DE3031613C2 - Luftsteuereinrichtung zum Regulieren der Luftströmung bei einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Luftsteuereinrichtung zum Regulieren der Luftströmung bei einer Brennkraftmaschine

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Description

Die Erfindung betrifft eine Luftsteuereinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei einer solchen, aus der DE-OS 28 55 098 bekannten Luftsteuereinrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art, v/eist das Hauptgehäuse ein von einer Membran betätigtes Nadelventil auf, das je nach der Auslenkung der Membran einen bestimmten wirksamen Durchtrittsquerschnitt für den Luftstrom innerhalb des Luftdurchlasses freigibt. Die Membran ist dabei Teil einer Servoeinrichtung, die von dem in der Ansaugleitung herrschenden Ansaugdruck betätigt wird. Dieser Ansaugdruck wird dabei mit Hilfe eines Elektromagnetventils von einer elektronischen Luftsteuereinheit modifiziert, die ihrerseits wiederum nach Maßgabe der Temperatur des Kühlmittels der Brennkraftmaschine, der Drehzahl der Brennkraftmaschine, der Stellung des Drosselventils, der Einschaltung einer Klimaanlage und der jeweiligen Einstellung eines automatischen Getriebes gesteuert wird. Nach der elektrischen Verarbeitung dieser Informationen wird das Elektromagnetventil geöffnet oder gesperrt, um dann nach Maßgabe des modifizierten Ansaugunterdruckes das mechanische Nadelventil entsprechend einstellen zu können. Dadurch ergibt sich aber ein erheblicher elektronischer sowie elektrischer und mechanischer Konstruktionsaufwand, wobei auch die Steuerkennlinie des Nadelventils nur schwer einzustellen und einzuhalten ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Luftsteuereinrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art so weiterzubilden, daß die jeweilige Luftströmung durch den Luftdurchlaß sehr genau und unabhängig von der Größe des Ansaugunterdrucks gesteuert werden kann, der stromab vom Drosselventil erzeugt wird, so daß die Luftsteuerung selbst dann genau beibehalten werden kann, wenn der Ansaugunterdruck stromab vom Drosselventil sehr groß ist.
Diese Aufgabe wird bei einer Luftsteuereinrichtung nach der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Luftsteuereinrichtung zeichnet sich durch einen zylindrischen Blendenmechanismus aus, der mit Hilfe einer Betätigungseinrichtung sehr
genau und stufenlos eingestellt werden kann, um einen jeweils gewünschten Durchtrittsquerschnitt für den Luftstrom innerhalb des Luftdurchlasses reproduzierbar einstellen zu können. Die Betätigungseinrichtung ist dabei vorzugsweise eine von einem elektrischen Signal unmittelbar angesteuerte Betätigungseinrichtung, wie z. B. ein Gleichstrommotor, ein Schrittmotor oder eine Bimetalleinrichtung, die eine Verdrehung des Blendenmechanismus unmittelbar vornimmt, wobei vorzugsweise zwei zylindrische Gehäuse gegeneinander verdreht werden, um in diesen vorgesehene Durchgangsbohrungen gegeneinander zu verstellen, wodurch damit der wirksame Durchtrittsquerschnitt für den Luftstrom sehr genau eingestellt werden kann.
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ausführungsbeispiele der Luftsteuereinrichtung werden anhand der Zeichnung erläutert. Im einzelnen zeigt Tig. I schematisch einen Schnitt einer herkömmlichen Luftsteuereinrichtung,
Fig.2 einen Schnitt eines Ausführungsbeispieis der erfindungsgemäßen Luftsteuereinrichtung,
F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie λ"-Λ'der F i g. 2, F i g. 4 einen Schnitt längs der Linie Y- Yder F i g. 2, Fig. 5 ein Blockschaltbild einer elektrischen Schaltung zum Steuern eines in Fig.2 gezeigten Gleichstrommotors,
F i g. 6 ein Blockschaltbild einer weiteren elektrischen Schaltung zum Steuern des in Fig.2 gezeigten Gleichstrommotors, und
F i g. 7 einen Schnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung.
