DE3736685A1 - Stelleinrichtung zur beeinflussung der leistung einer brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Stelleinrichtung zur Beeinflussung der Leistung einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Es ist bereits ein Regelsystem bekannt, das abhängig von Fahrzeuggeschwindigkeit und Motordrehzahl die Motordrosselklappe im begrenzenden Sinn beeinflußt, um übermäßige Fahrzeuggeschwindigkeit und Motorschäden zu verhindern. Das bekannte Regelsystem umfaßt dazu außer der üblichen, durch ein Gestänge mit dem Gaspedal verbundenen, Drosselklappe im Luftansaugkanal eine zweite nachgeschaltete Drosselklappe, deren Öffnungswinkel allein durch die Stellgröße der Regeleinrichtung bestimmt ist. Diese Anordnung hat gegenüber anderen bekannten Stelleinrichtungen, bei denen sowohl der Fahrer als auch die Regeleinrichtung einander überlagernd auf die einzige Drosselklappe einwirken, den Vorzug der größeren Einfachheit und Rückwirkungsfreiheit, sie erhöht jedoch die Baulänge des Ansaugkanals in unerwünschter Weise.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Stelleinrichtung nach der Gattung so weiterzubilden, daß eine Vielzahl von Regelfunktionen unabhängig von der Stellung des Gaspedals ausführbar sind. Insbesondere sollen alle das Drehmoment und/oder die Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder die Geschwindigkeit des damit ausgerüsteten Fahrzeugs begrenzenden Funktionen unabhängig vom Willen des Fahrers durchführbar sein. Ferner soll die Baulänge der Stelleinrichtung nur unwesentlich, nach einer bevorzugten Ausführungsform überhaupt nicht, größer sein als bei Verwendung nur einer Drosselklappe.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen. Dabei ist vorteilhaft, daß die Bewegungen der Drosselklappen um ihre jeweiligen Drehachsen unabhängig voneinander erfolgen kann. Weiter ist vorteilhaft, daß als zusätzliche Sicherheit beim Bruch von Rückstellfedern beide Drosselklappen im Sinne größter Restsicherheit unter dem Einfluß der Druckdifferenz im Ansaugrohr gedreht werden.

Weitere vorteilhafte Maßnahmen und Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Generell geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß jede Drosselklappe üblicher Bauart zwischen der völlig geschlossenen Stellung und der voll geöffneten Stellung maximal um einen Weg von im Bogenmaß entsprechend 90° im Winkelmaß, geschwenkt wird. Entsprechend bestreichen die beiden Flügel der Drosselklappenscheibe in der Ansicht auf die Drehachse entweder den ersten und dritten oder den zweiten und den vierten Quadranten, so daß wenigstens einer der nicht bestrichenen Quadranten oder auch alle beide für die Bewegung der zweiten Drosselklappe nutzbar sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in nachfolgender Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel schematisch im Längsschnitt,

Fig. 2 ein anderes Ausführungsbeispiel in gleicher Darstellung,

Fig. 3 die Ausführungsform nach Fig. 2 in abweichender Schnittdarstellung.

In Fig. 1 weist der Drosselklappenstutzen 11 eine erste Drosselklappe 12 auf, die in bekannter Weise mechanisch mit dem Fahrpedal verbunden ist. Diese Verbindung kann entweder über ein Gestänge oder einen Kabelzug erfolgen. Die Drosselklappe 12 ist mit der Achse 13 etwas außermittig gelagert und läßt sich um diese Achse 13 von der gestrichelt dargestellten Schließstellung in die durchgezogen dargestellte Offenstellung mittels des Fahrpedals bewegen. Dabei überstreichen die beiden Flügel der Drosselklappe 12 die Quadranten II und IV.

Unterhalb der Drosselklappe 12 ist im Drosselklappenstutzen 11 eine zweite Drosselklappe 14 auf der Achse 15 gelagert, die ebenfalls von der gestrichelt dargestellten Schließstellung in die durchgezogen dargestellte Offenstellung mittels einer der bekannten Regeleinrichtungen gedreht werden kann. Dabei überstreichen die beiden Hälften der Drosselklappe 14 ebenfalls die Quadranten II und IV.

Da jeweils die Quadranten I und III frei bleiben, kann erfindungsgemäß die Welle 15 zur Lagerung und zum Antrieb der Drosselklappe 14 auf einen Abstand an die Welle 13 der Drosselklappe 12 herangerückt sein, der nur wenig größer als der halbe Durchmesser des Drosselklappenstutzens 11 ist. Infolgedessen beträgt die Länge L 1 des Drosselklappenstutzens 11 nur etwa das 1,5-fache der Länge eines üblichen Drosselklappenstutzens, der lediglich eine einzige Drosselklappe enthält.

