DE10342215B4

DE10342215B4 - Variable Drosselvorrichtung für eine Einlass-Steuerung im Ansaugtrakt eines Ottomotors

Info

Publication number: DE10342215B4
Application number: DE10342215A
Authority: DE
Inventors: Uwe Dieter Dr. Grebe; Martin Dr. Heinrich; Manfred Pöpperl; Peter Rothenberger; Otmar Scharrer
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2003-09-12
Filing date: 2003-09-12
Publication date: 2009-07-16
Anticipated expiration: 2023-09-13
Also published as: DE10342215A1

Abstract

Variable Drosselvorrichtung (1) für eine Einlass-Steuerung in einem Ansaugrohr (10) eines Ottomotors mit Saugrohreinspritzung, welche den Zufluss eines Kraftstoffluftgemisches zu einem mit dem Ansaugrohr (10) verbundenem Einlassventil (7) eines Verbrennungsraums eines Zylinders lastregelt, wobei die Drosselvorrichtung (1) ein erstes Drosselelement (2a) umfasst und so einen Drosselbereich mit einer Drosseleingangsöffnung und einer Drosselausgangsöffnung bildet, die ein Volumen (6) zwischen Drosselausgangsöffnung und Einlassventil (7) definieren, wobei, ein zweites, schaltbares Drosselelement (2b) in dem Drosselbereich vorhanden ist zur Veränderung des Volumens (6) zwischen Drosselbereich und Einlassventil (7), durch welches das gedrosselte Kraftstoffluftgemisch strömt, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Drosselbereich mindestens ein weiteres Drosselelement (2c) vorhanden ist, das zur Veränderung des Volumens (6) je nach Lastfall zuschaltbar ist, wobei in anderen Lastfällen die Drosselelemente (2a, 2b, 2c) ohne spürbare Wirkung auf die Drosselfunktion geöffnet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Otto-Mehrzylindermotor, eine variable Einlasssteuerung und eine variable Drosselvorrichtung für eine Einlass-Steuerung in einem Ansaugrohr eines Ottomotors mit Saugrohreinspritzung zum lastgeregelten Zufluss eines Kraftstoffluftgemisches zu einem mit dem Ansaugrohr verbundenem Einlassventil eines Verbrennungsraums eines Zylinders, wobei die Drosselvorrichtung ein Drosselelement umfasst und so einen Drosselbereich mit einer Drosseleingangsöffnung und einer Drosselausgangsöffnung bildet, um ein Volumen zwischen Drosselausgangsöffnung und Einlassventil zu definieren.
Derartige Otto-Mehrzylindermotoren kommen üblicherweise in Kraftfahrzeugen, insbesondere in Personenkraftfahrzeugen zum Einsatz. Um einen optimalen Nutzungsgrad eines derartigen Otto-Mehrzylindermotors zu bewirken, ist eine variable Einlasssteuerung notwendig, welche eine variable Drosselvorrichtung je nach Belastungsfall des Motors regelt. Insbesondere werden bei einem Otto-Mehrzylindermotor die Lastfälle Volllast, Teillast und Leerlauf unterschieden. Um eine optimale Nutzung des Otto-Mehrzylindermotors entsprechend der verschiedenen Lastfälle zu erzielen, muss die Zylinderfüllung des Ottomotors, insbesondere die Drosselvorrichtung im Saugtrakt, welche die Versorgung des Zylinders oder der Zylinder des Ottomotors reguliert, über eine entsprechende Einlasssteuerung geregelt werden.
Allgemein bekannt ist die Verwendung eines Drosselorgans in einem Einlasskanal zur Laststeuerung der Strömung eines Kraftstoffluftgemisch zu einem Einlassventil eines Zylinders aus der Formel 1. Aus diesem Bereich ist die Verwendung von Flachschiebern als Drosselorgan bekannt. Hierbei ist ein Flachschieber pro Zylinder einlasskanalflanschnah eingebaut, wobei die Flachschieber bei voller Öffnung, das heißt bei Volllast keinen Strömungswiderstand für das Kraftstoffluftgemisch darstellen. Die Öffnungsrichtung dieser Flachschieber ist stets parallel zur Kurbelwelle des Ottomotors ausgebildet.
