DE69803226T2 - Drosselklappenstutzen mit selbstzentrierender drosselklappe - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ventilklappenkörper für eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, aufweisend:
• - ein Gehäuse, in welchem ein Luftzuströmkanal ausgebildet ist, der eine Innenwandung umfasst, und
• - eine Ventilklappe in Form einer im wesentlichen kreisförmigen oder im wesentlichen elliptischen Scheibe, die auf einer Drehmittenachse quer zum Kanal angebracht ist, die den Kanal in einen stromaufwärtigen Teil und einen stromabwärtigen Teil unterteilt, und die zwischen einer Minimalöffnungsstellung und einer Maximalöffnungsstellung verstellbar ist, wozu die Ventilklappenebene im wesentlichen parallel zur Achse des Zuströmkanals ausgerichtet ist, wobei derjenige Teil der Ventilklappe, der zum stromaufwärtigen Teil des Kanals bzw. zum stromabwärtigen Teil ausgehend von der Minimalöffnungsstellung weist, eine ebene Halbscheibenform bzw. Scheibenhälftenform aufweist, die eine Kante geringer Dicke relativ zu ihrer Oberfläche besitzt,
• wobei die Wandung des Kanals ein Selbstzentrierungsmittel für die Ventilklappe umfasst, das mit der Kante der Ventilklappe zusammenwirkt.
• Es sind zahlreiche Ventilklappenkörper bekannt, deren Gehäuse einen Kanal in Zylinderform mit kreisförmiger Basis besitzt, deren Zone, in welcher die Ventilklappe verschwenkt, eine evolventenförmige Oberfläche aufweist (siehe US-A-4 860 706).
• Diese dem Fachmann geläufigen Ventilklappenkörper sind jedoch insofern schwierig zu realisieren, als die Ventilklappe im Innern des Kanals nur schwer zentrierbar ist.
• Um eine Zulassung für diesen Kanal eines Kraftfahrzeugs zu erhalten, das mit einem Verbrennungsmotor ausgerüstet ist, der derartige Ventilklappenkörper aufweist, müssen Steuermittel für den Öffnungswinkel der Ventilklappe im Innern des Kanals verwendet werden. Diese Steuermittel sind mit dem Risiko behaftet, dass sie ausfallen können. In einem derartigen Fall muss die Funktion des Motors gesichert werden. Hierfür ist es erforderlich, die Öffnung der Ventilklappe zwangsweise durchzuführen, um einen minimalen Luftdurchlass in dem Kanal stromabwärts von der Ventilklappe sicherzustellen.
• Diese Ventilklappenkörper weisen komplexe Formen auf und sind nur unter hohen Kosten realisierbar.
• Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Zentrierung der Ventilklappe im Innern des Kanals zu erleichtern und dies mit einfachen, wirksamen und kostengünstigen Mitteln.
• Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, auch bei Ausfall einen minimalen Sicherheitsluftdurchsatz in dem Kanal stromabwärts von der Ventilklappe sicherzustellen.
• Zu diesem Zweck ist der Ventilklappenkörper der vorstehend genannten Art im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass das Selbstzentrierungsmittel erste Reliefs umfasst, die zum Inneren des Kanals vorkragen, und dass die Kante der Ventilklappe zweite Reliefs aufweist, die in Richtung auf die Wandung des Kanals vorspringen, wobei die ersten und zweiten Reliefs im wesentlichen komplementäre Form besitzen.
• Der erfindungsgemäße Ventilklappenkörper kann gegebenenfalls außerdem eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen; demnach ist vorgesehen, dass:
