DE3424438A1 - Luft-treibstoff/luft-steuervorrichtung fuer fahrzeugmotoren - Google Patents

Luft-treibstoff/luft-steuervorrichtung fuer fahrzeugmotoren

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DE3424438A1 DE19843424438 DE3424438A DE3424438A1 DE 3424438 A1 DE3424438 A1 DE 3424438A1 DE 19843424438 DE19843424438 DE 19843424438 DE 3424438 A DE3424438 A DE 3424438A DE 3424438 A1 DE3424438 A1 DE 3424438A1
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Description

Luft-Treibstoff/Luft-Steuervorrichtung für Fahrzeugmotoren.
Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Herkömmliche Treibstoffsysteme mit Vergaser haben gewöhnlich eine durch ein Pedal verstellbare Drosselklappe im Lufteinlaßkanal des Vergasers, um damit sowohl die Treibstoff- als auch die Luftzufuhr zum Motor zu steuern. Bei diesen Systemen gibt es jedoch eine zeitliche Lücke zwischen dem Anstieg des Luftstroms beim Niederdrücken des Gaspedals des Fahrzeugs und dem Anstieg des Treibstoffzufuhr. Fortgeschrittene Treibstoffsysteme versuchen diesen Mangel durch Einsatz elektronischer Treibstoffeinspritzvorrichtungen zu vermeiden. Trotzdem verwenden noch viele Systeme eine feste Verbindung zwischen dem Gaspedal und der Drosselklappe, woraus das erwähnte Voreilen der Luftstromänderung gegenüber der Änderung der Treibstoffzufuhr resultiert, und daraus wiederum folgt im Teillastbereich ein schwacher Drehmomentanstieg, der dann im Bereich der Volllast stärker als erwünscht wird..
Es sind auch schon verschiedene Vergaser mit mehr als einer Drosselklappe bekannt. So beschreiben z.B. die US-PS 3 581 723, 2 326 791 und 3 561 412 jeweils eine Haupt- und Hilfs-Drosselklappe im Einlaßkanal eines Vergasers, wobei die Stellung der Hilfsdrosselklappe pneumatisch gesteuert wird. In allen genannten Fällen haben jedoch die Drosselklappen jeweils denselben Durchmesser und sind in demselben Querschnittsbereich des Lufteinlaßkanals des Vergasers angeordnet, so daß unter normalen Betriebsbedingungen die vordere Drosselklappe einen bestimmenden Einfluß auf Druckänderungen im Saugrohr hat.
Fo 9392 HG/2.7.84
Die US-PS 2 9o4 o25 beschreibt ein Treibstoffeinspritzsystem mit einer Pumpe, die durch ein mechanisches Gestänge direkt mit einem Handhebel 27 verbunden ist, welcher auch eine Drosselklappe 25 steuert. In Strömungsrichtung hinter dieser Drosselklappe befindet sich eine weitere, durch einen Thermostat gesteuerte Drosselklappe.
Die US-PS 4 276 862 zeigt eine Vielzahl von Drosselklappen in einem Einlaßkanal mit Treibstoffeinspritzung. Die Strömung durch den Kanal wird durch die unterste Drosselklappe gesteuert.
Schließlich zeigt die US-PS 4 253 44o eine durch ein Pedal betätigte Drosselklappe und eine automatisch betätigte vordere Drosselklappe zum Zweck, das Vakuum zwischen den Drosselklappen konstant zu halten.
Es ist auch bei den drei zuletzt genannten Vorveröffentlichungen festzustellen, daß jeweils beide Drosselklappen denselben Durchmesser haben und in demselben Querschnittsbereich des Einsatzkanals angeordnet sind. Unter normalen Arbeitsbedingungen des Motors hat deshalb die obere Drosselklappe einen bestimmenden Einfluß auf Änderungen der Strömung und den Unterdruck im Kanal.
