 zum Festlegen der Teile A und B angeordnet sind und ein O-Dichtring vorgesehen ist. Die Vorsprünge 26 weisen Innengewinde auf. Durch Ein­ drehen des Bolzens aus dem Loch 19 in das Innengewinde sind die Teile A und B richtig und fest miteinander verbunden. Wenn die Teile A und B nicht richtig miteinander verbunden sind, ergibt sich ein Lagefehler zwischen dem Teil A und dem Teil B, und es wird ein Höhenunterschied an den einander zu­ gewandten Flächen der Teile A und B erzeugt. Wenn ein solcher Höhenunterschied erzeugt wird, wird an dem den Höhenunter­ schied aufweisenden Stufenabschnitt ein Wirbelstrom erzeugt, und es tritt auch ein Druckverlust auf, wenn die Maschine im Hochdrehzahlbereich läuft, d. h. eine große Luftdurchfluß­ menge tritt aus dem Saugluftkanal aus. Dadurch wird die Aus­ gangsleistung der Maschine verringert.

Da bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4A und 4B das Teil A und das Teil B durch Eingriff des Vorsprungs 26 und des Lochs 19 in die richtige Lage gebracht sind, wird der Stufenabschnitt an den Innenwandflächen der Teile A und B nicht gebildet, und somit wird kein Druckverlust im Saug­ luftkanal erzeugt.

In den Fig. 5A und 5B sind gleiche Teile wie in den Fig. 1 und 3 wiederum mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Der Unterschied gegenüber den Fig. 1 und 3 besteht hier darin, daß an dem Leichtmetallteil A ein Wärmeleitungskanal 16 zum Leiten von Kühlwasser der Brennkraftmaschine vorgesehen ist. Der Wärmeleitungskanal 16 kann mit einer Außenwand des Teils A in Kontakt liegen, und er kann auch in dem Teil A posi­ tioniert sein.

Wenn das Teil B aus Kunstharz besteht, wird die Temperatur einer Brennkraftmaschine nicht ohne weiteres auf das Teil A übertragen. Wenn in diesem Fall die vorstehende Maßnahme nicht ergriffen ist, wird bei Betrieb der Maschine unter Niedrigtemperaturbedingungen Frost oder Eis an der Abstrom­ seite der Drosselklappe 3 erzeugt, und zwar in Abhängigkeit von der Differenz der Luftdichte an der Auf- und der Ab­ stromseite der Drosselklappe 3, und der Saugluftquerschnitt der Drosselklappe 3 wird durch das Vereisungs-Phänomen verringert.

Obwohl bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 das Teil B aus Kunstharz besteht, tritt dieses Vereisungs-Phänomen nicht auf, da das Teil A durch den Wärmeleitungskanal 16, durch den Maschinenkühlwasser geleitet wird, erwärmt wird.

Nach Fig. 6A stehen Endflächen der Teile A und B einander durch den Dichtring 14 gegenüber. Da das Teil A und das Teil B mit Hilfe der Befestigungsverfahren der Fig. 3A und 3B bzw. 4A und 4B bzw. 5A und 5B miteinander verbunden sind, kann das Ausführungsbeispiel nach Fig. 6A ebenfalls die Aufgabe der Erfindung lösen.

Der Unterschied von Fig. 6B gegenüber Fig. 6A besteht darin, daß an den einander gegenüberstehenden Flächen der Teile A und B jeweils eine Nut 24 ausgebildet und das Dichtelement 14 in die Nuten 24 eingesetzt ist.

Nach Fig. 6C verläuft der Endabschnitt 22 des Teils B gerade entlang dem Saugluftkanal 15, und das Teil A hat einen vor­ sprung 20.

Fig. 6D unterscheidet sich von Fig. 6C dadurch, daß ebenso wie in Fig. 6B Nuten 24 ausgebildet sind.

Nach den Fig. 6E und 6F weisen die Teile A bzw. B Vorsprünge 20 bzw. 21 auf.

Nach Fig. 6G ist in den von den Teilen A und B gebildeten Spalt G ein Silikon-Füllelement 25 eingebracht, das auch bei einer Volumenänderung der Teile A und B elastisch ist.

