DE102018127158A1

DE102018127158A1 - Drosselklappenbaugruppe für ein Kraftfahrzeug, Verbrennungsmotor mit einer Drosselklappenbaugruppe und Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102018127158A1
Application number: DE102018127158.1A
Authority: DE
Inventors: Stefan Brunhuber
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-10-31
Filing date: 2018-10-31
Publication date: 2020-04-30

Abstract

Eine Drosselklappenbaugruppe (14) für ein Kraftfahrzeug (10), insbesondere für einen Verbrennungsmotor (12), hat ein Ansaugrohr (16) und mindestens zwei im Ansaugrohr (16) vorgesehene Drosselklappenteile (18), die eine Öffnungsposition und eine Schließposition haben, wobei die Drosselklappenteile (18) derart gekrümmt sind, dass sie in der Öffnungsposition flächig an einer Innenwand (20) des Ansaugrohrs (16) anliegen. Des Weiteren werden ein Verbrennungsmotor (12) mit einer Drosselklappenbaugruppe (14) und ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (12) bereitgestellt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Drosselklappenbaugruppe für ein Kraftfahrzeug und einen Verbrennungsmotor mit einer Drosselklappenbaugruppe sowie ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor.
Um bei Ottomotoren die geforderte Abgabeleistung zu steuern, wird die zugeführte Luft- und Treibstoffmenge reguliert. Die Luftmenge wird zu diesem Zweck zum Beispiel durch eine Drosselklappe im Saugrohr gesteuert.
In der Regel ist die Drosselklappe ein kreisrundes Blech, das senkrecht auf einer Achse beziehungsweise Welle drehbar gelagert in einem zylindrischen Rohr, insbesondere im Ansaugrohr, angeordnet ist. Durch Betätigen des Gaspedals wird die Drosselklappe geöffnet.
Wenn die Drosselklappe im Leerlauf des Motors den Rohrquerschnitt vollständig verschließen würde, würde der Motor mangels Luft zur Verbrennung absterben. Daher bleibt die Drosselklappe durch einen mechanischen Anschlag stets leicht geöffnet.
Allerdings werden in der leicht geöffneten Position aber auch in der vollständig geöffneten Position durch die Geometrie der Drosselklappe Wirbel im Luftstrom erzeugt, was zu unerwünschten Drosselverlusten führt.
In modernen Motoren werden Drosselklappen meist nicht mehr zur Regelung benötigt. Sie werden in diesem Fall lediglich ergänzend eingebaut, falls andere Systeme ausfallen sollten. In diesem Fall steht die Drosselklappe meist in einer komplett geöffneten Stellung und verursacht dadurch Verluste.
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Drosselklappenbaugruppe für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, die Strömungsverluste insbesondere bei vollständig geöffneter Drosselklappe minimiert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Drosselklappenbaugruppe für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Verbrennungsmotor, mit einem Ansaugrohr und mindestens zwei im Ansaugrohr vorgesehenen Drosselklappenteilen, die eine Öffnungsposition und eine Schließposition haben, wobei die Drosselklappenteile derart gekrümmt sind, dass sie in der Öffnungsposition flächig an einer Innenwand des Ansaugrohrs anliegen.
Indem die Drosselklappenteile in der Öffnungsposition flächig an der Innenwand des Ansaugrohrs anliegen, verursachen die Drosselklappenteile keinerlei oder nur wenige Strömungswirbel und folglich auch keine beziehungsweise nur minimale Drosselverluste.
Unter einer Öffnungsposition ist eine maximal geöffnete Stellung der Drosselklappenteile zu verstehen. Mit anderen Worten ist der effektive Strömungsquerschnitt des Ansaugrohrs maximal, wenn die Drosselklappenteile eine Öffnungsposition einnehmen. Unter einer Schließposition ist analog eine maximal geschlossene Stellung der Drosselklappenteile zu verstehen, in welcher der effektive Strömungsquerschnitt des Ansaugrohrs minimal ist. Zwischenstellungen sind ebenfalls möglich. Die Drosselklappenteile sind somit geeignet, einen effektiven Strömungsquerschnitt des Ansaugrohrs einzustellen.
In der Schließstellung und/oder in einer Zwischenstellung können die Drosselklappenteile zumindest teilweise überlappend angeordnet sein.
Damit eine flächige Anlage der Drosselklappen an der Innenwand des Ansaugrohrs möglich ist, entspricht die Krümmung der Drosselklappenteile vorzugsweise der Krümmung des Ansaugrohrs.
