DE4315438A1 - Vorrichtung zur Regelung der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Regelung der Leer­ laufdrehzahl einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptan­ spruchs. Es ist schon eine derartige Vorrichtung bekannt (Development of air-assisted injector system, SAE [Society of Auto­ motive Engineers], Technical Paper Series 920294, Seiten 57/58, 1992), bei der ein erstes Ventilschließglied einen ersten Ventilöff­ nungsquerschnitt zu einer ersten Strömungsleitung und ein zweites Ventilschließglied einen zweiten Ventilöffnungsquerschnitt zu einer zweiten Strömungsleitung steuert. Die erste Strömungsleitung ist da­ bei mit einer Brennstoffzumeßeinrichtung der Brennkraftmaschine ver­ bunden und dient der Zufuhr eines Betriebsmittels, insbesondere von Ansaugluft, zur Brennstoffzumeßeinrichtung zwecks luftunterstützter Brennstoffeinspritzung. Die zweite Strömungsleitung ist direkt mit einem Ansaugkanal der Brennkraftmaschine stromabwärts einer im An­ saugkanal angeordneten Drosselklappe verbunden. Über die zweite Strömungsleitung kann Betriebsmittel zum Ansaugkanal und von dort ebenfalls der Brennkraftmaschine zugeführt werden. Erstes und zwei­ tes Ventilschließglied sind mittels eines aktivierbaren Stellantrie­ bes über ein Verstellglied entgegen der Kraft einer Ventilschließfe­ der in Ventilöffnungsrichtung verstellbar, wobei bei nicht aktivier­ tem Stellantrieb die Ventilschließglieder von der Ventilschließfeder in einer Ventilschließstellung gehalten werden. Dies hat den Nach­ teil, daß bei Ausfall des Stellantriebes im Leerlauf der Brennkraft­ maschine bei dann weitgehend geschlossener Drosselklappe die der Brennkraftmaschine zugeführte Betriebsmittelmenge nicht für alle möglichen Betriebszustände der Brennkraftmaschine ausreicht, so daß die Brennkraftmaschine beispielsweise bei zusätzlicher Belastung durch einen Generator oder durch erhöhten Reibungswiderstand bei kalter Brennkraftmaschine absterben kann. Darüber hinaus besteht die Gefahr, daß das Verstellglied nach längerem Stillstand der Brenn­ kraftmaschine beispielsweise infolge von Vereisung bei ungünstigen Witterungsbedingungen festsitzt.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Regelung der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftmaschine hat demgegenüber den Vorteil, daß auch bei Ausfall des Stellantriebes oder bei Festsitzen des Verstellgliedes infolge von Vereisung eine den Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschi­ ne auch unter Einfluß gewisser Störgrößen, wie Kälte, Generatorbela­ stung usw., aufrechterhaltende Betriebsmittelmenge der Brennkraftma­ schine zuführbar ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung verein­ facht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläu­ tert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Anordnung einer Vorrichtung zur Regelung der Leerlaufdrehzahl einer Brenn­ kraftmaschine und Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein Ausführungs­ beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist mit 1 ein Ansaugkanal bezeichnet, in dem ein Be­ triebsmittel, insbesondere Ansaugluft, von einem Betriebsmittelfil­ ter 2 zu einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftma­ schine 3 strömen kann. Der Strömungsquerschnitt des Ansaugkanals 1 ist über ein Drosselorgan, beispielsweise eine Drosselklappe 4 steuerbar, so daß je nach Drehwinkelstellung der Drosselklappe 4 im Ansaugkanal 1 mehr oder weniger Betriebsmittel zur Brennkraftmaschi­ ne 3 gelangt. In einem Abgasrohr 5 werden die beim Betrieb der Brennkraftmaschine 3 entstehenden Abgase gesammelt und abgeführt.

Die Drosselklappe 4 wird parallel überbrückt von einer erfindungsge­ mäßen Vorrichtung 10 zur Regelung der Leerlaufdrehzahl der Brenn­ kraftmaschine 3, mittels der insbesondere eine im Leerlauf der Brennkraftmaschine 3 (also bei geschlossener Drosselklappe 4) der Brennkraftmaschine 3 zuzuführende Betriebsmittelmenge steuerbar ist. Die Vorrichtung 10 ist über eine Betriebsmittelzuführleitung 33 bei­ spielsweise mit einem stromaufwärts der Drosselklappe 4 liegenden Bereich 7 des Ansaugkanals 1 verbunden. Ferner ist die Vorrichtung 10 über eine erste Strömungsleitung 34 mit einer Brennstoffzumeßein­ richtung 6, beispielsweise mit Brennstoffeinspritzventilen 6a, und über eine zweite Strömungsleitung 35 mit einem Bereich 36 des An­ saugkanals 1 stromabwärts der Drosselklappe 4 verbunden.

