JP2004516424A - フラップ弁 - Google Patents

Abstract

ガス流を制御するためのフラップ弁であって、ガス流を案内する弁管１１と、この弁管内で旋回可能な弁フラップ１４とが設けられており、弁フラップがその閉鎖位置ではその外輪郭で、弁管１１内に同軸的に配置されたフレキシブルな薄肉管２０の内壁にシール下で接触するようになっており、かつ弁フラップ１４に回動不能に結合されたフラップ軸１５が設けられている形式のものにおいて、弁フラップ１４の敏感な調整を得るために、かつ製作技術的に簡単かつコスト安なフラップ弁の製作のために、フラップ軸１５が弁フラップ平面に対して鋭角γに設定されており、かつ薄肉管２０が直に弁管１１にこれと一体に一体成形されている。

Description

【０００１】
背景技術
本発明は請求項１の上位概念による、ガス流を制御するためのフラップ弁から出発している。
【０００２】
内燃機関の排ガス通路内のスロットルバルブの公知の配置（ドイツ連邦共和国特許公開第４３０５１２３号明細書）では、スロットルバルブを支持したフラップ軸は、フラップ平面に対して平行に延びており、かつ排ガス通路の通路壁の両側に設けられた軸受孔によって案内されており、かつその場所でそれぞれ軸受スリーブを貫通している。フラップ操作時の動きにくさを回避すると共に大きなシール性を得るために、それぞれ１つの軸受ケーシング内で、ばね力によって軸方向にプレロードを負荷された軸受スリーブが軸受ケーシング内で半径方向に摺動可能であり、このことにより、スロットルバルブのために通路壁に形成されたストッパ面と、フラップ軸支承部との間の寸法偏差がスロットルバルブの第１の閉鎖時に自動的に補償されるようになっている。
【０００３】
ドイツ連邦共和国特許第１９９３４１１３．３号明細書には、内燃機関の吸気系内の吸い込まれた新鮮空気へ排ガスを調量して混入するための排ガス戻し案内弁として冒頭に記載した形式のフラップ弁を使用することが既に提案されている。この場合、吸気系の吸気管の外套には孔が設けられており、この孔内にはフラップ弁がその弁出口で気密に挿入されている。弁フラップはフラップ平面に対して斜めに設定されたフラップ操作のためのフラップ軸と一緒に薄肉管内に配置されており、この薄肉管は半径方向の遊びをおいて剛性的な弁管内に挿入されていて、１管区分で弁管に固定されている。弁フラップの形状を適当に形成することにより、弁フラップはその閉鎖位置で弾性的な薄肉管の内壁に接触して管横断面を気密に閉鎖し、その結果、弁管と弁フラップとの間の別個のパッキンを省くことができる。
【０００４】
発明の利点
請求項１の特徴を備えた本発明によるフラップ弁が有する利点とするところは、弁管および薄肉管が、特に本発明の有利な１実施形でそれらがプラスチックから射出される場合には、製作技術的にコスト安に製作可能であることにある。射出技術によれば、一体に一体成形される薄肉管の壁厚と管長さとを変化させること、ひいてはフラップ弁のシール性のために必要な薄肉管の弾性をその管径に適合させることが問題なく可能である。弾性的な薄肉管は弁フラップの閉鎖状態では当該弁フラップに密着し、その結果、大きな製作費用も製作精度への高い要求もなしに、例えば内燃機関のための調整フラップで生じるような、特に吸気式エンジンのためのスロットルバルブで生じるような高いシール性への要求が極めて良好に充足される。フラップ軸に固定的に結合された弁フラップの平面に対してフラップ軸が斜めに位置することによって、一面においては弁管内でのフラップ軸の所要の貫通案内部が薄肉管の外部に位置し、その結果、閉鎖領域内に危険なシール問題が発生せず、他面において弁フラップの閉鎖位置と最大開放位置との間でフラップ軸の所要の回転角度範囲がフラップ軸設定角度の増大につれてますます増加するように増大するため、フラップ弁の調整における精密さが向上する。
【０００５】
その他の請求項に記載された手段によれば、請求項１に記載されたフラップ弁の変化実施形および改善が可能である。
【０００６】
本発明の有利な１実施形では、弁管の管端に接続カラーが形成されており、この接続カラーが、薄肉管を半径方向の間隔をおいて囲んでいて、薄肉管の自由端を越えて軸方向に突出している。この構造的手段により、一面において弁管内への弾性的な薄肉管の簡単な組込みが可能であり、かつ他面において射出過程時の弁管の容易な型抜きが保証される。その場合、弁管と薄肉管との内径が同じ大きさであり、他面において接続カラーが薄肉管の外径に比して大きな内径を有していると有利である。
【０００７】
本発明の別の有利な１実施形では、フラップ弁が内燃機関の吸気系内の吸気の制御のために役立ち、その際、弁フラップが回転駆動装置によって操作されるスロットルバルブを形成し、かつ弁管がいわゆるスロットルバルブ管片としてスロットルバルブケーシング内に組み込まれる。弁フラップ平面もしくはスロットルバルブ平面に対してフラップ軸の軸線が角度を成していることにより、従来のスロットルバルブアクチュエータにおいてスロットルバルブ管片内をフラップ軸が貫案内されていることにより生じるシール問題が解決される。それというのは、本発明によるフラップ弁ではフラップ軸が傾斜しているために、フラップ軸が弁管もしくはスロットルバルブ管片を突き抜けてはいてもフラップ弁のシール性のために役立つ薄肉管を突き抜けてはいないからである。弁管もしくはスロットルバルブ管片内の貫通案内部は問題なくシールされることができる。その上、スロットルバルブの平面に対してフラップ軸が角度を成す配置によってスロットルバルブの閉鎖範囲の近くでの少量配量が著しく改善され、その結果、内燃機関のアイドリング範囲内では回転駆動装置の伝動装置増速比が同じ場合でもスロットルバルブひいては吸気量の特別精密な制御性が得られる。