Die Drosselklappenteile haben beispielsweise in einer Draufsicht eine elliptische Form. Eine solche Form eignet sich besonders gut zur variablen Einstellung des effektiven Strömungsquerschnitts des Ansaugrohrs.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Drosselklappenteile auf gleicher axialer Position im Ansaugrohr angeordnet und/oder die Drosselklappenteile sind äquidistant über einen inneren Umfang des Ansaugrohrs verteilt. Dadurch kann ein Strömungsquerschnitt des Ansaugrohrs effektiv reduziert werden, insbesondere nahezu vollständig geschlossen werden, wenn sich die Drosselklappenteile in einer Zwischenstellung oder der Schließstellung befinden.
In einer axialen Ansicht der Drosselklappenbaugruppe bilden die Drosselklappenteile beispielsweise einen geschlossenen Ring, wenn sich die Drosselklappenteile in der Öffnungsposition befinden. Eine axiale Ansicht ist eine Ansicht in Längsrichtung des Ansaugrohrs. Auf diese Weise kann der Strömungsquerschnitt des Ansaugrohrs nahezu lückenlos geschlossen werden.
Gemäß einer Ausführungsform sind drei Drosselklappenteile vorgesehen. Die Verwendung von drei Drosselklappenbauteilen ist vorteilhaft bei der Reduzierung des Strömungsquerschnitts des Ansaugrohrs. Wenn sich die Drosselklappenteile in einer Zwischenstellung befinden, bilden die Drosselklappenteile zusammen eine düsenähnliche Form, wodurch Wirbelbildungen und folglich Drosselverluste reduziert sind.
Der Strömungsquerschnitt des Ansaugrohrs hat beispielsweise in einer axialen Ansicht der Drosselklappenbaugruppe bei einer zumindest teilweise geschlossenen Position der Drosselklappenteile, also wenn sich die Drosselklappenteile in einer Zwischenstellung befinden, die Form eines Bogendreiecks mit konkav gekrümmten Seiten. Durch diese Form ist eine Wirbelbildung besonders gut unterbunden.
Um ein Absterben des Motors im Leerlauf zu verhindern, sind die Drosselklappen derart dimensioniert, dass in der Schließposition der Drosselklappen ein minimaler Strömungsquerschnitt vorhanden ist. Somit ist stets eine minimale Luftzufuhr zum Motor gewährleistet. Anders ausgedrückt ist stets ein Luftstrom durch die Drosselklappenbaugruppe, insbesondere durch das Ansaugrohr, möglich.
Vorzugsweise sind die Drosselklappenteile identische Bauteile. Dies hat positive Auswirkungen auf die Herstellkosten der Drosselklappenbaugruppe, da weniger unterschiedliche Bauteile notwendig sind und da die Drosselklappenteile in hohen Stückzahlen produziert werden können.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Drosselklappenteile im Ansaugrohr schwenkbar gelagert, insbesondere mittels eines Scharniers. Durch die Schwenkbarkeit ist gegeben, dass sich die Drosselklappenbauteile von ihrer Öffnungsposition in die Schließposition bewegen und somit den Strömungsquerschnitt des Ansaugrohrs reduzieren können.
Eine Schwenkachse der Drosselklappenteile kann jeweils an einem axialen Maximalpunkt der Drosselklappenteile angeordnet sein. Mit einem axialen Maximalpunkt ist ein maximal stromaufwärts oder stromabwärts im Ansaugrohr gelegener Punkt eines jeweiligen Drosselklappenteils gemeint, wenn das Drosselklappenteil in Öffnungsposition ist. Durch eine derartige Anordnung der Schwenkachse wird verhindert, dass sich die Drosselklappenteile beim Öffnen und/oder Schließen gegenseitig blockieren, indem sie zum Beispiel ineinander Verkanten.
Hinsichtlich der Strömungsverhältnisse im Ansaugrohr, insbesondere der Entstehung von Strömungswirbeln, ist es vorteilhaft, wenn die Schwenkachse an einem stromaufwärtigen Maximalpunkt vorgesehen ist.
Insgesamt betrachtet ähnelt die Drosselklappenbaugruppe in ihrem Aufbau einer Herzklappe.
Die Aufgabe wird des Weiteren erfindungsgemäß gelöst durch einen Verbrennungsmotor mit einer Drosselklappenbaugruppe, die wie vorhergehend beschrieben ausgebildet ist. Ein derartiger Verbrennungsmotor ist hinsichtlich der Drosselverluste optimiert. Vor allem bei Motoren, in denen die Drosselklappenteile stets geöffnet sind, können die Drosselverluste mittels einer derartigen Drosselklappenbaugruppe deutlich reduziert werden.
Zudem wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, der eine wie vorhergehend beschriebene Drosselklappenbaugruppe aufweist.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:

- 1 schematisch ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor,
- 2 eine erfindungsgemäße Drosselklappenbaugruppe in einer isometrischen Ansicht in ihrer Öffnungsposition,
- 3 die Drosselklappenbaugruppe aus 2 in einer axialen Ansicht,
- 4 die Drosselklappenbaugruppe aus 2 in einer Zwischenposition mit reduziertem Querschnitt,
- 5 die Drosselklappenbaugruppe aus 4 in einer axialen Ansicht und
- 6 die Drosselklappenbaugruppe in maximal geschlossenem Zustand in einer axialen Ansicht.

1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 10. Das Kraftfahrzeug 10 umfasst einen Verbrennungsmotor 12 mit einer Drosselklappenbaugruppe 14, die im Ansaugrohr 16 des Verbrennungsmotors 12 angeordnet ist beziehungsweise die das Ansaugrohr 16 umfasst.
Die folgenden 2 bis 6 veranschaulichen die erfindungsgemäße Drosselklappenbaugruppe 14 im Detail.
2 zeigt die Drosselklappenbaugruppe 14 in einer isometrischen Ansicht, wobei ein Teil des Ansaugrohrs 16 dargestellt ist.
Die Drosselklappenbaugruppe 14 umfasst neben dem Ansaugrohr 16 drei Drosselklappenteile 18, die beweglich, beispielsweise schwenkbar, im Ansaugrohr 16 gelagert sind und eine Öffnungsposition und eine Schließposition einnehmen können. Die Drosselklappenteile 18 sind in der gezeigten Ausführungsform als identische Bauteile ausgebildet.
Dabei haben die Drosselklappenteile 18 in einer Draufsicht eine elliptische Form, wobei in diesem Fall mit einer Draufsicht auf ein Drosselklappenteil 18 eine Ansicht gemeint ist, bei der das Drosselklappenteil 18 separat von der Drosselklappenbaugruppe 14 vorliegt und beispielsweise auf einem flachen Untergrund liegt.
In 2 sind die Drosselklappenteile 18 in einer Öffnungsposition dargestellt, in der ein effektiver Strömungsquerschnitt des Ansaugrohrs 16 maximal ist.
In der Öffnungsposition liegen die Drosselklappenteile 18 flächig an einer Innenwand 20 des Ansaugrohrs 16 an. Dies wird erreicht, indem die Drosselkappenteile 18 gekrümmt sind, insbesondere eine gleiche Krümmung aufweisen wie das Ansaugrohr 16. Dadurch entstehen beim Durchströmen des Ansaugrohrs 16 mit Luft besonders wenig Strömungswirbel, was sich wiederum vorteilhaft auf die Drosselverluste auswirkt.
Wie in 2 zu erkennen ist, sind die Drosselklappenteile 18 an der gleichen axialen Position im Ansaugrohr 16 angeordnet. Die Drosselklappenteile 18 sind in axialer Richtung des Ansaugrohres 16 daher nicht versetzt oder nur insoweit versetzt, dass die Drosselklappenteile 18 auch bei überlappender Konstruktion verschwenkt werden können.
Zudem sind die Drosselklappenteile 18 äquidistant über einen inneren Umfang des Ansaugrohrs 16 verteilt. Dies ist auch aus 3 ersichtlich, welche die Drosselklappenbaugruppe 14 in einer axialen Ansicht zeigt, wenn die Drosselklappenteile 18 in einer Öffnungsposition sind.
In einer axialen Ansicht bilden die Drosselklappenteile 18 einen geschlossenen bzw. vollständigen Ring, wie insbesondere in 3 zu erkennen ist.
Die Drosselklappenteile 18 sind in 3 lediglich zur besseren Veranschaulichung leicht beabstandet zueinander dargestellt. Zudem ist ein minimaler Abstand zwischen den Drosselklappenteilen 18 aufgrund von Fertigungstoleranzen notwendig.
Um die Drosselklappenteile 18 im Ansaugrohr 16 schwenkbar zu lagern, ist beispielsweise jeweils ein Scharnier 22 für jedes Drosselklappenteil 18 vorgesehen. In den 2 und 3 sind die Scharniere 22 durch Linien angedeutet. In den übrigen Figuren wurde der Einfachheit halber auf die Darstellung der Scharniere 22 verzichtet.
Jedes Scharnier 22 und somit eine Schwenkachse der jeweiligen Drosselklappenteile 18 ist jeweils an einem axialen Maximalpunkt der Drosselklappenteile 18 angeordnet, im gezeigten Ausführungsbeispiel an einem stromaufwärtig gelegenen Maximalpunkt der Drosselklappenteile 18.
4 und 5 veranschaulichen die Drosselklappenbaugruppe 14 in einem Zustand, in dem sich die Drosselklappenteile 18 in einer Zwischenstellung befinden, also in einem Zustand, in dem ein effektiver Strömungsquerschnitt des Ansaugrohrs 16 reduziert ist.
Wie in 5 zu sehen ist, hat der verbleibende Strömungsquerschnitt des Ansaugrohrs 16 in diesem Zustand in einer axialen Ansicht der Drosselklappenbaugruppe 14 die Form eines Bogendreiecks mit konkav gekrümmten Seiten. Dadurch ergib sich eine düsenähnliche Form der Drosselklappenteile 18, was sich wiederum vorteilhaft hinsichtlich der Vermeidung von Strömungswirbeln auswirkt.
6 zeigt die Drosselklappenbaugruppe 14 in einer axialen Ansicht in einem Zustand, in dem sich die Drosselklappenteile 18 in einer Schließstellung befinden. In diesem Zustand ist nur ein minimaler effektiver Strömungsquerschnitt des Ansaugrohrs 16 vorhanden. Anders ausgedrückt ist in einer axialen Ansicht betrachtet nur ein kleines Loch in der Mitte zwischen den Drosselklappenteilen 18 vorhanden. Dadurch wird auch im Leerlauf des Verbrennungsmotors 12 eine ausreichende Luftzufuhr zum Verbrennungsmotor 12 gewährleistet, um ein Absterben des Verbrennungsmotors 12 zu verhindern.
Der minimale Strömungsquerschnitt kann durch eine entsprechende Dimensionierung der Drosselklappenteile 18 definiert werden.
In den 5 und 6 ist zudem erkennbar, dass die Drosselklappenteile 18 in der Zwischenstellung (5) und in der Schließposition (6) zumindest teilweise überlappend angeordnet sind, insbesondere in einer axialen Ansicht der Drosselklappenbaugruppe 14. In axialer Ansicht gibt es somit Bereiche, die durch zwei der Drosselklappenteile 18 verdeckt werden.

