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Patent Searching and Data


Title:
THROTTLE VALVE ARRANGEMENT FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE,
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1998/021460
Kind Code:
A1
Abstract:
A throttle valve arrangement for a spark ignition internal combustion engine contains in the intake pipe (8) a throttle valve part composed of a housing (2) and at least one throttle valve (19. The housing (2) is a light-metal casting, in particular an aluminium alloy casting, and the throttle valve (1) is made of a light-metal, in particular an aluminium alloy. The light-metals of which the housing (2) of the throttle valve part and the throttle valve (1) are made have comparable coefficients of thermal elongation. The coefficient of thermal elongation of the housing (2) and the coefficient of thermal elongation of the throttle valve (1) differ by 5 % at the most, in relation to the smallest coefficient of thermal elongation. The numeric values of the coefficients of thermal elongation lie for example in a range from 21.7 x 10?-6�/�K to 22.9 x 10?-6�/�K. This ensures a reliable displacement of the throttle valve in its housing over the whole range of working temperatures of an internal combustion engine.

Inventors:
DAHMEN GERHARD (CH)
SAUR ERHARD (CH)
POYETTON BERNARD (CH)
Application Number:
PCT/CH1997/000407
Publication Date:
May 22, 1998
Filing Date:
October 27, 1997
Export Citation:
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Assignee:
ALUSUISSE LONZA SERVICES AG (CH)
DAHMEN GERHARD (CH)
SAUR ERHARD (CH)
POYETTON BERNARD (CH)
International Classes:
F02D9/02; F02D9/10; F02M35/10; (IPC1-7): F02D9/10; F02M35/10
Foreign References:
DE4129570A11993-03-11
DE19504256A11996-08-14
DE4413145A11995-10-19
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 14, no. 235 (M - 0975) 18 May 1990 (1990-05-18)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 11, no. 210 (M - 604) 8 July 1987 (1987-07-08)
Attorney, Agent or Firm:
ALUSUISSE TECHNOLOGY & MANAGEMENT AG (Neuhausen am Rheinfall, CH)
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Claims:
Patentansprüche
1. Drosselklappenanordnung einer Verbrennungskraftmaschine mit innerer Verbrennung nach dem OttoPrinzip, enthaltend im Ansaugtrakt (8) ein Drosselklappenteil aus Ge häuse (2) und wenigstens einer Drosselklappe (1), wobei das Gehäuse (2) ein Gussteil, vorwiegend aus einem Leichtmetall, ist und die Drosselklappe (1) vorwiegend aus ei nem Leichtmetall ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Leichtmetall des Gehäuses (2) des Drosselklappenteils und das Leichtmetall der Drosselklappe (1) einen vergleichbaren thermischen Längenausdehnungskoeffizienten aufweisen, wobei der thermische Längenausdehnungskoeffizient des Leichtmetalls des Gehäuses (2) und der thermische Längenausdehnungskoeffizient des Leichtmetalls der Drosselklappe (1), bezogen auf den kleineren thermischen Längenausdehnungskoeffizi enten, sich um höchstens 5 % unterscheiden.
2. Drosselklappenanordnung einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die thermischen Längenausdehnungskoeffizienten der Leichtmetalle des Gehäuses (2) des Drosselklappenteils und der Drosselklappe (1) um höchstens 4 % und zweckmässig um höchstens 2 %, unterscheiden.
3. Drosselklappenanordnung einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass sich die thermischen Längenausdehnungskoeffizienten der Leichtmetalle des Gehäuses (2) des Drosselklappenteils und der Drosselklappe (1) im Temperaturintervall von 20 bis 100° C und vorzugsweise von40° C bis 140° C, um höchstens 5 %, zweckmässig um höchstens 4 % und vorteilhaft um höchstens 2 %, unterscheiden.
4. Drosselklappenanordnung einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die thermischen Längenausdehnungskoeffizienten der Leichtme talle des Gehäuses (2) des Drosselklappenteils und/oder der Drosselklappe (1) in einem Bereich von 21,7 x 106/°K bis 22,9 x 106/°K, vorteilhaft von 22,0 x 106/°K bis 22,6 x 106/°K und insbesondere bei 22,5 x 106/°K, liegen.
5. Drosselklappenanordnung einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass als Leichtmetall Aluminiumlegierungen eingesetzt werden.
6. Drosselklappenanordnung einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) des Drosselklappenteils aus einer Legierung aus der Reihe AlSi, AlSiMg oder AlSiCu ist.
7. Drosselklappenanordnung einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselklappe (1) aus einer Legierung aus der Reihe AlSi, Al SiMg oder AlSiCu ist.
8. Drosselklappenanordnung einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) des Drosselklappenteils und die Drosselklappe (1) aus der gleichen Legierung aus der Reihe AlSi, AlSiMg oder AlSiCu sind.
9. Drosselklappenanordnung einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselklappenteil ein einflutiges Drosselklappenteil mit einer Drosselklappe oder ein zweiflutiges Drosselklappenteil mit zwei Drosselklappen ist und/oder dass das Drosselklappenteil ein Schaltsaugrohr mit einer, zwei oder drei Drosselklappen ist.
10. Drosselklappenanordnung einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bemessung der Luftmenge die Drosselklappenanordnung als Luftmengenmesser einen StaudruckDurchflussmesser mit einem Gehäuse und einer Stauklappe oder einer Stauscheibe enthält und das Gehäuse des Luftmengenmesser und die Stauklappe oder die Stauscheibe aus Leichtmetallen sind, deren Zahlenwerte des zugehörigen thermischen Längenausdehnungskoeffizienten sich um höchstens 5%, zweckmässig um höchstens 4 % und vorteilhaft um höchstens 2 %, unterscheiden.
11. Verwendung der Drosselklappenanordnung einer Verbrennungskraftmaschine mit inne rer Verbrennung nach dem OttoPrinzip, enthaltend im Ansaugtrakt ein Drosselklap penteil aus Gehäuse und wenigstens einer Drosselklappe, wobei das Gehäuse ein Gussteil aus einer Leichtmetall ist und die Drosselklappe aus einem Leichtmetall ist, an Einspritzsystemen mit mechanischer oder elektronischer Steuerung.
Description:
Drosselklappenanordnung einer Verbrennungskraftmaschine Vorliegende Erfindung betrifft eine Drosselklappenanordnung einer Verbrennungskraftma- schine mit innerer Verbrennung nach dem Otto-Prinzip, enthaltend im Ansaugtrakt ein Dros- selklappenteil aus Gehäuse und wenigstens einer Drosselklappe, wobei das Gehäuse ein Gussteil, vorwiegend aus einem Leichtmetall, ist und die Drosselklappe vorwiegend aus einem Leichtmetall ist.