Da gemäß der Erfindung das Drosselklappengehäuse in das Teil A mit dem Arbeitsraum der Drosselklappe und das Teil B, das mit dem Teil A verbunden ist, unterteilt ist und das Drossel­ klappengehäuse mit Ausnahme des Teils A aus einem Kunstharz besteht, kann die Drosselklappen-Baugruppe mit geringem Ge­ wicht gebaut werden. Da das den Arbeitsraum der Drosselklappe aufweisende Teil A in einem mindesterforderlichen Bereich aus Leichtmetall besteht, kann mit der Drosselklappen-Baugruppe gemäß der Erfindung verhindert werden, daß die Drosselklappe in Anlage an der Innenwand des Drosselklappengehäuses ge­ langt, und somit kann ein ungestörter und gleichmäßiger Be­ trieb der Drosselklappe gewährleistet werden.

Claims (10)

1. Drosselklappen-Baugruppe mit einer Drosselklappe (3), einer Drosselklappenwelle (2) zur Abstützung der Drossel­ klappe entlang einer Radiusrichtung derselben und einem Drosselklappengehäuse (1), in dessen Innenraum die Drossel­ klappe und die Drosselklappenwelle eingebaut sind, dadurch gekennzeichnet,
daß das Drosselklappengehäuse ein erstes Teil (A), das die Drosselklappenwelle abstützt und aus einem Leichtmetall be­ steht, und ein zweites Teil (B), das mit dem ersten Teil koaxial zusammengefügt ist und aus einem Kunstharz besteht, aufweist, und
daß ein Dichtelement (14, 25) in einen zwischen dem ersten Teil (A) und dem zweiten Teil (B) gebildeten Spalt (G) zur Aufnahme der Wärmeausdehnung des ersten und des zweiten Teils eingesetzt ist.

2. Drosselklappen-Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement ein O-Dichtring (14) ist.

3. Drosselklappen-Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement ein Silikon-Füllelement (25) ist, das in den Spalt eingefüllt und auch bei einer Volumenänderung des ersten und des zweiten Teils elastisch ist.

4. Drosselklappen-Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem ersten Teil ein erster Vorsprung (20), der in einer Axialrichtung des Teils verläuft, und ein Umfangsab­ schnitt (23), der entlang einer Achse der Drosselklappenwelle verläuft, gebildet sind und ein Endabschnitt (22) des zweiten Teils einer Fläche zugewandt ist, die von dem ersten Vor­ sprung und dem Umfangsabschnitt gebildet ist.

5. Drosselklappen-Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teil einen entlang einer Axialrichtung ver­ laufenden ersten Vorsprung (20) und einen entlang einer Achse der Drosselklappenwelle verlaufenden Umfangsabschnitt (23) aufweist und das zweite Teil einen zweiten Vorsprung (21) an einem Endabschnitt (22) aufweist und einer von dem ersten Vorsprung und dem Umfangsabschnitt gebildeten Fläche zuge­ wandt ist.

6. Drosselklappen-Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teil aus Aluminium und das zweite Teil aus Polybutylenterephthalat oder Polyethylenterephthalat besteht.

7. Drosselklappen-Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an oder nahe dem ersten Teil ein Kanal (16) vorgesehen ist, der wärmeleitfähig und von Kühlwasser einer Brennkraft­ maschine durchströmt ist.

8. Drosselklappen-Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teil an einer Außenseite einen Befestigungs­ abschnitt aufweist, der mit dem zweiten Teil verbunden ist.

9. Drosselklappen-Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Drosselklappenwelle ein Begrenzungselement (11) befestigt ist, um einen vorbestimmten Öffnungsgrad der Dros­ selklappe gegenüber einer Innenwand des ersten Teils auf­ rechtzuerhalten, und ein Anschlag (18) an einer Seite des ersten Teils vorgesehen ist, um die Bewegung des Begrenzungs­ elements beim Schließen der Drosselklappe zu begrenzen.

10. Drosselklappen-Baugruppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der O-Dichtring (14) in Nuten (24) eingesetzt ist, die an dem ersten und dem zweiten Teil gebildet sind und einander an dem Spalt gegenüberstehen.