Claims

Drosselklappenbaugruppe (14) für ein Kraftfahrzeug (10), insbesondere für einen Verbrennungsmotor (12), mit einem Ansaugrohr (16) und mindestens zwei im Ansaugrohr (16) vorgesehenen Drosselklappenteilen (18), die jeweils eine Öffnungsposition und eine Schließposition haben, wobei die Drosselklappenteile (18) derart gekrümmt sind, dass sie in der Öffnungsposition flächig an einer Innenwand (20) des Ansaugrohrs (16) anliegen.
Drosselklappenbaugruppe (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselklappenteile (18) in einer Draufsicht eine elliptische Form haben.
Drosselklappenbaugruppe (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselklappenteile (18) auf gleicher axialer Position im Ansaugrohr (16) angeordnet sind und/oder dass die Drosselklappenteile (18) äquidistant über einen inneren Umfang des Ansaugrohrs (16) verteilt sind.
Drosselklappenbaugruppe (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselklappenteile (18) in einer axialen Ansicht der Drosselklappenbaugruppe (14) einen geschlossenen Ring bilden.
Drosselklappenbaugruppe (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass drei Drosselklappenteile (18) vorgesehen sind.
Drosselklappenbaugruppe (14) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsquerschnitt des Ansaugrohrs (16) in einer axialen Ansicht der Drosselklappenbaugruppe (14) bei einer zumindest teilweise geschlossenen Position der Drosselklappenteile (18) die Form eines Bogendreiecks mit konkav gekrümmten Seiten hat.
Drosselklappenbaugruppe (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselklappenteile (18) derart dimensioniert sind, dass in der Schließposition der Drosselklappenteile (18) ein minimaler Strömungsquerschnitt vorhanden ist.
Drosselklappenbaugruppe (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselklappenteile (18) identische Bauteile sind.
Drosselklappenbaugruppe (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselklappenteile (18) im Ansaugrohr (16) schwenkbar gelagert sind, insbesondere mittels eines Scharniers (22).
Drosselklappenbaugruppe (14) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schwenkachse der Drosselklappenteile (18) jeweils an einem axialen Maximalpunkt der Drosselklappenteile (18) angeordnet ist.
Verbrennungsmotor (12) mit einer Drosselklappenbaugruppe (14) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (12), der eine Drosselklappenbaugruppe (14) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 aufweist.