Es erscheint aus den vorgenannten Gründen vorteilhaft, ein elektronisch gesteuertes Treibstoffeinspritzsystem zu benutzen, bei welchem eine Änderung der Gaspedalstellung die Drehmomentanforderung des Fahrers unmittelbar auf die Treibstoffzufuhr überträgt, wobei ein Computer eine Anzahl elektronisch gesteuerter Servomechanismen betätigt, welche dafür sorgen, daß sich die Treibstoffzufuhr gleichzeitig mit einer Änderung der Stellung der Drosselklappe ändert.
Der Erfindung liegt in diesem Zusammenhang die Aufgabe zugrunde, eine Steuervorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche auch bei Ausfall des elektrischen Systems zuverlässig funktioniert, unabhängig davon, ob die elektronisch bzw. elektrisch gesteuerte hintere Drosselklappe in einer mehr oder weniger weit geöffneten Stellung verharrt.
Die Lösung der vorstehenden Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegeben.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Zeichnungsfigur zeigt schematisch ein Drosselklappengehäuse 1o mit einem im wesentlichen stufenförmig abgesetzten Luft-Treibstoff/Luft-Kanal 12. Letzterer ist an seinem oberen Ende 14 zur Umgebungsluft offen, so daß dort im wesentlichen Atmosphärendruck herrscht. Normalerweise wird das offene Ende 14 des Kanals mit der Ausgangsseite eines herkömmlichen trokkenen Luftfilters verbunden (nicht gezeigt), welches normalerweise bei Kraftfahrzeugmotoren mit innerer Verbrennung verwendet wird. Der untere Bereich 16 des Kanals 12 sitzt auf dem Saugrohr 18 und hat Anschluß an dieses, so daß er auch dem sich ändernden Unterdruck im Saugrohr ausgesetzt ist.
Der Einlaßkanal 12 enthält ein Paar scheibenförmiger Drosselklappen 2o und 22, die mit axialem Zwischenabstand angeordnet und jeweils getrennt auf Wellen 24, 26 montiert sind, deren jede drehbar in den Seitenwänden des Gehäuses 1o gelagert sind. Die Drosselklappen können von der im wesentlichen geschlossenen Stellung, die gezeigt ist, in nahezu senkrechte, weit geöffnete Stellungen gedreht werden, wonach sie einen vernachlässigbar geringen Einfluß auf den Luftstrom durch das Gehäuse haben.
Wie gezeigt, hat die vordere bzw. obere Drosselklappe 2o einen größeren Durchmesser als die hintere bzw. untere Drosselklappe 22 und arbeitet in einem weiteren Querschnittsbereich bzw. Bohrungsabschnitt 28 des Gehäuses 1o. Die Achse der Drosselklappe 2o ist über ein Gestänge 3o und einen Hebel 32 drehfest mit. einem herkömmlichen Kraftfahrzeug-Gaspedal 34 verbunden, welches schwenkbar am Fahrzeugkörper gelagert ist. Ebenfalls drehfest verbunden mit der Achse des Drosselklappe 2o ist ein Potentiometer 36, welches die Funktion hat, die Stellung des Gestänges 3o, und damit auch des Gaspedals 34, abzufühlen. Das schwankende Spannungs-Ausgangssignal des Potentiometers 36 wird dann über ein Kabel 38 zu einem schematisch angedeuteten Mikroprozessor
oder Computer 4o geleitet, um zu jeder Zeit die Stellung des Gaspedals 34 zu ermitteln. Diese Information wird danach in ein elektrisches Ausgangssignal umgewandelt u,nd über eine Leitung 42 einem Servomotor 44 zugeführt. Letzterer ist durch ein Gestänge 46 mit der Welle 26 der hinteren bzw. unteren Drosselklappe 22 verbunden, um diese entsprechend zu bewegen, wie dies vom Computer 4o im Zusammenwirken mit der Bewegung der Drosselklappe 2o und des Gaspedals 34 vorgegeben wird.