• - die ersten und zweiten Reliefs jeweils konvergierende Form aufweisen, und dass die ersten Reliefs sich im wesentlichen quer zum Kanal erstrecken,
• - die ersten Reliefs konische Form aufweisen und die zweiten Reliefs Kegelstumpfform aufweisen,
• - die konische Form der ersten Reliefs eine geringere Neigung als die Kegelstumpfform des zweiten Reliefs aufweisen,
• - die Wandung des Zuströmkanals auf der Seite des Teils der ebenen Scheibe zum stromaufwärtigen Teil weisend und stromaufwärts bzw. auf der Seite des Teils der Scheibe, die zum stromabwärtigen Teil weist und stromabwärts von der minimalen Öffnungsstellung einen ersten und einen zweiten Bestandteil in Form kugelförmiger Kalotten aufweist, die in einer Kugel enthalten sind, deren Zentrum im Schnittpunkt der Längsachse des Kanals mit der Drehmittenachse der Ventilklappe zu liegen kommt, und dass das Selbstzentrierungsmittel auf den kugelförmigen Kalotten zu liegen kommt,
• - jede kugelförmige Kalotte zumindest eine Eintiefung aufweist, die sich ausgehend von der Drehmittenachse der Ventilklappe derart erstreckt, dass dann, wenn die Ventilklappe ausgehend von ihrer minimalen Öffnungsstellung in Richtung auf ihre maximale Öffnungsstellung verschwenkt, die stromaufwärtigen und stromabwärtigen Teile des Kanals aufeinanderfolgend sich in geringer, in minimaler und dann in maximaler Fluidverbindung befinden,
• - jede kugelförmige Kalotte relativ zu einer Ebene senkrecht zur Drehmittenachse der Ventilklappe symmetrisch verläuft und die Längsachse des Kanals durchsetzt,
• - jede kugelförmige Kalotte einen zentralen Teil aufweist, ausgehend von welchem sich zwei Schenkel erstrecken, wobei die zwei seitlichen Schenkel der Kalotte, die dazu bestimmt sind demjenigen Teil der Ventilklappe gegenüber zu stehen, der zu dem stromaufwärtigen Teil weist, bzw. demjenigen Teil der Ventilklappe gegenüber zu stehen, der zu dem stromaufwärtigen Teil weist, stromaufwärts bzw. stromabwärts von der minimalen Öffnungsstellung der Ventilklappe zu liegen kommen.
• Eine Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr unter Bezug auf die anliegenden Zeichnungen erläutert; in diesen zeigen:
• - Fig. 1 eine Längsschnittansicht eines erfindungsgemäßen Ventilklappenkörpers, wobei die Ventilklappe zur besseren Übersicht nicht dargestellt ist,
• - Fig. 2 eine Ansicht identisch zu derjenigen von Fig. 1, wobei die Ventilklappe in einer minimalen Öffnungsstellung gezeigt ist,
• - Fig. 3 eine Ansicht identisch zu derjenigen von Fig. 1, wobei die Ventilklappe in einer Zwischenöffnungsstellung gezeigt ist,
• - Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht einer Einzelheit A von Fig. 1 unter Darstellung der an der Kanaloberfläche anliegenden Ventilklappe, und
• - Fig. 5 eine Kurvendarstellung des Luftdurchsatzes in dem Kanal stromabwärts von der Ventilklappe als Funktion des Öffnungswinkels der Ventilklappe.
• Fig. 1 zeigt einen Ventilklappenkörper 1, der ein Gehäuse 2 umfasst, in welchem ein Luftzuströmkanal 3 entlang einer Längsachse X-X ausgebildet ist. Das Gehäuse 2 wird hergestellt durch Formung aus einem Kunststoffmaterial, wie etwa einem thermoplastischen Material und es gewinnt seine endgültige Form ohne maschinelle Bearbeitung oder komplementäres Abgraten.