【０００８】
実施例の説明
次に、以下の記載で図示の実施例につき本発明を詳細に説明する。
【０００９】
図１では端面図で、かつ図２では断面して示されたスロットルバルブアクチュエータユニットは一般的なフラップ弁のための特別な実施例として内燃機関の吸気制御のために役立つ。このスロットルバルブアクチュエータユニットは、内燃機関の吸気系の吸気管内に挿入されるスロットルバルブ管片と呼ばれる弁管１１と、この弁管１１に結合された駆動装置ケーシング１２とを有しており、この駆動装置ケーシング内には、弁管１１内に配置された弁フラップまたはスロットルバルブ１４の操作のための回転駆動装置１３が配置されている。スロットルバルブ１４はフラップ軸１５に回動不能に結合されており、その場合、フラップ軸１５はフラップ平面またはフラップ面に対して鋭角に設定されており、それゆえ、フラップ軸１５の軸線１５１はフラップ平面と鋭角γ（図２）を成している。フラップ軸１５は弁管１１と駆動装置ケーシング１２との壁を突き抜けた貫通案内部１６により滑り軸受１７を介して回転可能に支承されている。フラップ軸１５の自由端に回転駆動装置１３が係合しており、この回転駆動装置は例えば増速伝動装置を備えた電気モータとして形成されることができる。図２に示されているように、弁管１１はその管端に接続カラー１８を備えており、この接続カラーは半径方向外向きにずらされており、かつ端面側に設けられた環状溝内にシールリング１９を受容している。接続カラー１８は弁管１１と一体に形成されている。
【００１０】
弁管１１と接続カラー１８との移行部の領域内には、短いフレキシブルな薄肉管２０が直に弁管１１に、それも弁管と一体に一体成形されている。この薄肉管２０は、弁管１１と同じ内径を有しており、かつ薄肉管２０の外径より大きな内径を有する接続カラー１８によって半径方向の間隔をおいて囲まれており、その場合、さらに接続カラー１８は薄肉管２０の自由端を越えて軸方向に突出している。薄肉管２０の壁厚および軸方向長さは、薄肉管２０がスロットルバルブ１４によって限度内で変形することができるように充分な弾性を有するように薄肉管２０の管径に適合されている。薄肉管２０を備えた弁管１１は有利にはプラスチックから射出法で製作される。金属からの製作も同様に可能である。
【００１１】
円形状のスロットルバルブ１４は薄肉管２０の内径と同じ大きさの外径を有している。スロットルバルブ１４の外径が薄肉管２０の内径に比してわずかに大きいと有利である。このことにより、図２に示されたスロットルバルブ１４の閉鎖位置では弾性的な薄肉管２０がその内壁で円形状のスロットルバルブ１４の外輪郭に完全に気密に隙間なく接触する。スロットルバルブ１４の閉鎖位置ではスロットルバルブ１４の面に対する垂線が弁管１１および薄肉管２０の軸線２１と合致するか、またはスロットルバルブ１４の過大寸法の大きさに応じて軸線２１と小さな鋭角を成す。
【００１２】
スロットルバルブ１４に対してフラップ軸１５が角度を成して設定されていることによって、スロットルバルブ１４がほとんど閉じている範囲内でのスロットルバルブアクチュエータユニットの少量配量性が改善され、その結果、内燃機関のアイドリング範囲内でスロットルバルブアクチュエータユニットの極めて精密な制御可能性が得られる。これを明らかにするために、図３にスロットルバルブ１４の面被度（ｒｅｌａｔｉｖｅ Ｆｌａｅｃｈｅｎａｂｄｅｃｋｕｎｇ）がスロットルバルブの回転角αの関数として示されている。この場合、面被度は薄肉管２０の管横断面または管口径横断面ＡＲ に対する、管横断面へ投影されたフラップ面Ａα の比から得られる。この面被度はスロットルバルブ１４に対するフラップ軸１５の設定角度γに依存しており、この設定角度は曲線ａでは０°、曲線ｂでは２０°および曲線ｃでは４５°である。明らかに見られるように、曲線ｃにおけるスロットルバルブ１４の閉鎖範囲（Ａα／ＡＲ＝１）の極めて近くでは、曲線ａにおけるのと同じ大きさに管横断面を開放するためには比較的大きな回転角度αがスロットルバルブ１４に調整されなければならない。その場合、曲線ａはフラップ軸１５とスロットルバルブ１４との従来の結合に対応しており、その場合にはフラップ軸１５がフラップ面に対して平行に向けられている。
【００１３】
図３の線図の曲線ａ．ｂおよびｃは次の一般関数，
Ａα／ＡＲ＝ｃｏｓα・ｃｏｓ２γ＋ｓｉｎ２γ
を満足する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
内燃機関のためのスロットルバルブアクチュエータの側面図である。
【図２】
図１のＩＩ−ＩＩ線に沿って断面した図である。
【図３】
スロットルバルブの回転角度に依存した、スロットルバルブによって制御される管横断面の面被度を示す図である。