Gleichzeitig wird das Ausgangssignal des Computers 4o über ein Kabel 48 zu einer schematisch bei 5o angedeuteten Einspritzpumpe geleitet. In diesem Fall würde die Einspritzpumpe dem Motor Treibstoff zuführen zur Gemischbildung mit der Luft, die durch das Gehäuse 1o strömt, um eine vorbestimmte Treibstoff/Luft-Ladung zu erhalten. Die nicht gezeigte Treibstoff-Einspritzvorrichtung könnnte sich unmittelbar über dem offenen Ende 14 des Kanals 12 befinden, wenn der Treibstoff an einem einzigen Punkt direkt in den Einlaßkanal eingeführt werden soll. Dies würde dann neben der oberen Drosselklappe 2o geschehen. Alternativ könnten individuelle Einspritzventile neben jedem der Einlaßöffnungen der Motorzylinder angeordnet sein, oder ein oder mehrere Einspritzvorrichtungen könnten, falls gewünscht, am Saugrohr 18 angebracht sein. Die Einzelheiten der Ausführung und des Betriebs des Treibstoffsystems brauchen hier nicht erläutert zu werden, da sie bekannt sind und für das Verständnis der Erfindung nicht gebraucht werden.
Das Saugrohr 18 hat einen abgezweigten Einlaß 52 für die Rückführung von Abgasen aus einem Abgasrückführungskanal 54 in den Motor- Der Kanal 54 wird durch ein scheibenförmiges Schmetterlingsventil 56 gesteuert, dessen Ventilscheibe fest auf einer drehbar in der Wand des Kanals 54 gelagerten Welle 58 sitzt» Das Ventil 56 wird durch einen Servomotor 6o zwischen der offenen und geschlossenen Stellung umgeschaltet, und zu diesem Zweck sind beide durch ein schematisch angedeutetes Gestänge miteinander verbunden. Der Servomotor erhält seine elektrische Eingangsleistung über das Kabel 64, welches, wie gezeigt, an den Computer 4o angeschlossen ist. Eine Fühleinrichtung 66 kann
dem Computer 4o zusätzliche Informationen liefern, wie z.B. die Saugrohrtemperatur oder den Unterdruck usw.
Bevor die Funktionsweise beschrieben wird, sollte bemerkt werden, daß in diesem Fall die obere Drosselklappe 2o in geschlossener Stellung unter einem bestimmten Winkel zur Horizontalen von z.B. 15° liegt,der größer ist als der Winkel, den die untere Drosselklappe 22 in geschlossenem Zustand einnimmt. Letzterer beträgt z.B. 8°. Außerdem ist der Querschnittsbereich, in welchem die Drosselklappe 2o arbeitet, beträchtlich größer, z.B. um 45%, als die Querschnittsfläche, in welcher die untere Drosselklappe 22 liegt. Schließlich sollte beachtet werden, daß sich die Oberkante 68 der Drosselklappe 2o im geschlossenen Zustand nur geringfügig unterhalb der Oberkante des Gehäuses 1o befindet»
Durch die genannten Anforderungen soll sichergestellt werden, daß dann, wenn beim Niederdrücken des Gaspedals 34 die vordere, größere Drosselklappe 2o öffnet, der von dieser gesteuerte Strömungsquerschnitt sich sehr schnell vergrößert. Damit wird erreicht, daß die nachfolgenden Strömungs- und Unterdruckänderungen im Kanal 12 bei normalen Betriebsbedingungen durch die servobetätigte untere Drosselklappe 22 gesteuert werden. Mit anderen Worten, der Druckabfall an der Drosselklappe 2o ist normalerweise im wesentlichen vernachlässigbar. Er beträgt z.B. nur 1/1 ο des Druckabfalls an der unteren Drosselklappe 22. Unter normalen Betriebsverhältnissen beeinflusst die obere Drosselklappe 2o demnach nur den Treibstofffluß, aber nicht den Luftstrom. Dies ergibt sich nicht aus der Winkelstellung der Drosselklappe 2o, sondern aus der Winkelstellung des Potentiometers 36. Speziell wird z.B. dann, wenn die untere Drosselklappe 22 in die weit geöffnete bzw. senkrechte Position gestellt worden ist„ um maximalen Luftstrom zu erhalten, die obere Drosselklappe 2o nur bis zu 6o% ihrer vollen Öffnungsbewegung geöffnet, und zwar bestimmt durch die Stellung des Gaspedals 34. Letzteres ist unter den genannten Umständen beispielsweise nur teilweise niedergedrückt und verlangt nur nach einer geringeren Treibstoffzufuhr. Dies wird von dem Potentio-