• Im Gehäuse 2 ist eine Schwenkachse 5 entlang der Achse Y-Y senkrecht zur Längsachse X-X des Kanals 3, diese Achse X-X schneidend drehbar angebracht und bildet eine Drehmittenachse für die Ventilklappe 6 in Scheibenform mit konstanter Dicke und in etwa Kreisform und der hieraus sich ergebende Vorteil ist unter Bezug auf Fig. 2 bis 4 erläutert.
• Die Drehmittenachse 5 ist auf Höhe eines zentralen Abschnitts 7 angebracht, der im wesentlichen auf halber Höhe des Kanals 3 angeordnet ist und diesen Kanal in einen stromaufwärtigen Teil 8 und einen stromabwärtigen Teil unterteilt.
• Die in Fig. 2 bis 4 gezeigte Ventilklappe 6 ist vorteilhafterweise aus einem Kunststoffmaterial, wie etwa einem thermoplastischen Material verwirklicht. Gebildet ist sie aus einer Scheibe 10 im wesentlichen kreisförmiger oder schwachelliptischer Form mit einer allgemeinen konstanten Dicke derart, dass sie eine Kante 11 konstanter Höhe über den gesamten Umfang der Scheibe aufweist.
• Die Ventilklappe 6 schwenkt um ihre Drehmittenachse 5 entlang dem Pfeil F, der in Fig. 3 gezeigt ist, zwischen einer Minimalöffnungsstellung, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, und einer Maximalöffnungsstellung, für die die Ebene der Ventilklappe im wesentlichen parallel zur Achse X-X des Luftzuströmkanals 3 ausgerichtet ist. Diese Ventilklappe kann auch als aus zwei Scheibenhälften 12 und 13 bestehend angesehen werden, wobei die Scheibenhälfte 12 sich in Richtung zum stromaufwärtigen Teil 8 des Kanals 3 dreht, während die stromaufwärtige Scheibenhälfte 13 sich in Richtung zum stromabwärtigen Teil 9 des Kanals 3 dreht.
• Um die Zentrierung der Ventilklappe 6 im Kanal 3 sicherzustellen, umfasst die Wandung 4 dieses Kanals Selbstzentriermittel 15, die mit der Kante 11 der Ventilklappe 6 zusammenwirken. Dieses Selbstzentriermittel 15 umfasst erste Reliefs 16, die von der Wandung 4 des Kanals 3 auskragend angeordnet sind und in Richtung zum Innern dieses Kanals gerichtet verlaufen. Diese ersten Reliefs 16 wirken in der minimalen Öffnungsstellung der Ventilklappe mit den zweiten Reliefs 17 zusammen, die auf der Kante 11 der Ventilklappe vorkragend angeordnet sind und in Richtung zur Wandung 4 des Kanals 3 gerichtet verlaufen. Diese ersten 16 und zweiten 17 Reliefs besitzen im wesentlichen komplementäre Form, um die Ventilklappe durch Keilwirkung zu zentrieren.
• Die ersten Reliefs 16 und die zweiten Reliefs 17 besitzen im wesentlichen konvergierende Form und die ersten Reliefs 16 erstrecken sich in einer Ebene, die im wesentlichen senkrecht zur Längsachse X-X des Kanals 3 verläuft, auf Höhe der minimalen Öffnungsstellung der Ventilklappe 6.
• Wie in Fig. 4 gezeigt, besitzen die ersten Reliefs 16 genauer gesagt konische Form und die zweiten Reliefs 17 besitzen Kegelstumpfform. Um die Keilwirkung sicherzustellen, besitzt die konische Form der ersten Reliefs 16 eine geringere Neigung bzw. Steigung als die Kegelstumpfform der zweiten Reliefs 17. Diese Steigungen liegen jeweils in der Größenordnung von 3 bis 5º.
• Wie in Fig. 1 bis Fig. 4 gezeigt, sind die ersten Reliefs 16 außerdem auf zwei sphärischen Kalotten 20 und 21 angeordnet, die in einer Kugel enthalten sind, deren imaginäres Zentrum im Schnittpunkt der Längsachse X-X des Kanals 3 mit der Drehachse Y-Y der Ventilklappe 6 angeordnet ist. Diese zwei Kugelkalotten 20 und 21 sind materialeinheitlich mit der Wandung 4 des Kanals 3 gebildet und kragen ins Innere dieses Kanals 3 vor.