Die außermittige Lagerung der beiden Drosselklappen 12, 14 erfolgt vorteilhaft in der Weise, daß bei der manuell betätigten Drosselklappe 12 der Drosselklappenflügel mit dem größeren Flächenanteil in der Offenstellung dem durch den Pfeil 16 dargestellten Luftstrom entgegensteht, während bei der Drosselklappe 14 der Flügel mit dem größeren Flächenanteil stromabwärts gerichtet ist. Dadurch ergibt sich ein doppelter Sicherheitsgewinn: Wenn nämlich die mechanische Verbindung zwischen dem Fahrpedal und der Drosselklappe 12 unterbrochen ist, wird die Drosselklappe 12 unter dem Einfluß der (nicht dargestellten) Rückholfeder in die Schließstellung bewegt. Wenn auch noch die Feder gebrochen oder sonstwie unwirksam sein sollte, bewirkt der Luftstrom im Drosselklappenstutzen 11, daß bei der Drosselklappe 12 die Kräfte auf den Drosselklappenflügel mit dem größeren Flächenanteil zum selbsttätigen Übergang in die Schließstellung führt.

Ein gleichartiger Fehler der Kopplung zwischen der Drosselklappe 14 und der Regeleinrichtung führt bei der Drosselklappe 14 zu einer vollständigen Öffnung des Querschnitts, so daß ein Ausfall die Normalfunktion der manuell betätigten Drosselklappe 12 nicht beeinträchtigt.

In Fig. 2 erfüllen die beiden Drosselklappen 22 und 24 im Drosselklappenstutzen 21 die gleichen Funktionen wie die im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Drosselklappen 12 und 14. Aus Gründen der Einsparung von Bauhöhe sind die beiden Drosselklappen 22, 24 gleichachsig auf der Achse 23 gelagert. Einzelheiten der Ausbildung der Drosselklappen 22, 24 und ihrer Lagerung sind in Fig. 3 dargestellt und dort näher beschrieben. Die Drosselklappen 22, 24 sind ebenfalls außermittig gelagert, so daß sie im Havariefall unter dem Einfluß des durch den Drosselklappenstutzen 21 strömenden Luftstroms in Richtung des Pfeils 26 selbsttätig geschlossen (manuell betätigte Drosselklappe 22) oder geöffnet (durch Regeleinrichtung betätigte Drosselklappe 24) werden.

Die Betätigungsrichtung der Drosselklappe 24 ist gegenüber der Anordnung nach Fig. 1 spiegelbildlich. Infolgedessen beschreibt die Drosselklappe 24 zwischen ihrer Schließ- und Öffnungsstellung einen Viertelkreis, wobei die Quadranten I und III bestrichen werden, während die Drosselklappe 22 analog der Darstellung in Fig. 1 zwischen ihrer Schließ- und Öffnungsstellung einen Viertelkreis beschreibt, wobei beide Drosselklappenflügel die Sektoren II und IV belegen. Wie ersichtlich, sind die Bewegungen der beiden Drosselklappen 22 und 24 bei unabhängiger Lagerung voneinander völlig unabhängig, so daß die angestrebten Funktionen trotz geringster Bauhöhe des Drosselklappenstutzens 21 vollkommen erfüllt werden.

Es ist jedoch auch möglich, die Grundstellung der Drosselklappe 24 der Bewegung der Drosselklappe 22 über den elektrischen Antrieb stets so nachzuführen, daß deren Drosselwirkung nur unwesentlichen Einfluß auf die Gesamtdrosselwirkung hat. Dies kann wünschenswert sein, damit die Ansprechzeit für den Regeleingriff der die Drosselklappe 24 betätigenden Regeleinrichtung minimiert wird.

In Fig. 3 ist schematisch mit 31 der freie Querschnitt des Drosselklappenstutzens 32 bezeichnet, durch den die von der Brennkraftmaschine angesaugte Luft in Richtung des Pfeils 33 strömt.

Eine erste Drosselklappe 34 ist auf der quer zur Strömungsrichtung in den Lagern 36, 37 gelagerten Welle 35 befestigt. Die Welle 35 wird durch den an ihr befestigten Hebel 38 bewegt und durch die Rückholfeder 39 in ihre Schließstellung gezogen. Der Hebel 38 weist an seinem freien Ende eine Aufnahmeeinrichtung 39 für den (nicht dargestellten) Nippel des Gaszugs auf, mit dem der Hebel 38 und damit die Welle 35 mit der Drosselklappe 34 verdreht wird, wenn der Hebel 38 entsprechend dem Willen des Fahrers aus seiner Ruhelage bewegt wird. Ein lose auf der Welle 35 nahe deren stirnseitigem Ende gelagerter Hebel 40 ist an seinem freien Ende durch den Kugelkopf 41 über das (nicht dargestellte) Gestänge mit der Regeleinrichtung verbunden und weist nahe dem freien Ende einen Mitnehmerzapfen 42 auf, der den Hebel 38 in einer Bewegungsrichtung mitnimmt und, gesteuert von einer Regeleinrichtung, beispielsweise beim plötzlichen Zurücknehmen des Fahrpedals die Drosselklappe 34 nur verzögert in die Schließstellung gelangen läßt, um den übermäßigen Ausstoß unverbrannter Kohlenwasserstoffe im Schubbetrieb zu vermeiden.