Bei der bekannten Lösung tritt der Nachteil auf, dass diese Drosselvorrichtung und die damit verbundene Einlasssteuerung sowie der gesamte Otto-Motor auf einen Volllastbetrieb ausgelegt sind und der Motor mit der Einlasssteuerung und der Drosselvorrichtung im täglichen Gebrauch für den Normalverbraucher nicht verwendbar ist. Zudem ist dieser Otto-Motor, sowie die Einlasssteuerung und die Drosselvorrichtung ausschließlich hinsichtlich des Ansprechverhaltens des Motors ausgelegt. Eine Berücksichtigung der zu verbrauchenden Kraftstoffmenge erfolgt nicht.
Auch ist allgemein die Verwendung von Drosselklappen zur Laststeuerung bekannt. So werden beispielsweise bei dem BMW M3 Motor eine zylinder-individuelle Einzeldrosselklappenvorrichtung ausgeführt, welche sich von der zuvor erwähnten bekannten Lösung im Wesentlichen durch die Verwendung von Drosselklappen statt Flachschiebern unterscheidet.
Bei dieser bekannten Lösung treten ähnliche Probleme wie bei der vorgenannten Lösung mit Flachschiebern auf. Dieser Motor ist überwiegend für einen guten Motorlauf bei niedriger Last ausgelegt und ist im täglichen Gebrauch auch unter Kraftstoffeinsparungsaspekten nicht verwendbar.
Aus JP 57088245 A ist eine gattungsgemäße Drosselvorrichtung bekannt, bei der in Abhängigkeit vom Lastfall ein Verdrängungskolben in radialer Richtung in einen Teil des Ansaugrohrs hineinbewegt werden kann, um das Volumen zwischen einer Drosselklappe und einem Einlassventil zu verändern.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Ottomotor, eine variable Einlasssteuerung und eine variable Drosselvorrichtung zu schaffen, bei der der Kraftstoffverbrauch entsprechend allen auftretenden Lastfällen optimiert ist und welche sich für den täglichen Gebrauch eignet, ohne dass Einschränkungen für den Fahrer spürbar sind.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer variablen Drosselvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, einer variablen Einlasssteuerung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 15 und eines Otto-Mehrzylindermotors gemäß dem Anspruch 18 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den hierauf abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass mindestens ein zweites, schaltbares Drosselelement in dem Drosselbereich vorhanden ist, um das Volumen zwischen Drosselbereich und Einlassventil, durch welches das gedrosselte Kraftstoffluftgemisch strömt, zu verändern. Erfindungsgemäß ist in dem Drosselbereich mindestens ein weiteres Drosselelement vorhanden, das zur Veränderung des Volumens je nach Lastfall zuschaltbar ist, wobei in anderen Lastfällen die Drosselelemente ohne spürbare Wirkung auf die Drosselfunktion geöffnet sind.
Diese Lösung bietet den Vorteil, dass je nach Lastfall weitere Drosselelemente zuschaltbar sind, um so das Volumen und damit die Kraftstoffluftgemischzufuhr zu beeinflussen.
Bei Ottomotoren befindet sich zwischen der Drosselvorrichtung und dem Einlassventil ein Kraftstoffluftgemisch volumen, das größer ist als das Hubvolumen des nachfolgenden Zylinders. Bei dem Lastfall niedrige Teillast kommt es dadurch zu erheblichen Ladungswechselverlusten und damit zu erhöhtem Kraftstoffverbrauch. Positioniert man die Drosselvorrichtung näher in Richtung Einlassventil, so können die Ladungswechselverluste aufgrund des zunächst höheren Druckes in dem Volumen zwischen Drosselvorrichtung und Einlassventil während des Ansaughubs reduziert werden. Die Position der Drosselvorrichtung für kleinstmögliche Ladungswechselverluste ist demnach lastabhängig. Als Regel lässt sich folgende Aussage aufstellen: Je kleiner die Last ist, desto kleiner muss das Volumen in Strömungsrichtung hinter der Drosselvorrichtung sein, um einen optimalen Wirkungsgrad zu erzielen. Dies bedeutet, dass die Position der Drosselvorrichtung Idealerweise lastabhängig stufenlos veränderbar ist.