• Die Kugelkalotte 20 erstreckt sich auf dem stromaufwärtigen Teil 8 des Kanals 3 ausgehend von der minimalen Öffnungsstellung der Ventilklappe 6, während die Kugelkalotte 21 sich auf dem stromabwärtigen Teil 9 des Kanals 3 ausgehend von der minimalen Öffnungsstellung der Ventilklappe 6 erstreckt. Die ersten Reliefs 16 kommen dadurch jeweils auf dem unteren Teil und dem oberen Teil der Kugelkalotten 20 und 21 zu liegen.
• Jede der Kugelkalotten 20 und 21 ist symmetrisch relativ zu einer Ebene senkrecht zur Drehmittenachse Y-Y der Ventilklappe 6 und durchsetzt durch die Längsachse X-X des Kanals 3.
• Um das Verschwenken der Ventilklappe 6 zu ermöglichen, besitzt die Kugelkalotte 20 zwei Eintiefungen 23 und die Kugelkalotte 21 besitzt zwei Eintiefungen 24. Die Eintiefungen 23 erstrecken sich im unteren Teil der Kugelkalotte 20 ausgehend von der Mittenachse Y-Y, während die Eintiefungen 24 der Kugelkalotte 21 sich im oberen Teil dieser Kalotte ausgehend von der Drehmittenachse Y-Y erstrecken. Jede der Kugelkalotten 20 und 21 besitzt dadurch jeweils einen zentralen Teil 25, 26 und zwei Schenkel 27, 28.
• Die Kugelkalotte 20 besitzt einen stromaufwärtigen Rand 29 und die Kugelkalotte 21 besitzt einen stromabwärtigen Rand 30, deren Form an die Luftmenge angepasst ist, die in den stromaufwärtigen Teil 9 des Kanals 3 als Funktion des Öffnungswinkels der Ventilklappe 6 zuströmen gelassen werden muss.
• Es ist bekannt, dass bei der Montage der Ventilklappe 6 in den Kanal 3 die Zentrierung dieser Ventilklappe dadurch erleichtert ist, dass die Kante der Ventilklappe 16 an der konischen Form der ersten Reliefs 16 der Kugelkalotten 20 und 21 zur Anlage kommt. In dieser Stellung reicht es aus, die Achse der Ventilklappe präzise in den Kanal 3 festzulegen.
• Die Gesetzmäßigkeit der Veränderung der Luftmenge, die in dem stromabwärtigen Teil 9 des Kanals 3 als Funktion des Öffnungswinkels α der Ventilklappe 6 zuströmt, ist durch die Kurve von Fig. 5 wiedergegeben.
• Wenn die Ventilklappe 6 sich in der in Fig. 2 gezeigten Stellung befindet, d. h., in ihrer Minimalöffnungsstellung, steht der stromaufwärtige Teil 8 mit dem stromabwärtigen Teil 9 über die Eintiefungen 23 und 24 in Verbindung, die in den Kugelkalotten 20 und 21 ausgebildet sind. Diese Stellung ist diejenige Stellung im Bewegungsablauf der Ventilklappe, die den Punkt I der Kurve von Fig. 5 entspricht. Die in den stromabwärtigen Teil 9 zuströmende Luftmenge ist gering.
• Wenn die Ventilklappe 6 sich um einige Grade aus ihrer Minimalstellungsöffnung verstellt, nimmt die Luftmenge, die in den stromabwärtigen Teil 9 zuströmt, ab, um im Segment JK der Kurve von Fig. 5 eine Stufe zu erreichen. Diese Stufe wird erreicht, wenn die Ventilklappe 6 auf Höhe der Schenkel 27 und 28 der Kugelkalotten 20 und 21 zu liegen kommt.
• Wenn die Öffnung der Ventilklappe 6 zunimmt, bewegt sich die Ventilklappe 6 in Richtung auf ihre Maximalöffnungsstellung, in welcher sie parallel zu der Achse X-X des Kanals 3 verläuft, nimmt die Zuströmmenge in dem Teil 9 als Funktion der Ränder 29 und 30 der Kugelkalotten 20 und 21 zu. Diese Phase entspricht einem Beschleunigungszustand des Motors.