Es ist bekannt, im Ansaugtrakt mittels einer Einspritzanlage in einer Verbrennungskraftma- schine nach dem Otto-Prinzip ein Luftkraftstoffgemisch zur nachfolgenden Verbrennung in den Brennräumen zu erzeugen und den Motorleistungsbedarf zu regeln. Der Ansaugtrakt weist insbesondere ein Drosselorgan, mit einem ein-oder zweiflutigen Drosselklappenteil auf und es können ein drosselklappenbestücktes Schaltsaugrohr und/oder ein Luftmengenmesser, beispielsweise in Form eines Staudruck-Durchflussmessers zum Ansaugtrakt gehören.

Ein Teil dieser Aggregate sind deren Gehäuse. Die Gehäuse sind im Motorraum, beispiels- weise eines Kraftfahrzeuges, wie eines Personenkraftwagens oder eines Lieferwagens, einge- baut und entsprechend sehr oft mechanischen Beanspruchungen, vor allem aber grossen Temperaturunterschieden, ausgesetzt. Bei Kaltstart kann der ganze Motor und Motorraum auf Temperaturen von bis zu-40° C heruntergekühlt sein und bei hohen Aussentemperaturen und voller Last oder nach dem Abstellen des Motors kann die Temperatur von Anbauteilen am Motor, wie der Einspritzanlage, bei 140° C liegen. Deshalb werden die Gehäuse der Drosselorgane, beispielsweise in Gussverfahren, wie einem Druckgussverfahren, bevorzugt aus Aluminiumlegierungen, hergestellt. Die Drosselklappen selbst werden aus Messing oder Aluminiumlegierungen gefertigt. Die Drosselklappen aus Aluminiumlegierungen werden in der Regel aus Walzprodukten, wie Bändern oder Blechen ausgestanzt und nachbearbeitet.