Durch Ergänzen der Drosselvorrichtung um mindestens ein weiteres Drosselelement lässt sich die Drosselausgangsöffnung und/oder die Drosseleingangsöffnung weiter in Richtung zu beziehungsweise weg von dem Einlassventil verschieben, so dass das Volumen zwischen Drosselvorrichtung und Einlassventil veränderbar ist. Natürlich lassen sich weitere zusätzliche Drosselelemente hinzufügen, so dass im Idealfall das Volumen sich beliebig hinsichtlich des ursprünglichen Volumens verändern lässt. Durch entsprechende Variation der Größe und Art der Drosselelemente lässt sich auch die Stufung der Variation innerhalb technischer Grenzen beliebig verändern. Auf diese Weise lässt sich die Drosselvorrichtung optimal auf den entsprechenden Lastfall einstellen.
Vorzugsweise ist das zweite Drosselelement zwischen dem ersten Drosselelement und dem Einlassventil angeordnet, um das Volumen zwischen dem in Strömungsrichtung letzten Drosselelement und Einlassventil zu reduzieren.
Da das Haupteinsatzgebiet – zumindest gemessen an der Anzahl – in dem Serienkraftfahrzeugbereich liegt, ist es vorteilhaft, das zweite Drosselelement und alle weiteren Drosselelement jeweils zwischen dem Einlassventil und dem bisherigen letzen Drosselelement anzuordnen. Durch diese Anordnung ist ausgehend von einem maximalen Volumen eine Stufung hinsichtlich kleinerer Volumina möglich, so dass eine Variation des Volumens von 0% bis 100% des ursprünglichen Volumens möglich ist. Auf diese Weise lässt sich die Drosselvorrichtung genauer abstufen, als wenn zusätzliche Drosselelemente weiter stromaufwärts angeordnet werden, was zumeist aus technischen Gründen auch nicht ohne Weiteres möglich ist.
Eine die Erfindung verbessernde Maßnahme sieht vor, dass das zweite Drosselelement als Verdrängerkörper ausgebildet ist, um das Volumen zwischen dem in Strömungsrichtung letzten Drosselelement und Einlassventil zu verändern. Natürlich ist die Ausbildung als Verdrängerkörper nicht auf das zweite Drosselelement begrenzt, wie überhaupt die Begrenzung auf zwei Drosselelemente nicht als absolute Höchstgrenze zu verstehen ist. Vielmehr können neben einem zweiten Drosselelement auch ein drittes und viele weitere Drosselelemente verwendet werden. Für diese gilt übertragen das gleiche wie für das zweite Drosselelement.
Durch die Ausbildung als Verdrängerkörper lässt sich auf einfache Weise eine Veränderung des Volumens bewirken, welches eine alternative Möglichkeit zur Umsetzung der Regel: „Je kleiner die Last ist, desto kleiner muss das Volumen in Strömungsrichtung hinter der Drosselvorrichtung sein, um einen optimalen Wirkungsgrad zu erzielen" ist. Diese Regel kann also alternativ zu der Veränderung der Position der Drosselvorrichtung durch Veränderung des Volumens durch Einbringen eines Verdrängerkörpers in das Volumen realisiert werden. Als Verdrängerkörper ist jeder Körper geeignet, der ein ausreichendes Volumen verdrängt, der also ein ausreichendes Verdrängervolumen aufweist.
Vorzugsweise ist der Verdrängerkörper in den Einlasskanal bewegbar ausgebildet, um das Volumen zu verändern. So lässt sich der Verdrängerkörper komplett aus dem Einlasskanal entfernen und in den Einlasskanal einbringen, so dass eine stufenlose Veränderung des Volumens möglich ist.
Eine weitere Verbesserung der Erfindung sieht vor, dass der Verdrängerkörper ein veränderbares Verdrängervolumen aufweist, um durch Änderung des Verdrängervolumens das Volumen zu verändern. Auf diese Weise lässt sich ebenso wie mit einem in den Einlasskanal bewegbaren Verdrängerkörper eine Veränderung des Volumens durch Veränderung des Verdrängervolumens bewirken. Bei dieser Verbesserung entfällt der Mechanismus zum Bewegen des Verdrängerkörpers, wodurch der Aufbau einfacher ist.
Eine optimale Veränderung des Volumens lässt sich durch eine Kombination der beiden vorstehenden Verbesserungen bewirken. So erzielt man die optimale Veränderung des Volumens durch einen Verdrängerkörper, der ein veränderbares Verdrängervolumen aufweist und der in den Einlasskanal bewegbar ausgebildet ist.