Die Drosselklappe 34 ist auf der Welle 35 nur etwa zur Hälfte ihrer Breitenabmessung befestigt. Auf der Welle 35 ist in den Lagern 43, 44 eine Hohlwelle 45 drehbar gelagert, die auf einem Teil ihrer Länge, der in die Drosselklappe 34 ragt, eine zweite Drosselklappe 46 trägt. Eine Dichtung 47 in der Wandung des Drosselklappenstutzens 32, die die Hohlwelle 45 umfaßt, dichtet den Drosselquerschnitt 31 gegen Falschluft und die Umgebung gegen das Austreten von Kraftstoff oder Ölanteilen ab. Die Drosselklappe 34 ist ebenso wie die Drosselklappe 46 bis zur halben Breite geschlitzt, so daß die Drosselklappen einander möglichst luftdicht, aber frei beweglich, umfassen.

Die Hohlwelle 45 ist an ihrem freien Ende mit dem beweglichen Teil 48 einer elektrischen Stelleinrichtung 48, 49 verbunden, die abhängig von den Ausgangssignalen wenigstens einer Regeleinrichtung die Drosselklappe 46 im Sinne einer Verringerung des Luftdurchflußquerschnittes verstellen kann. Diese Regeleinrichtungen können Drehzahlbegrenzer, Drehmomentenregler, Antischlupfregler und ähnliches sein. Es ist jedoch auch denkbar, daß die Drosselklappe 46 im Sinn einer gleichbleibenden Fahrzeuggeschwindigkeit als Geschwindigkeitsregelorgan eingesetzt ist, wenn gleichzeitig die durch den Fahrer manuell betätigte Drosselklappe 34 in ihrer voll geöffneten Position verharrt. Am beweglichen Teil 48 der elektrischen Stelleinrichtung ist ein Ende einer Rückholfeder 50 befestigt, deren anderes Ende an der Wandung des Drosselklappenstutzens 32 festgelegt ist. Die Rückholfeder 50 dreht den beweglichen Teil 48 der elektrischen Stelleinrichtung 48, 49 und damit die Hohlwelle 45 mit der darauf befestigten Drosselklappe 46 ohne Einwirkung von außen in die in der Fig. 1 (Bezugszeichen 14) und Fig. 2 (Bezugszeichen 24) dargestellte Offenstellung.

In vielen Fällen ist es erwünscht, über die jeweilige Stellung der Drosselklappen im Drosselklappenstutzen 32 ein elektrisch auswertbares Signal zu erhalten. Zu diesem Zweck ist an der Stirnseite der Welle 35 ein erster Schleifer 51 und an der Stirnseite der Hohlwelle 45 ein zweiter Schleifer 52 vorgesehen, die über verschiedene Quadranten einer entsprechend gestalteten Potentiometerwiderstandsbahn entsprechend den Bewegungen der Drosselklappen 34 und 46 bewegbar sind.

Claims (8)

1. Stelleinrichtung zur Beeinflussung der Leistung einer Brennkraftmaschine, mit einer ersten, im Ansaugweg der Luft liegenden, vom Willen des Fahrers unmittelbar beeinflußbaren ersten Drosselklappe und einer zweiten, im gleichen Ansaugweg liegenden, von Regeleinrichtungen der Brennkraftmaschine und/oder des Fahrzeugs beeinflußbaren zweiten Drosselklappe, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Drosselklappe (12) und die zweite Drosselklappe (14) in einem gemeinsamen Drosselklappenstutzen (11, 32) angeordnet sind.

2. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der beiden Drosselklappenachsen (13, 15) kleiner ist als der Durchmesser jeder Drosselklappe.

3. Stelleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen (13, 15 bzw. 23) wenigstens eine der beiden Drosselklappen (12, 14 bzw. 22, 24) außermittig zum Drosselquerschnitt im Drosselklappenstutzen (11, 21, 32) gelagert sind.

4. Stelleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselklappenflügel mit dem größeren Flächenanteil der ersten Drosselklappe (12, 22, 34) in Offenstellung stromauf weist und der Drosselklappenflügel mit dem größeren Flächenanteil der zweiten Drosselklappe (14, 24, 43) stromab weist.

5. Stelleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beide Drosselklapppen (22, 24 bzw. 34, 43) koaxial in ein und demselben Drosselklappenquerschnitt gelagert sind.

6. Stelleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Drosselklappe (34) ausgehend vom Rand etwa zur Hälfte ihres Durchmessers auf der einseitig im Drosselklappenstutzen (32) drehbar gelagerte Welle 35 befestigt ist und die zweite Drosselklappe (43) ausgehend von dem dem ersten Rand gegenüberliegenden Rand etwa zur Hälfte ihres Durchmessers auf einer Hohlwelle (41) befestigt ist und die Hohlwelle (41) die Welle 35 umschließt und einseitig im Drosselklappenstutzen (32) gelagert ist.

7. Stelleinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß die Welle (35) und die Hohlwelle (41) stirnseitig je einen Schleifer (48, 49) einer Potentiometeranordnung aufweisen.

8. Stelleinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß beide Potentiometeranordnungen Teil eines Doppelpotentiometers sind.