F i g. 1 zeigt eine herkömmliche Luftsteuereinrichtung zum Steuern des Durchtrittsquerschnitts für den Luftstrom durch den überbrückenden Luftdurchlaß. Ein Luftdurchlaß A hat einen Einlaß A', der zu der stromaufwärtigen Seite eines nicht gezeigten Drosselventils führt, und einen Auslaß A'\ der zu der stromabwärtigen Seite führt. Eine plattenartige Blende B ist drehbar in einer Ebene senkrecht zum Luftdurchlaß A vorgesehen. Die Blende B hat einen in ihr vertikal angeordneten Schlitz C, so daß die Drehung der Blende 5 die Luftströmung im Zusammenwirken mit der Wand des Luftdurchlasses A steuert. Ein Bimetall E wird in Abhängigkeit von einer Temperatur der Brennkraftmaschine so betätigt, daß die Blende B in einer gegebenen Richtung gedreht wird.
Bei einer solchen herkömmlichen Konstruktion wird die Blende Bdurch den Unterdruck in dem Auslaß A" angezogen, so daß die Reibung zwischen der Blende B und einem Gleitteil F der Wand des Luftdurchlasses A ansteigt. Insbesondere, wenn der Unterdruck am Auslaß A" groß ist, kann die Blende B infolge der Reibung zwischen ihr und dem Gleitteil F nicht leichtgängig gedreht werden. Wenn die Schließkraft des Bimetalls E groß eingestellt wird, so kann die Blende B plötzlich den Luftdurchlaß A schließen, wenn der Unterdruck oder der negative Druck in dem Auslaß A"als Folge einer Änderung der Drehzahl der Brennkraftmaschine klein wird, so daß die Reibung zwischen ihnen klein wird. Es kann daher keine genaue Steuerung der Luftströmung erreicht werden.
In F i g. 2 ist ein Drosselventil 19 in bekannter Weise in einer Hauptansaugleitung 40 vorgesehen. Die Luftsteuereinrichtung ist in einem hier nur schematisch angedeuteten Lufldurchlaß 41 angeordnet, der das Drosselventil 19 derart überbrückt, daß die stromaufwärtige Seite 40,4 mit der stromabwärtigen Seite 40ß
des Drosselventils 10 verbunden wird. Ein Hauptgehäuse 7 der Luftsteuereinrichtung ist mit einer Abdeckung 8 versehen, die einen Einlaß 1 und einen Auslaß 2 des Luftdurchlasses parallel zueinander aufweist. Das Hauptgehäuse 7 hat einen Verbindungsdurchlaß 3 zum Verbinden des Einlasses 1 mit dem Auslaß 2. Das Hauptgehäuse 7 ist mit einer zylindrischen Blende 6 versehen, die aus einem inneren zylindrischen Gehäuse 4 und einem äußeren zylindrischen Geiräuse 5 besteht Das innere zylindrische Gehäuse 4 ist in das äußere zylindrische Gehäuse 5 eingesetzt, das seinerseits in das Hauptgehäuse 7 eingepaßt ist Das äußere zylindrische Gehäuse 5 ist im Hauptgehäuse 7 mit Hilfe der Abdeckung 8 und eines Positionierstiftes 9 festgelegt Das innere zylindrische Gehäuse 4 ist innerhalb des äußeren zylindrischer. Gehäuses 5 drehbar. Das innere zylindrische Gehäuse 4 hat in seiner Längsrichtung eine relativ lange Bohrung 4c mit im wesentlichen dem gleichen Durchmesser wie der Einlaß 1. Die Bohrung 4c des inneren zylindrischen Gehäuses 4 fluchtet mit dem Einiaß 1, wie dieses in F i g. 2 gezeigt ist. Das innere zylindrische Gehäuse 4 hat an seiner Vorderseite einen Teil mit einem relativ kleinen Durchmesser, der drehbar von dem Hauptgehäuse 7 über ein Lager 10 gelagert ist. Auch der rückwärtige Teil des inneren zylindrischen Gehäuses 4 ist drehbar über ein Lager 10' von der Abdeckung f> gelagert. Eine Durchgangsbohrung 4a ist in dem inneren zylindrischen Gehäuse 4 so ausgebildet, daß sie seine Außenseite mit der inneren Bohrung oder dem Innenraum 4c verbindet. Eine Durchgangsbohrung 5a ist vertikal in dem äußeren zylindrischen Gehäuse 5 ausgebildet, die der Durchgangsbohrung 4a des inneren zylindrischen Gehäuses 4 zugeordnet ist. Die Drehung des inneren zylindrischen Gehäuses 4 relativ zum äußeren zylindrischen Gehäuse 5 steuert daher den wirksamen Durchtrittsquerschnitt in dem Luftdurchlaß zwischen dem Einlaß 1 und dem Verbindungsdurchlaß 3. Wenn die Durchgangsbohrung 4 des inneren Gehäuses vollständig mit der Durchgangsbohrung 5a des äußeren Gehäuses 5 fluchtet, wird der Durchtrittsquerschnitt des Luftdurchlasses maximal.