Eine weitere die Erfindung verbessernde Maßnahme sieht vor, dass das erste Drosselelement und/oder das zweite Drosselelement als Flachschieber ausgebildet ist, um einen veränderbaren Durchflussquerschnitt zu erzeugen.
Diese Verbesserung bietet den Vorteil, dass das Drosselelement bei geöffneter Stellung keine Wirkung auf das strömende Kraftstoffluftgemisches ausübt und somit keine Strömungsverluste auftreten können. Bei teilweise geöffnetem Flachschieber ergibt sich zudem eine für den Kraftstoffverbrauch optimale asymmetrische Strömungsverteilung, so dass bei Verwendung von Flachschiebern als Drosselelemente ein optimaler Wirkungsgrad erzielt wird.
Insbesondere ist es vorteilhaft, dass das als Flachschieber ausgebildete Drosselelement in nichtparalleler Richtung zu einer Kurbelwelle des Ottomotors bewegbar ausgebildet ist, um einen veränderbaren Durchflussquerschnitt zu erzeugen.
Nichtparallel zur Kurbelwelle bedeutet, dass der Flachschieber in nahezu jeder beliebigen Position und/oder Ausrichtung und demnach auch nahe dem Einlassventil angeordnet werden kann. Vorzugsweise ist die Öffnungsrichtung senkrecht zur Kurbelwelle ausgelegt. Damit verbunden treten am Außenradius des Einlasskanals höhere Strömungsgeschwindigkeiten des Kraftstoffluftgemisches auf, am Innenradius des Einlasskanals treten niedrigere Strömungsgeschwindigkeiten auf. Dadurch wird eine starke tumbleförmige Ladungsbewegung erreicht, die bei anderen derartigen Drosselvorrichtungen nur mit zusätzlichen Vorrichtungen wie Tumbleklappen oder Tumbleblechen erzielt werden. Durch diese Öffnungsrichtung des Flachschiebers lässt sich somit eine interne und externe Abgasrückführverträglichkeit in der Teillast bewirken, wodurch der Kraftstoffverbrauch zusätzlich verbessert wird.
Ein weiterer Vorteil lässt sich dadurch erzielen, dass das erste Drosselelement und/oder das zweite Drosselelement als um eine Achse schwenkbare Drosselklappe ausgebildet ist. Auf diese Weise lässt sich das Drosselelement platzsparend innerhalb des Einlasskanals anordnen und auf einfache Weise verstellen, so dass die Drosselvorrichtung optimal entsprechend dem jeweiligen Lastfall eingestellt ist. Zudem ist eine einfache Reihenschaltung mehrerer Drosselklappen auf einfache Weise zu realisieren.
Vorzugsweise ist das als Drosselklappe ausgebildete erste und/oder zweite Drosselelement in dem Einlasskanal derart angeordnet, dass es bei geöffneter Stellung praktisch keine Drosselfunktion bewirkt, um in geöffneter Stellung keine Änderung des Volumens zu bewirken. So lassen sich auch mehrere Drosselelement auf die gleiche Weise in dem Einlasskanal anordnen, ohne dass eine Wirkung auf die Drosselfunktion beziehungsweise das Volumen spürbar ist.
Eine einfache und kostengünstige Lösung sieht vor, dass das erste und/oder das zweite Drosselelement als Querschnittsverengung ausgebildet ist, um eine Drosselung des durchströmenden Fluids zu bewirken. Diese Ausbildung des Drosselelements benötigt keine weiteren Bauteile, so dass ein einfacher und kostengünstiger Aufbau realisiert ist.
Um eine variable Einstellung des Drosselelements entsprechend dem jeweiligen Lastfall zu bewirken ist es vorteilhaft, dass das zweite Drosselelement als Trennwandung innerhalb des Einlasskanals mit mindestens einer verschließbaren Öffnung und einer nicht verschließbaren Öffnung ausgebildet ist, um das Volumen zu verändern. Durch Öffnen beziehungsweise Schließen der verschließbaren Öffnung lässt sich so die Strömung des Kraftstoffluftgemisches beeinflussen und es wird auf einfache Weise eine Volumenveränderung realisiert. Bei geöffneter Öffnung der Trennwand wird praktische keine Volumenveränderung bewirkt; das Kraftstoffluftgemisch umströmt die Trennungswand beidseitig. Bei verschlossener Öffnung der Trennungswand ist eine Umströmung nur einseitig möglich, so dass der durch die Trennungswand abgetrennte Volumenteil nicht von dem Kraftstoffluftgemisch durchströmt werden kann.