Die Drosselklappen sind derart ausgelegt, dass sie im Normalbetrieb leichtgängig um ihre Achse drehend im Gehäuse des Drosselorgans gelagert sind. Beispielsweise unter extremen Bedingungen neigen die Drosselklappen im Drosselorgan zum Verklemmen und führen zu unsauberem Motorlauf, zu gestörter Gemischzufuhr oder zum Absterben des Motors. Durch das Verklemmen können auch die Drosselklappen und das Gehäuse Schaden nehmen und eine zuverlässige Funktion ist nicht mehr gegeben. Dies war schon immer störend, mit der Verbreitung der katalytischen Nachverbrennung und der Steuerung der Gemischbildung mit- tels der abgasseitig angeordneten Lambda-Sonde sind jedoch jegliche Störfaktoren, ausge- hend von klemmenden Drosselklappen, nicht mehr zu tolerieren. Deshalb wurde versucht das

Problem über Schnittkanten mit Spezialgeometrie an der Drosselklappe zu lösen. Diese Lö- sung ist durch die feinmechanisch ausgeführte spanabhebende Metallbearbeitung aufwendig und führt nicht immer zu den gewünschten Ergebnissen. D. h. nach wie vor ist eine erhebliche Ausschussrate an mangelhaften Drosselklappenanordnungen, welche die Qualitätsanforde- rungen der Automobilhersteller nicht erfüllen, zu beobachten.

Es waren deshalb Drosselklappenanordnungen zu schaffen, welche die genannten Nachteile nicht mehr aufweisen und auf leichte Art und Weise hergestellt und eingebaut werden kön- nen.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass das Leichtmetall des Gehäuses (2) des Drosselklappenteils und das Leichtmetall der Drosselklappe (1) einen vergleichbaren thermi- schen Längenausdehnungskoeffizienten aufweisen, wobei der thermische Längenausdeh- nungskoeffizient des Leichtmetalls des Gehäuses (2) und der thermische Längenausdeh- nungskoeffizient des Leichtmetalls der Drosselklappe (1), bezogen auf den kleineren thermi- schen Längenausdehnungskoeffizienten, sich um höchstens 5 % unterscheiden.

Zweckmässig unterscheiden sich die thermischen Längenausdehnungskoeffizienten (linearer Warmeausdehnungskoeffizient) um höchstens 4 %, bevorzugt um höchstens 2 %.

Auch zweckmässig sind Drosselklappenanordnungen einer Verbrennungskraftmaschine bei denen sich die thermischen Längenausdehnungskoeffizienten der Leichtmetalle des Gehäuses des Drosselklappenteils und der Drosselklappe im Temperaturintervall von 20° C bis 100° C und insbesondere von-40° C bis 140° C, um höchstens 5 %, vorteilhaft um höchstens 4 % und insbesondere um höchstens 2 %, unterscheiden.

Ganz besonders bevorzugt sind Drosselklappenanordnungen an Verbrennungskraftmaschinen nach vorliegender Erfindung, bei denen die thermischen Längenausdehnungskoeffizienten der Leichtmetalle des Gehäuses des Drosselklappenteils und/oder der Drosselklappe bei- spielsweise in einem Bereich von 21,7 x 10-6/°K bis 22,9 x 10-6/°K, vorzugsweise von 22,0 x 10-6/°K bis 22,6 x 10-6/°K und insbesondere bei 22,5 x 10-6/°K, jeweils bei 20 bis ° C, liegen.