Ein Gleichstrommotor 11 ist an dem Hauptgehäuse 7 mit Hilfe einer Schraube oder dergleichen befestigt. Die Antriebswelle 11a des Gleichstrommotors 11 ist mit dem Vorderteil des inneren Gehäuses 4 so verbunden, daß das innere Gehäuse 4 durch den Gleichstrommotor gedreht werden kann. Die Luftströmung zwischen dem Einlaß 1 und dem Verbindungsdurchlaß 3 wird nach Maßgabe des Drehwinkels der Antriebswelle 11a des Gleichstrommotors 11 gesteuert.
Ein Hebelarm 12 ist mit seinem einen Endteil mit dem vorderen Ende des inneren Gehäuses 4 verbunden und erstreckt sich längs der Rückseite des Hauptgehäuses 7 nach unten. Ein Paar von Bürsten 13 ist an dem Endteil des Hebelarmes 12 vorgesehen. Die Bürsten 13 kontaktieren gleitend ein Paar von Widerstandselementen 14, die z. B. bogenförmig und parallel zueinander angeordnet sind, wie dieses in F i g. 3 gezeigt ist. Die Widerstandselemente 14 sind auf einem Glied 7a befestigt, das an der Rückseite des Hauptgehäuses 7 befestigt ist. Der Drehwinkel des inneren Gehäuses 4 entspricht dem Öffnungsgrad der Blende 6. Die relativen Stellungen der Bürsten 13 gegenüber den Wideiitandselementen 14 können sich entsprechend dazu ändern. Die Widerstandselemente 14 sind über Leitungen 15 mit einer nicht gezeigten elektrischen Schaltung verbunden, um den Öffnungsgrad der Blende zu erfassen.
M _
Der Hebelarm 12 ist mit Hilfe einer Feder 16 in die Schließrichtung vorgespannt, wie dieses in Fig.3 gezeigt ist. Ein Paar von Anschlägen 17 und 18 ist an solchen Stellen angeordnet, daß der Hebelarm 12 jeweils vollständig geöffnet und geschlossen wird. Der Hebelarm 12 ist daher zwischen dem Anschlag 17 für die Offenstellung und dem Anschlag 18 für die Schließstellung drehbar.
Fig.4 zeigt eine Stellung, bei der die Durchgangsbohrung 4a des inneren Gehäuses 4 mit der Durchgangsbohrung 5a des äußeren Gehäuses 5 fluchtet, so daß der Durchtrittsquerschnitt für die Luftströmung maximal wird. Wenn das innere Gehäuse 4 sich um einen rechten Winkel aus der in Fig.4 gezeigten Stellung dreht, wird der Durchtrittsquerschnitt für die Luftströmung minimal.
Da die Blende 6 eine Zusammenfassung der inneren und äußeren Gehäuse 4 und 5 ist, hat der Unterdruck an der stromabwärtigen Seite 40/?des Drosselventils 19 im wesentlichen keinen Einfluß auf die Arbeitsweise der Blende 6, das heißt, die Drehung des inneren Gehäuses 4 in dem äußeren Gehäuse 5. Die Blende 6 kann daher leichtgängig selbst dann arbeiten, wenn der Unterdruck stromab des Drosselventils 19 stark ist. Um die Unterdruckwirkung auf die Blende 6 vollständig zu verhindern, ist vorzugsweise eine kleine Bohrung 4b in dem inneren Gehäuse 4 so ausgebildet, daß sie die Innenbohrung 4c des inneren Gehäuses 4 mit einem Hohlraum oder einem Zwischenraum in dem Gehäuse 10 verbindet.
Fi g. 5 zeigt als ein Ausführungsbeispiel eine elektrische Schaltung zum Steuern des Gleichstrommotors 11 zum Betätigen des inneren Gehäuses 4. Ein Fühler 20 für die Kühlmitteltemperatur erfaßt die Kühlmitteltemperatur und gibt ein Temperatursignal über einen Verstärker 20' an eine Vergleichsschaltung 22. Ein Detektor 21 für die Öffnung der Blende erfaßt einen Drehwinkel des inneren Gehäuses 4 und gibt ein Öffnungssignal über einen Verstärker 21' an die Vergleichsschaltung 22. Die Vergleichsschaltung 22 vergleicht das Temperatursignal und das Öffnungssignal, um ein Vergleichssignal an eine Steuerschaltung 23 zu geben. Bei Erhalt des Vergleichssignals von der Vergleichsschaltung 22 reguliert die Steuerschaltung 23 die an den Gleichstrommotor 11 zu gebende Spannung, z. B. mit Hilfe einer bekannten Anschnittsteuerung, so daß der Drehwinkel der Antriebswelle 11a genau gesteuert werden kann. Der Fühler 20 für die Kühlmitteltemperatur ist einer, der den Warmlaufzustand der Brennkraftmaschine erfassen kann. Der Fühler 21 für die Öffnung der Blende kann aus einem Potentiometer gebildet werden, das eine Kombination aus den Bürsten 13 und den Widerstandselementen 14 sein kann, wie sie in F i g. 2 gezeigt sind.