Vorteilhaft ist es deshalb, dass die Trennwandung eine verschließbare Eingangsöffnung und mehrere Durchgangsöffnungen aufweist. Auf diese Weise lässt sich das von der Trennungswand abgetrennte Volumenteil in Stufungen unterteilen, so dass eine Optimierung hinsichtlich verschiedener Lastfälle möglich ist.
Um eine Veränderung der Drosselvorrichtung entsprechend dem jeweiligen Lastfall zu bewirken ist es vorteilhaft, dass die Durchgangsöffnungen bis auf eine in Strömungsrichtung letzte Durchgangsöffnung, die dem Einlassventil am nächsten liegt, verschließbar sind, wobei die Schließreihenfolge bei der von dem entferntest von dem Einlassventil angeordneten Öffnung beginnt, um eine Veränderung des Volumens zu bewirken. Durch diese Reihenfolge kann ein einfacher Schließmechanismus verwendet werden. Zudem ist das Volumen schrittweise kontinuierlich veränderbar, so dass entsprechend der Lastfalländerung auch eine entsprechende Einstellung der Drosselvorrichtung realisierbar ist und nicht versehentlich die Drosselvorrichtung auf einen anderen als den tatsächlichen Lastfall eingestellt wird. Der Schließmechanismus ist aufgrund der Schließreihenfolge direkt mit anderen Komponenten wie zum Beispiel dem Gaspedal koppelbar.
Dies lässt sich insbesondere dadurch vorteilhaft realisieren, dass die Öffnungen der Trennwandung mit einem Verdrängerkörper verschließbar sind. Der Verdrängerkörper ist dabei so angeordnet, dass er nacheinander, also in Reihe die verschiedenen Öffnung verschließt beziehungsweise öffnet, angefangen bei der entferntesten Öffnung nahe dem Einlassventil bis hin zur Eingangsöffnung. Diese Reihenfolge entspricht in etwa der Bewegung des Gaspedals, welches in analoger Weise die Kraftstoffzufuhr regelt.
Weiterhin schließt die Erfindung die technische Lehre ein, dass mindestens eine variable Drosselvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche und mindestens eine Steuereinheit vorhanden ist.
Dadurch dass die variable Einlasssteuerung eine variable Drosselvorrichtung und mindestens eine Steuereinheit aufweist, lässt sich ein Ottomotor optimal auf die jeweiligen Lastfälle einstellen. Die Steuereinheit ist erforderlich, um das jeweilige Signal zu erzeugen, um die Drosselelemente in die gewünschte Position zu bringen und so die Drosselvorrichtung optimal einzustellen.
Aus diesem Grunde ist es vorteilhaft, dass die Steuereinheit einen Antrieb zum Verstellen der Drosselelemente umfasst zum lastgeregelten Einstellen der variablen Drosselvorrichtung.
Um eine abgasgeregelte Einlasssteuerung zu realisieren ist es vorteilhaft, dass die Steuereinheit mit einer Lambdaregelung zusammenwirkt. Auf diese Weise lässt sich ein Regelkreis realisieren, der die Abgaswerte als Größe mit einbezieht und so eine sichere und zuverlässige Regelung bewirkt.
Zudem schließt die Erfindung die technische Lehre ein, dass jedem Zylinder des Otto-Mehrzylindermotors eine mittels einer variablen Einlasssteuerung nach einem der Ansprüche 15 bis 17 geregelte variable Drosselvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 zugeordnet ist. Auf diese Weise ist eine zylinder-individuelle Steuerung möglich, die entsprechend den an jedem einzelnen Zylinder herrschenden Bedingungen einen optimalen Betrieb des Motors ermöglich.
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen sind in den Unteransprüchen angegeben oder werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
1 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausschnitts einer variablen Drosselvorrichtung mittels Trennwandung bei Leerlauf,
2 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausschnitts einer variablen Drosselvorrichtung bei Volllast,
3 eine schematische Querschnittsdarstellung einer variablen Drosselvorrichtung mit Verdrängerkörper,
4 eine schematische Querschnittsdarstellung einer variablen Drosselvorrichtung mit mehreren Drosselklappen bei verschiedenen Lastfällen 4a bis 4d,
5 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausschnitts einer variablen Drosselvorrichtung mit Flachschieber bei Teillast und
6 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausschnitts einer variablen Drosselvorrichtung mit Flachschieber bei Volllast.