Zu den Leichtmetallen gehören beispielsweise das Magnesium und insbesondere dessen Le- gierungen. Für vorliegenden Zweck, werden jedoch bevorzugt Aluminium und dessen Legie- rungen eingesetzt.

Für die erfindungsgemässe Drosselklappenanordnung einer Verbrennungskraftmaschine ist das Gehäuse des Drosselklappenteils beispielsweise aus einer Legierung aus den Reihen AlSi, AISiMg oder AlSiCu. Bevorzugt werden die Legierungen aus den Reihen AlSi und AlSiCu.

Das Gehäuse des Drosselklappenteils kann beispielsweise durch Giessen hergestellt werden, wobei Druckgussverfahren bevorzugt werden. Beim Druckgussverfahren wird das Leichtme- tall schmelzflüssig oder bei thixotropem Verhalten der Legierung halbstarr, durch äussere Druckbeaufschlagung, in eine Form gepresst. Nach dem Erstarren des Metalls wird die Form geöffnet und das rohe Gehäuseteil kann der Form entnommen werden. Nach Bedarf kann der Gehäuseteil nachbearbeitet werden, wie durch Entgraten, Schleifen, Polieren und es können Bohrungen angebracht und Lagerbuchsen und dergl. eingesetzt, Gewinde eingeschnitten und die Oberflächen vergütet, wie galvanisch Schichten auf den Oberflächen abgeschieden oder die Oberflächen anodisch oxidiert werden usw. Entsprechend besteht das Gehäuse an sich aus dem Leichtmetall, während Oberflächenschichten und/oder Einbau-oder Anbauteile aus einem anderen Materialien bestehen können.

Für die erfindungsgemässe Drosselklappenanordnung einer Verbrennungskraftmaschine ist die Drosselklappe beispielsweise aus einer Legierung der Reihen AlSi, AISiMg oder AlSiCu.

Bevorzugt sind Legierungen der Reihen AISiMg und AlSiCu.

Für die Drosselklappen können beispielsweise Barren aus den genannten Legierungen, bei- spielsweise durch Walzen, zu Bändern oder Blechen verarbeitet werden und aus den Bändern oder Blechen können Rohlinge für die Drosselklappen ausgestanzt werden. Die Legierungen können auch beispielsweise in einem Druckgussverfahren zu Rohlingen von Drosselklappen verarbeitet werden. Die Rohlinge können nach dem Anbringen der Lagerungselemente, wie Achsen oder Lagerbuchsen und Stellorganen, direkt verbaut werden oder die Rohlinge kön- nen nachbearbeitet und einer Oberflächenbehandlung, wie einer Oberflächenvergütung, Poli- tur, Verchromung und/oder anderer oder weiterer galvanischer Behandlung oder anodischer Oxidation unterzogen werden. Je nach Herstellungsverfahren ist ein Entgraten, Feindrehen oder Schleifen zusätzlich erforderlich. Diese nachbearbeiteten Drosselklappenrohlinge wer- den, wie bereits erwähnt, durch Anbringen der Lagerungselemente, wie Achsen oder Buch- sen und Stellorganen, zur weiteren Verwendung fertiggestellt. Die Drosselklappen an sich bestehen aus dem Leichtmetall, während z. B. Oberflächenschichten und Anbauteile aus ande- ren Materialien bestehen können.

Besonders bevorzugt sind Drosselklappenanordnungen einer Verbrennungskraftmaschine nach vorliegender Erfindung, bei denen das Gehäuse des Drosselklappenteils und die Dros- selklappe aus der gleichen Legierung sind und die Legierung beispielsweise aus den Reihen von AlSi, AlSiMg oder AlSiCu ausgewählt sind.

Die Festigkeitswerte der genannten Leichtmetalle und dabei der Aluminiumlegierungen, kön- nen beispielsweise wie folgt charakterisiert werden : Festigkeit Rm minimal 300 MPa und RpO. 2 minimal 260MPa.