Claims (9)

1. ガス流を制御するためのフラップ弁であって、ガス流を案内する弁管（１１）と、この弁管（１１）内に配置されていて閉鎖位置と開放位置との間で旋回可能な弁フラップ１４とが設けられており、弁フラップが、回転可能なフラップ軸（１５）に回動不能に座着していて、弁管（１１）の口径横断面をその閉鎖位置で被い、かつその開放位置で最大に開放する形式のものにおいて、フラップ軸（１５）が弁フラップ平面に対して鋭角（γ）に設定されており、かつ、弁管（１１）内に組み込まれていて弁フラップ（１４）の閉鎖位置で弁フラップの縁側を弾性的に囲む薄肉管（２０）が設けられており、この薄肉管が弁管（１１）に直に一体成形されていることを特徴とするフラップ弁。
2. 弁管（１１）の管端に接続カラー（１８）が形成されており、この接続カラーが、薄肉管（２０）を半径方向の間隔をおいて囲んでいて、薄肉管（２０）の自由端を越えて軸方向に突出していることを特徴とする請求項１記載のフラップ弁。
3. 弁管（１１）と薄肉管（２０）との内径が同じ大きさに設定されており、かつ、接続カラー（１８）が薄肉管の外径に比して大きな内径を有していることを特徴とする請求項２記載のフラップ弁。
4. 薄肉管（２０）がわずかな変形性のためには充分な弾性を有するように薄肉管（２０）の壁厚と軸方向長さとが管直径に適合していることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項記載のフラップ弁。
5. 弁管（１１）と薄肉管（２０）とがプラスチックから製作されていることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項記載のフラップ弁。
6. 薄肉管（２０）が円形状の口径横断面を有しており、円形状の弁フラップ（１４）が、薄肉管（２０）の口径に比して同じか、または大きすぎないわずかだけ大きな外径を有していることを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項記載のフラップ弁。
7. 弁フラップ（１４）の閉鎖位置で弁フラップ（１４）の面に対する垂線が薄肉管（２０）の管軸線と合致しているか、またはこの管軸線と著しく小さな鋭角を成していることを特徴とする請求項６記載のフラップ弁。
8. フラップ軸（１５）が弁管（１１）内で回転可能に支承されていることを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項記載のフラップ弁。
9. 弁管（１１）が、これに組み込まれた薄肉管（２０）と共に内燃機関の吸気系内への使用に適したスロットルバルブ管片を形成し、かつ弁フラップがスロットルバルブ（１４）を形成することで、内燃機関の吸気制御のために使用されていることを特徴とする請求項１から８までのいずれか１項記載のフラップ弁。