1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Ausschnitts einer variablen Drosselvorrichtung 1 mit Drosselelementen 2, einem ersten Drosselelement 2a, welches als Querschnittsverengung ausgebildet ist und einem zweiten Drosselelement 2b, wobei das zweite Drosselele ment 2b als Trennwandung 3 ausgebildet ist. Die Trennwandung weist mehrere Durchgangsöffnungen 4 auf, genauer fünf Durchgangsöffnungen 4a, 4b, 4c, 4d und 4e. Die Trennwandung 3 ist in einem Ansaugrohr 10 angeordnet, welches von einem Kraftstoffluftgemisch durchströmt wird. Weiterhin weist die variable Drosselvorrichtung 1 einen Verdrängerkörper 5 auf, welcher ein veränderbares Verdrängervolumen aufweist. Der Verdrängerkörper 5 ist demnach aus einem dehnbaren, elastisch verformbaren Material hergestellt, so dass der Verdrängerkörper 5 stets in seine Ursprungsform rückführbar ist. Zwischen Trennwandung 3 und Verdrängerkörper 5 ist ein Volumen 6 definiert, welches einen Raum für das Kraftstoffluftgemisch nach Durchlauf durch eine oder mehrere, mindestens ein Drosselelement 2 umfassende Drosselstellen bildet. Die Drosselelemente 2 sind als Durchflussquerschnittsverengung ausgebildet, welche in der vorliegenden Figur als Durchgangsöffnungen 4 ausgebildet sind. Bei Leerlauflast soll das Volumen 6 möglichst gering sein, das heißt, das Volumen des Verdrängerkörpers 5 – das Vedrängervolumen oder Verdrängerkörpervolumen – soll dementsprechend groß sein beziehungsweise die Drosselaustrittsöffnung soll möglichst nahe an dem Einlassventil gelegen sein. Aus diesem Grunde nimmt bei Leerlauflast der Verdrängerkörper 5 sein maximales Volumen ein. Der Verdrängerkörper 5 ist so angeordnete, dass er je nach Verdrängervolumen die Durchgangsöffnungen 4a bis 4d verschließen kann und nur eine Durchgangsöffnung 4e zur Versorgung des Zylinders geöffnet ist. Auf diese Weise ist das Volumen 6 minimiert.
2 zeigt einen Ausschnitt der variablen Drosselvorrichtung 1 nach 1 bei Volllast. Bei Volllast wird ein möglichst großes oder maximales Volumen 6 benötigt. Aus diesem Grunde ist der Verdrängerkörper 5 auf ein minimales Verdrängerkörpervolumen reduziert, so dass das Kraftstoffluftgemisch durch alle Öffnungen der Drossel strömen kann, wobei der Widerstand, der der Strömung entgegenwirkt aufgrund der großen Öffnungen und der Vielzahl der Öffnungen minimal ist.
3 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer weiteren Ausführungsform einer variablen Drosselvorrichtung 1. Die variable Drosselvorrichtung 1 weist ein erstes Drosselelement 2a und ein zweites Drosselelement 2b auf. Das zweite Drosselelement 2b ist als Verdrängerkörper 5 ausgebildet, der in das Volumen 6 stufenlos einfahrbar ausgebildet ist und so das Volumen 6 um das Verdrängerkörpervolumen reduzieren kann. Weiterhin ist in 3 das Einlassventil 7 schematisch dargestellt, welches das Volumen 6 auf einer Seite begrenzt. Das erste Drosselelement 2a ist als Drosselklappe 8 ausgebildet, welche um eine zentrale Achse rotierbar mittig in dem Einlasskanal 9 des Ansaugrohrs 10 ausgebildet ist. Bei Volllast ist der Verdrängerkörper 5 komplett eingefahren, dass heißt das Volumen 6 ist nicht reduziert und der Verdrängerkörper 5 bildet keinen Widerstand für das einströmende Kraftstoffluftgemisch. Bei Leerlauflast dagegen ist der Verdrängerkörper 5 komplett in das Volumen 6 ausgefahren, so dass das Volumen 6 minimiert ist und die Drosselaustrittsöffnung nahe an dem Einlassventil 7 angeordnet ist.