Die vorliegende Drosselklappenanordnung einer Verbrennungskraftmaschine kann ein einflu- tiges Drosselklappenteil mit einer Drosselklappe oder ein zweiflutiges Drosselklappenteil mit zwei Drosselklappen sein. Die Drosselklappe kann im weiteren einen Drosselklappensteller zur Leerlaufregelung aufweisen. Die Drosselklappe kann auch mit einem integrierten Leer- laufsteller ausgerüstet sein. Weitere Ausführungsformen sind Drosselklappen mit Stellmotor oder Drosselklappen enthaltend einen Drosselklappensteller zur Leerlaufregelung und/oder einen Drosselklappenschalter, der in der Regel an einem Drosselklappenstutzen befestigt ist und durch die Drosselklappenwelle betätigt wird, und z. B. zur Leerlaufregelung, Schubab- schaltung oder Zündwinkelverstellung eingesetzt wird. Die Drosselklappe kann einen Dros- selklappen-Schliessdämpfer aufweisen. Der Drosselklappenstutzen dient zur Aufnahme der Drosselklappe, sowie z. B. der Federpakete zum Rückstellen der Drosselklappe, eines Dros- selklappenpotentiometers, des Gasgestänges und des Leerlaufstellers.

Im Ansaugtrakt kann die Drosselklappenanordnung auch ein Schaltsaugrohr mit einer, zwei oder drei Drosselklappen darstellen. Schaltsaugrohre dienen dazu, die Saugrohrlängen zu variieren und verschiedene Saugrohrarme zusammenzufassen. Das Schaltsaugrohr und die darin angeordneten Drosselklappen können aus den genannten Leichtmetallen sein, deren Zahlenwerte ihrer thermischen Längenausdehnungskoeffizienten sich um höchstens 5%, zweckmässig um höchstens 4 % und vorteilhaft um höchstens 2 %, unterscheiden. Weitere Bevorzugungen lassen sich den Angaben zum Drosselklappengehäuse und zur Drosselklappe entnehmen.

Im Ansaugtrakt kann zur Bemessung der Luftmenge eine Drosselklappenanordnung in Form beispielsweise eines Luftmassenmessers oder eines Luftmengenmessers vorhanden sein. Der Luftmengenmesser kann nach dem Prinzip eines Staudruck-Durchflussmessers arbeiten. Der Staudruck-Durchflussmesser kann eine Stauklappe enthalten oder kann nach dem Schwebe- körperprinzip arbeiten und eine Stauscheibe enthalten. Das Gehäuse der Luftmengenmesser und der Stauklappe oder der Stauscheibe können aus den genannten Leichtmetallen sein, de-

ren Zahlenwerte ihrer thermischen Längenausdehnungskoeffizienten sich um höchstens 5 %, zweckmässig um höchstens 4 % und vorteilhaft um höchstens 2 %, unterscheiden. Weitere Bevorzugungen lassen sich den Angaben zum Drosselklappengehäuse und zur Drosselklappe entnehmen.

Vorliegende Erfindung findet Verwendung bei der Drosselklappenanordnung einer Verbren- nungskraftmaschine mit innerer Verbrennung nach dem Otto-Prinzip, enthaltend im Ansaug- trakt ein Drosselklappenteil aus Gehäuse und wenigstens einer Drosselklappe, wobei das Gehäuse ein Gussteil aus einem Leichtmetall ist und die Drosselklappe aus einem Leichtmetall ist, an Einspritzsystemen mit mechanischer oder elektronischer Steuerung.

Die Figur 1 zeigt beispielhaft eine Drosselklappenanordnung an einer Verbrennungskraftma- schine. Eine Drosselklappe (1) ist von einem Gehäuse des Drosselklappenteils (2) umgeben.

Die Ansaugluft strömt durch den Luftfilter (6) und anschliessend durch den Luftmengenmes- ser (3). Durch Sensoren werden die Daten für die Ansaugluft-Temperatur und Luftmenge ermittelt und die Signale (4,5) an ein Steuergerät (7) weitergeleitet. Die Ansaugluft strömt durch den Ansaugtrakt (8), der Kraftstoff wird durch Einspritzdüse (9) eingespritzt und das gebildete Gemisch gelangt in den Verbrennungsraum (10).