Fig.6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Steuerschaltung für den Gleichstrommotor 11. Die Temperatursignale werden von dem Fühler 20 für die Kühlmitteltemperatur an die Steuerschaltung 23' gegeben, um den Warmlaufzustand der Brennkraftmaschine anzugeben. Der Leerlaufzustand der Brennkraft- b0 maschine wird aufgrund von Signalen von einem Fahrzeuggeschwindigkeitsfühler 25 und einem Fühler 24 für die Drosselöffnungsstellung mit Hilfe eines UND-Gliedes 42 erfaßt, um ein Leerlaufsignal an die Steuerschaltung 23' zu geben. Die Steuerschaltung 23' vergleicht diese Signale, wodurch die an den Gleichstrommotor 11 gegebene Spannung so reguliert wird, daß der Drehwinkel der Antriebswelle lla genau gesteuert werden kann. Bei diesem Beispiel kann die Leerlaufeinstellung unter Berücksichtigung der Kühlerbedingungen zusätzlich zu der Steuerung der Luftströmung erhallen werden, das heißt, die tatsächlichen Drehzahlen der Brennkraftmaschine während ihres Warmlaufens. Auf diese Weise kann die Genauigkeit und Ansprechempfindlichkeit der Steuerung erheblich verbessert werdpn
Ein Mikrocomputer wird vorzugsweise als Steuerschaltung 23' im Hinblick auf seine breite Anwendbarkeit benutzt, obwohl auch eine analoge Schaltung benutzt werden kann.
Ein Schrittmotor kann anstelle des Gleichstrommotors 11 benutzt werden. Die Antriebskraft kann über eine Getriebeeinrichtung an das innere Gehäuse 4 von dem Gleichstrommotor 11 übertragen werden, so daß der Gleichstrommotor 11 kleine Abmessungen und ein niedriges Drehmoment haben kann.
F i g. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Ansteile des Gleichstrommotors 11 ist ein Bimetall 30 zum Drehen des inneren Gehäuses 4 vorgesehen. Eine Heizeinrichtung 31 ist an einem Teil 7b befestigt, das an der Rückseite des Hauptgehäuses 7 mit Hilfe einer Klammer 34 befestigt ist. An der Klammer 34 ist auch eine Welle 31 befestigt, die den Mittenteil des Bimetalls 30 lagert, das eine Spiralform hat. Das äußere Ende des Bimetalls 30 ist mit dem freien Ende 33a des Hebelarmes 33 verbunden, dessen Grundteil 33b an dem vorderen Ende des inneren Gehäuses 4 befestigt ist. Wenn die Heizeinrichtung 31 beim Warmlaufen der Brennkraftmaschine heizt, steuert das äußere Ende der Heizeinrichtung 31 den Öffnungsgrad der Blende 6, so daß deren Aufbau bei niedrigen Herstellungskosten sehr einfach sein kann. Außerdem kann, wenn das spiralförmige Bimetall benutzt wird, der Drehwinkel des Hebelarmes 33 mit hoher Genauigkeit 4^ in großem Umfang eingestellt werden.
Mit Ausnahme des Mechanismus zur Betätigung des inneren Gehäuses 4 kann der gleiche Aufbau bei den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen benutzt werden, wie sie in den F i g. 2 und 7 jeweils gezeigt sind, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Teile oder Bauelemente bezeichnen.