4 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer weiteren Ausführungsform einer variablen Drosselvorrichtung 1 mit mehreren Drosselelementen 2 bei verschiedenen Lastfällen a bis d. In 4 sind in dem Einlasskanal 9 drei Drosselelemente 2 etwa mittig angeordnet. Das Volumen 6 befindet sich zwischen dem Einlassventil 7 und dem in Strömungsrichtung letzten, wirkenden Drosselelement 2c. Die drei Drosselelemente 2a, 2b, 2c sind als Drosselklappen 8 ausgebildet, welche um eine zentrale Achse schwenkbar etwa mittig in dem Einlasskanal 9 angeordnet sind. Bei geöffneter Position bilden diese Drosselklappen 8 praktisch keinen Widerstand für das durch den Einlasskanal 9 strömende Kraftstoffluftgemisch.
In 4a) sind die ersten beiden Drosselelemente 2a, 2b geöffnet und das dritte Drosselelement 2c nahezu geschlossen. Diese Einstellung der Drosselelemente 2 stellt den Leerlauflastfall dar. Das Volumen 6 ist so minimal eingestellt.
In 4b) ist das zweite Drosselelement 2b geschlossen und das erste und das dritte Drosselelement 2a, 2c geöffnet. Das Volumen 6 ist gegenüber dem in 4a) dargestellten Volumen 6 leicht vergrößert. Diese Einstellung der Drosselelemente 2 stellt einen Teillastfall bei niedriger Last dar.
In. 4c) ist das erste Drosselelement 2a geschlossen und das zweite und das dritte Drosselelement 2b, 2c geöffnet, so dass das Volumen 6 gegenüber dem Volumen 6 in 4b) weiter vergrößert ist. Diese Einstellung der Drosselelemente 2 entspricht einem Teillastfall bei hoher Last.
In 4d) sind alle Drosselelemente 2 geöffnet, so dass das Volumen 6 seine maximale Größe einnimmt. Diese Einstellung entspricht dem Volllastfall.
5 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausschnitts eines weiteren Ausführungsbeispiels einer variablen Drosselvorrichtung 1 mit Flachschieber 11 bei Teillast. Aus Gründen der besseren Darstellbarkeit ist nur ein Drosselelement 2 dargestellt. Das dargestellte Drosselelement 2 ist als Flachschieber 11 ausgebildet. Bei Teillast bildet der Flachschieber 11 einen Widerstand für das Kraftstoffluftgemisch, wobei dieses am äußeren Rand der Ansaugrohres die Drosselstelle passiert, wodurch ein asymmetrisches Strömungsprofil – wie schematisch dargestellt – erzeugt wird.
6 zeigt schließlich eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausschnitts einer variablen Drosselvorrichtung 1 nach 5 mit Flachschieber 11 bei Volllast. Bei Volllast ist der Flachschieber 11, welcher in einem Flachschiebergehäuse angeordnet ist, so eingefahren, dass der Durchflussquerschnitt des Kraftstoffluftgemisches nicht beeinträchtigt ist, das heißt ungehindert durch die Drosselstelle strömen kann.

1: Variable Drosselvorrichtung
2: Drosselelement
2a: Erstes Drosselelement
2b: Zweites Drosselelement
3: Trennungswand
4: Durchgangsöffnung
4a: Erste Durchgangsöffnung
4b: Zweite Durchgangsöffnung
4c: Dritte Durchgangsöffnung
4d: Vierte Durchgangsöffnung
4e: Fünfte Durchgangsöffnung
5: Verdrängerkörper
6: Volumen
7: Einlassventil
8: Drosselklappe
9: Einlasskanal
10: Ansaugrohr
11: Flachschieber

Claims

Variable Drosselvorrichtung (1) für eine Einlass-Steuerung in einem Ansaugrohr (10) eines Ottomotors mit Saugrohreinspritzung, welche den Zufluss eines Kraftstoffluftgemisches zu einem mit dem Ansaugrohr (10) verbundenem Einlassventil (7) eines Verbrennungsraums eines Zylinders lastregelt, wobei die Drosselvorrichtung (1) ein erstes Drosselelement (2a) umfasst und so einen Drosselbereich mit einer Drosseleingangsöffnung und einer Drosselausgangsöffnung bildet, die ein Volumen (6) zwischen Drosselausgangsöffnung und Einlassventil (7) definieren, wobei, ein zweites, schaltbares Drosselelement (2b) in dem Drosselbereich vorhanden ist zur Veränderung des Volumens (6) zwischen Drosselbereich und Einlassventil (7), durch welches das gedrosselte Kraftstoffluftgemisch strömt, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Drosselbereich mindestens ein weiteres Drosselelement (2c) vorhanden ist, das zur Veränderung des Volumens (6) je nach Lastfall zuschaltbar ist, wobei in anderen Lastfällen die Drosselelemente (2a, 2b, 2c) ohne spürbare Wirkung auf die Drosselfunktion geöffnet sind.