meter 36 abgefühlt, während, wie vorstehend angegeben, die Drosselklappe 2o nur bis zu einer zu 6o% offenen Stellung geöffnet wird. Die Drosselklappe 2o selbst übt in dieser Stellung keinen Einfluß' auf den Luftstrom aus, sondern nur auf den Treibstofffluß und die Leistung. Das Luft/Treibstoffverhältnis kann z.B. in dieser Stellung mit 2o:1 verhältnismäßig mager sein. Wird das Gaspedal noch weiter niedergedrückt, so führt dies nur dazu, daß mehr Treibstoff zugeführt, die Leistung erhöht und das Luft/Treibstoff-Verhältnis auf z.B. 12:1 angereichert wird. Bei diesem Vorgang dreht sich das Potentiometer 36 weiter, ohne daß sich die Stellung der Drosselklappe 23 ändert.
Während des Betriebs nehmen die Drosselklappen im Leerlauf des Motors bzw. bei nicht betätigtem Gaspedal 34 die in der Zeichnung gezeigten Stellungen ein. Dabei steuert die Drosselklappe 22 den Luftstrom so, daß die Motordrehzahl z.B. 6oo Upm beträgt. Die 15°-Winkelstellung der oberen Drosselklappe 2o würde einen begrenzten größeren Luftstrom zulassen. Wenn z.B. aus irgend einem Grund die Steuerung der unteren Drosselklappe 22 ausfällt und sich diese weiter öffnet, übernimmt die obere Drosselklappe 2o die Funktion der Steuerung des Leerlauf-Luftstroms. Dieser würde dann z.B. eine etwas höhe Leerlaufdrehzahl von z.B. 12oo üpm zulassen, aber das Hochdrehen der Maschine verhindern.
Im Leerlauf ist nur geringe oder keine Abgasrückführung erforderlich, und dementsprechend bleibt die Klappe 56 in der gezeigten geschlossenen Stellung. Wird dann aber das Gaspedal 34 niedergedrückt, verschwenkt durch die beschriebene direkte mechanische Verbindung die Drosselklappe 2o in eine geöffnete Stellung, damit dreht sich auch das Potentiometer 36, und dieses gibt dem Computer 4o ein Signal, so daß dieser einen bestimmten Treibstofffluß einstellt und außerdem ein Ausgangssignal an den Servomotor 44 gibt, damit letzterer die untere Drosselklappe 22 in einem bestimmten Maße öffnet, um den gewünschten Luftstrom zu erzeugen»
Eine Schließbewegung der Drosselklappe 2o mittels des Gaspedals 34 verursacht eine Verringerung des Treibstoffflusses infolge Drehung des Potentiometers 36 und Verschwenken der Drosselklappe 22 in Schließrichtung, um den Luftstrom zu verringern. Bei einer Fehlfunktion des elektrischen Systems kann evt. der Servomotor 44 versagen, so daß die untere Drosselklappe 22 nicht geschlossen wird. Wegen der unmittelbaren mechanischen Verbindung zwischen dem Gaspedal 34 und der vorderen Drosselklappe 2o wird diese jedoch auf jeden Fall geschlossen, unabhängig von der Stellung der unteren Drosselklappe 22. Damit wird auf jeden Fall die Steuerung des Luftstroms durch das Gehäuse 1o mittels der Drosselklappe 2o entsprechend der Gaspedalstellung sichergestellt. Im vorgenannten Beispielsfall drosselt die Drosselklappe 2o den Luftstrom im Leerlauf so, daß die Motordrehzahl z.B. 12oo bis 15oo Upm nicht übersteigt.
Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß die Anmeldung ein Drosselgehäuse mit einer zweiten bzw. zusätzlichen Drosselklappe beschreibt, deren Steuerung des in den Motor eingesaugten Luftstroms zu bestimmten Zeiten der sonstigen Steuerung vorgeht und unmittelbar abhängig ist von der Bewegung des Gaspedals des Fahrzeugs. Es ist weiterhin ersichtlich, daß die durch einen Servomotor betätigte Hauptdrosselklappe für die Steuerung der Änderungen des Unterdrucks im Saugrohr und des LuftStroms während der normalen Betriebsbedingungen sorgty und zwar in Abhängigkeit von der Größe und Winkelstellung der mechanisch mit dem Gaspedal gekoppelten, vorgelagerten zweiten Drosselklappe, die unter normalen Betriebsbedingungen im wesentlichen nur einen vernachlässigbar geringen Einfluß ausübt.
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Claims (8)

  1. _ ι —
    Patentansprüche
    Λ J Luft-Treibstoff/Luft-Steuervorrichtung für Fahrzeugmotoren mit innerer Verbrennung, bestehend aus einem Gehäuse mit einem an einem Ende zur Umgebungsluft offenen Luft-Treibstoff/Luft-Kanal, dessen anderes Ende durch Anschluß an das Saugrohr des Motors mit dem dort herrschenden schwankenden Unterdruck beaufschlagt ist, und mit zwei in dem Kanal in Strömungsrichtung mit Zwischenabstand angeordneten, in Abhängigkeit von Bewegungen eines Gaspedals steuerbaren Drosselklappen, dadurch gekennzeichnet, daß die vordere Drosselklappe (2o) in einem weiteren Querschnittsbereich des Kanals (12) angeordnet ist und einen größeren Durchmesser hat als die hintere Drosselklappe (22), so daß die letztere unter normalen Betriebsbedingungen den Luftstrom durch den Kanal (12) steuert, und daß die vordere Drosselklappe (2o) zwangläufig mit dem Gaspedal (34) und unabhängig von der hinteren Drosselklappe (22) in die geschlossene Stellung zurückführbar ist.
  2. 2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsflächen derart ausgelegt sind, daß im Vergleich zur Druckdifferenz an der geschlossenen hinteren Drosselklappe (22) der Druckabfalls in dem Kanal(12)zwischen den beiden Drosselklappen (2o, 22) gering ist.
  3. 3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennz eichnet, daß die vordere Drosselklappe (2o) in der geschlossenen Stellung eine weiter in Öffnungsrichtung liegende Drehwinkelstellung einnimmt als'die hintere Drosselklappe.
    Fo 9392 HG/2.7.84
  4. 4. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daß sich die Oberkante (68) der geschlossenen vorderen Drosselklappe (2o) in Strömungsrichtung dicht hinter dem offenen Ende (14) des Kanals (12) befindet, so daß sich zu Beginn des Öffnungsvorgangs ihr Durchlaßguer schnitt schnell vergrößert«,
  5. 5. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die hintere Drosselklappe (22) durch einen in Abhängigkeit von der Stellung des Gaspedals (34) steuerbaren Servomotor
    (44) verstellbar ist.
  6. 6. Steuervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaspedalstellung durch einen Sensor (36) aufnehmbar ist, und der elektrisch betätigbare Servomotor (44) durch einen mit diesem verbundenen Mikroprozessor (4o) steuerbar ist.
  7. 7. Steuervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e kennze ichnet, daß die vordere Drosselklappe (2o) über ein Gestänge (3o, 32) mit dem Gaspedal (34) verbunden ist und der Sensor (36) ein drehfest mit ihr verbundenes Glied hat.
  8. 8. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (12) einen im wesentlichen stufenförmig abgesetzten Verlauf hat, wobei die vordere Drosselklappe (2o) im weiteren und die hintere Drosselklappe (22) im engeren Kanalabschnitt angeordnet ist.
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