Gemäß einem weiteren Merkmnl der Erfindung ksnn die durch den Einlaß 1 von der stromaufwärtigen Seite des Drosselventils 19 kommende Luft von der " Außenseite des inneren Gehäuses zu seiner Innenseite nahe einer Blende eingeleitet werden, obwohl bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen die Luft von der Innenseite des inneren Gehäuses zu seiner Außenseite hin geleitet wird.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:
1. Luftsteuereinrichtung zum Regulieren der Luftströmung durch einen Luftdurchlaß, der ein in einer zu einer Brennkraftmaschine führenden '· Ansaugleitung angeordnetes Drosselventil überbrückt, so daß die Luftströmung durch den Luftdurchlaß beim Warmlaufen der Brennkraftmaschine vergrößert werden kann, mit einem Hauptgehäuse, dessen Lufteinlaß stromauf und dessen in Luftauslaß stromab des Drosselventils angeschlossen sind, gekennzeichnet durch einen zylindrischen Blendenmechanismus (l bis 5) zum Regulieren des Luftstroms innerhalb des Luftdurchlasses und durch eine Betätigungseinrichtung (11; 30, π 31) zum Betätigen des Blendenmechanismus (1 bis 5) derart, daß der Durchtrittsquerschnitt für den Luftstrom innerhalb des Lufldurchlasses durch den Blendenmechanismus steuerbar ist.
2. Luftsteuereinrichtung nach Anspruch 1, da- :> <> durch gekennzeichnet, daß der Blendenmechanismus (1 bis 5) ein inneres und ein äußeres zylindrisches Gehäuse (4, 5) aufweist, wobei das innere Gehäuse (4) gegenüber dem äußeren Gehäuse (5) drehbar ist, und daß mit der 2i Betätigungseinrichtung (11; 30, 31) das innere Gehäuse (4) gegenüber dem äußeren Gehäuse (5) drehbar ist, um den Durchtrittsquerschnitt für den Luftstrom zu steuern.
3. Luftsteuereinrichtung nach Anspruch 2, da- J» durch gekennzeichnet, daß das äußere zylindrische Gehäuse (5) fest am Hauptgehäuse (7) vorgesehen ist und in seiner Längsrichtung eine zylindrische Bohrung sowie eine Durchgangsbohrung (5a) zum Verbinden der zylindrischen Bohrung mit der r. Außenseite hat, daß das innere zylindrische Gehäuse (4) drehbar in der zylindrischen Bohrung des äußeren zylindrischen Gehäuses eingepaßt ist und eine sich in Längsrichtung erstreckende Bohrung (4c), die dauernd mit dem Lufteinlaß (1) verbunden 4« ist, sowie eine Durchgangsbohrung \4a) hat, die so ausgebildet ist, daß sie mit der Durchgangsbohrung des äußeren zylindrischen Gehäuses zusammenwirkt, um den Durchtrittsquerschnitt für die Luftströmung von der inneren Bohrung des inneren Gehäuses zur Außenseite des äußeren Gehäuses entsprechend dem Drehwinkel des inneren Gehäuses zu regulieren, wobei die Außenseite mit dem Luftauslaß (2) verbunden ist.
4. Luftsteuereinrichtung nach einem der Ansprüehe 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung (11; 30,31) ein Gleichstrommotor (11) ist.
5. Luftsteuereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichstrommotor (11) aufgrund eines Signals, das eine Temperatur des Kühlmittels der Brennkraftmaschine angibt, und eines Signals gesteuert ist, das einen Drehwinkel des inneren Gehäuses (4) angibt.
6. Luftsteuereinrichtung nach Anspruch 4, da- f>o durch gekennzeichnet, daß der Gleichstrommotor (11) aufgrund eines Signals, das eine Kühlmitteltemperatur angibt, eines Signals, das eine Drehzahl der Brennkraftmaschine angibt, eines Signals, das einen Öffnungsgrad des Drosselventils (19) angibt, und *>5 eines Signals gesteuert ist, das eine Fahrzeuggeschwindigkeit angibt.
7. Luftsteuereinrichtung nach einem der Ansprü-
che 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung (11; 30, 31) ein Schrittmotor ist.
8. Luftsteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung (11; 30,31) eine Bimetalleinrichtung (30,31) ist.
9. Luftsteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptgehäuse (7) eine Abdeckung (8) zum Befestigen des äußeren zylindrischen Gehäuses (5) an dem Hauptgehäuse (7) aufweist
10. Luftsteuereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Lufteinlaß (1) und Luftauslaß (2) in der Abdeckung (8) ausgebildet sind und daß ein Verbindungsdurchlaß (3) zum Verbinden des Lufteinlasses mit dem Luftauslaß über die Durchgangsbohrungen (4a, Sa) der inneren und äußeren Gehäuse (4, 5) in dem Hauptgehäuse ausgebildet ist.
DE3031613A 1979-08-23 1980-08-21 Luftsteuereinrichtung zum Regulieren der Luftströmung bei einer Brennkraftmaschine Expired DE3031613C2 (de)

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