Variable Drosselvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Drosselelement (2b) zwischen dem ersten Drosselelement (2a) und dem Einlassventil (7) angeordnet ist und das Volumen (6) zwischen dem in Strömungsrichtung letzten Drosselelement (2) und dem Einlassventil (7) reduziert.
Variable Drosselvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Drosselelement (2b) als Verdrängerkörper (5) ausgebildet ist und das Volumen (6) zwischen dem in Strömungsrichtung letzten Drosselelement (2) und dem Einlassventil (7) verändert.
Variable Drosselvorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängerkörper (5) in den Einlasskanal (9) bewegbar ausgebildet ist und das Volumen (6) verändert.
Variable Drosselvorrichtung (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängerkörper (5) ein veränderbares Verdrängervolumen aufweist und das Volumen (6) durch Änderung des Verdrängervolumens verändert.
Variable Drosselvorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Drosselelement (2a) und/oder das zweite Drosselelement (2b) als Flachschieber (11) ausgebildet ist/sind und einen veränderbaren Durchflussquerschnitt erzeugt/erzeugen.
Variable Drosselvorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das als Flachschieber (11) ausgebildete Drosselelement (2) in nichtparalleler Richtung zu einer Kurbelwelle des Ottomotors bewegbar ausgebildet ist und einen veränderbaren Durchflussquerschnitt erzeugt.
Variable Drosselvorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Drosselelement (2a) und/oder das zweite Drosselelement (2b) als um eine Achse schwenkbare Drosselklappe (8) ausgebildet ist/sind.
Variable Drosselvorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das als Drosselklappe (8) ausgebildete erste und/oder zweite Drosselelement (2) in dem Einlasskanal (9) angeordnet ist/sind und bei geöffneter Stellung praktischen keine Drosselfunktion bewirkt/bewirken und in geöffneter Stellung keine Änderung des Volumens (6) bewirkt/bewirken.
Variable Drosselvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite Drosselelement (2) als Querschnittsverengung ausgebildet ist und eine Drosselung des durchströmenden Fluids bewirkt/bewirken.
Variable Drosselvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Drosselelement (2b) als Trennwandung (3) innerhalb des Einlasskanals (9) mit mindestens einer verschließbaren Öffnung und einer nicht verschließbaren Öffnung ausgebildet ist und das Volumen (6) verändert.
Variable Drosselvorrichtung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwandung (3) eine verschließbare Eingangsöffnung und mehrere Durchgangsöffnungen (4) aufweist.
Variable Drosselvorrichtung (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnungen (4) bis auf eine in Strömungsrichtung letzte Durchgangsöffnung (4e), die dem Einlassventil (7) am nächsten liegt, verschließbar sind, wobei die Schließreihenfolge bei der von dem entferntest von dem Einlassventil (7) angeordneten Öffnung beginnt und eine Veränderung des Volumens (6) bewirkt.
Variable Drosselvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen der Trennwandung (3) mit einem Verdrängerkörper (5) verschließbar sind.
Variable Einlasssteuerung für einen Otto-Mehrzylindermotor, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine variable Drosselvorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche und mindestens eine Steuereinheit vorhanden ist.
Variable Einlasssteuerung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit einen Antrieb zum Verstellen der Drosselelemente (2) umfasst, und die variable Drosselvorrichtung (1) lastgeregelt einstellt.
Variable Einlasssteuerung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit mit einer Lambdaregelung zusammenwirkt und eine abgasgeregelte Einlasssteuerung realisiert.
Optimierter Otto-Mehrzylindermotor, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Zylinder eine mittels einer variablen Einlasssteuerung nach einem der Ansprüche 15 bis 17 geregelte variable Drosselvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 zugeordnet ist.