Claims (8)

1. Ventilklappenkörper für eine Brennstoffeinspritzvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, aufweisend:

- ein Gehäuse (2), in welchem ein Luftzuströmkanal (3) ausgebildet ist, der eine Innenwandung (4) umfasst, und

- eine Ventilklappe (6) in Form einer im wesentlichen kreisförmigen oder im wesentlichen elliptischen Scheibe (10), die auf einer Drehmittenachse (5) quer zum Kanal (3) angebracht ist, die den Kanal in einen stromaufwärtigen Teil (8) und einen stromabwärtigen Teil (9) unterteilt, und die zwischen einer Minimalöffnungsstellung und einer Maximalöffnungsstellung verstellbar ist, wozu die Ventilklappenebene im wesentlichen parallel zur Achse (X-X) des Zuströmkanals (3) ausgerichtet ist, wobei derjenige Teil der Ventilklappe (6), der zum stromaufwärtigen Teil (8) des Kanals (3) bzw. zum stromabwärtigen Teil (9) ausgehend von der Minimalöffnungsstellung weist, eine ebene Halbscheibenform aufweist, die eine Kante (II) geringer Dicke relativ zu ihrer Oberfläche besitzt,

wobei die Wandung (4) des Kanals (3) ein Selbstzentrierungsmittel (15) für die Ventilklappe (6) umfasst, das mit der Kante (11) der Ventilklappe (6) zusammenwirkt,

dadurch gekennzeichnet, dass das Selbstzentrierungsmittel (15) erste Reliefs (16) umfasst, die zum Inneren des Kanals (3) vorkragen, und dass die Kante (11) der Ventilklappe (6) zweite Reliefs (17) aufweist, die in Richtung auf die Wandung (4) des Kanals (3) vorspringen, wobei die ersten (16) und zweiten (17) Reliefs im wesentlichen komplementäre Form besitzen.

2. Ventilklappenkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten (16) und zweiten (17) Reliefs jeweils konvergierende Form aufweisen, und dass die ersten Reliefs (16) sich im wesentlichen quer zum Kanal (3) erstrecken.

3. Ventilklappenkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Reliefs (16) konische Form aufweisen, und dass die zweiten Reliefs (17) Kegelstumpfform aufweisen.

4. Ventilklappenkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die konische Form der ersten Reliefs (16) eine geringere Neigung als die Kegelstumpfform der zweiten Reliefs (17) aufweisen.

5. Ventilklappenkörper nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (4) des Zuströmkanals (3) auf der Seite des Teils (12) der ebenen Scheibe (10) zum stromaufwärtigen Teil (8) weisend und stromaufwärts bzw. auf der Seite des Teils (13) der Scheibe (10), die zum stromabwärtigen Teil (9) weist und stromabwärts von der minimalen Öffnungsstellung einen ersten (20) und einen zweiten (21) Bestandteil in Form kugelförmiger Kalotten aufweist, die in einer Kugel enthalten sind, deren Zentrum im Schnittpunkt der Längsachse (X-X) des Kanals mit der Drehmittenachse (Y-Y) der Ventilklappe (6) zu liegen kommt, und dass das Selbstzentrierungsmittel (15) auf den kugelförmigen Kalotten (20, 21) zu liegen kommt.

6. Ventilklappenkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede kugelförmige Kalotte (20, 21) zumindest eine Eintiefung (23, 24) aufweist, die sich ausgehend von der Drehmittenachse (Y-Y) der Ventilklappe (6) derart erstreckt, dass dann, wenn die Ventilklappe (6) ausgehend von ihrer minimalen Öffnungsstellung in Richtung auf ihre maximale Öffnungsstellung verschwenkt, die stromaufwärtigen (8) und stromabwärtigen (9) Teile des Kanals (3) aufeinanderfolgend sich in geringer, minimaler bis maximaler Fluidverbindung befinden.

7. Ventilklappenkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede kugelförmige Kalotte (20, 21) relativ zu einer Ebene senkrecht zur Drehmittenachse (Y-Y) der Ventilklappe (6) symmetrisch verläuft und die Längsachse (X- X) des Kanals (3) durchsetzt.

8. Ventilklappenkörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jede kugelförmige Kalotte (20, 21) einen zentralen Teil (25, 26') aufweist, ausgehend von welchem sich zwei Schenkel (27, 28) erstrecken, wobei die zwei seitlichen Schenkel (27, 28) der Kalotte (20, 21), die dazu bestimmt ist demjenigen Teil (12) der Ventilklappe (6) gegenüber zu stehe, der zu dem stromaufwärtigen Teil (8) weist, bzw. demjenigen Teil (13) der Ventilklappe (6), der zu dem stromabwärtigen Teil (9) weist, stromaufwärts bzw. stromabwärts von der minimalen Öffnungsstellung der Ventilklappe (6) zu liegen kommen.