Die in Fig. 2 näher dargestellte Vorrichtung 10 gliedert sich im wesentlichen in einen Antriebsteil 11 mit einem Antriebsgehäuse 12 und einen Stellteil 13 mit einem Stellergehäuse 14. Das Antriebsge­ häuse 12 ist beispielsweise aus Kunststoff gefertigt und enthält ei­ nen Induktionskern 17, der von einer auf einem Spulenkörper 18 auf­ gebrachten Wicklung 19 und einem ferromagnetischen Ringkörper 20 um­ geben ist. Die Teile 17, 18, 19 und 20 können beispielsweise durch Umspritzung mit Kunststoff im Antriebsgehäuse 12 festgelegt sein und bilden einen Stellantrieb der Vorrichtung 10. Die Wicklung 19 ist mit elektrischer Spannung beaufschlagbar, so daß sich zwischen den Teilen 17, 19 und 20 ein Magnetfeld in bekannter Weise bilden kann, dessen Stärke dem Erregungszustand der Wicklung 19 entspricht.

An der dem Stellteil 13 zugewandten Stirnseite des Induktionskerns 17 ist ein sich in axialer Richtung erstreckender Lagerzapfen 21 konzentrisch zum Induktionskern 17 ausgebildet. Auf dem Lagerzapfen 21 ist ein Verstellglied 22, beispielsweise eine Schiebehülse aus Kunststoff, ohne nennenswertes Radialspiel axial verschiebbar gela­ gert, wobei der Lagerzapfen 21 zumindest teilweise in einer im Ver­ stellglied 22 axial ausgebildeten, durchgehenden Lageröffnung 23 an­ geordnet ist. Das Verstellglied 22 ist auf seiner dem Induktionskern 17 zugewandten Seite mit einem ringförmigen, ferromagnetischen Anker 24 starr verbunden, auf den bei Erregung der Wicklung 19 eine magnetische Anziehungskraft zum Antriebsteil 11 hin wirkt. Der In­ duktionskern 17 ragt teilweise in eine im Anker 24 befindliche, kon­ zentrische Ringöffnung 24a und hat eine kegelmantelförmige Außenflä­ che 25, die mit einer am Anker 24 ausgebildeten, kegelmantelförmigen Innenfläche 26 korrespondiert. Das Verstellglied 22 ist von einem Anschlagkörper 27 umgeben, der fest mit dem Verstellglied 22 verbun­ den ist oder auch vom Verstellglied 22 selbst gebildet wird. Am An­ schlagkörper 27 greift eine Rückstellfeder 28 an, die sich anderer­ seits an einem fest mit dem Antriebsgehäuse 12 verbundenen Deckel 29 abstützt und die das Verstellglied 22 mit einer der Anziehungskraft des Antriebsteils 11 entgegengerichteten Rückstellkraft beauf­ schlagt, so daß zwischen Anker 24 und Induktionskern 17 eine je nach Erregungszustand der Wicklung 19 mehr oder weniger große Überdeckung gebildet wird.

Das Stellergehäuse 14 bildet eine zum Antriebsteil 11 gerichtete zylindrische Aufnahmeöffnung 32, in die das Antriebsgehäuse 12 teil­ weise einschiebbar ist und die dadurch nach außen hin abgeschlossen wird. Antriebsgehäuse 12 und Stellergehäuse 14 sind durch Verschrau­ bung bzw. Vernietung beispielsweise mittels eines Flansches oder in sonstiger geeigneter Weise miteinander verbindbar. Zwischen An­ triebsgehäuse 12 und Stellergehäuse 14 kann eine Distanzscheibe 30 angeordnet sein. Ferner bildet das Stellergehäuse 14 mit seiner Wan­ dung die beispielsweise zum Lagerzapfen 21 koaxiale Betriebsmittel­ zuführleitung 33, die erste Strömungsleitung 34 zur Verbindung der Vorrichtung 10 mit der Brennstoffzumeßeinrichtung 6 und die zweite Strömungsleitung 35 zur Verbindung der Vorrichtung 10 mit dem Be­ reich 36 des Ansaugkanals 1 stromabwärts der Drosselklappe 4 (Fig. 1). Die Leitungen 33, 34 und 35 können auch separat ausgebildet sein und in bekannter Weise (beispielsweise mittels Steck-, Schraub- oder Schnappverbindungen) mit dem Stellergehäuse 14 verbunden sein. Es ist auch denkbar, daß das Stellergehäuse 14 von einer Wandung des Ansaugkanals 1 gebildet wird bzw. an der Wandung selbst ausgebildet ist.

Erste und zweite Strömungsleitung 34, 35 weisen jeweils in radialer Richtung aus dem Stellergehäuse 14. Die über die erste Strömungslei­ tung 34 der Brennstoffzumeßeinrichtung 6 zuführbare Betriebsmittel­ menge ist über ein erstes Steuerventil 40 steuerbar. Das erste Steuerventil 40 weist einen ringförmigen ersten Ventilsitz 41 auf, der von der Wandung der Betriebsmittelzuführleitung 33 gebildet wird und der beispielsweise kegelstumpfförmig ausgebildet ist. Ein Ven­ tilschließglied 42 liegt mit einer entsprechend dem ersten Ventil­ sitz 41 kegelstumpfförmig ausgebildeten ersten Ventilfläche 43 am ersten Ventilsitz 41 an. Das erste Ventilschließglied 42 versperrt im in der Zeichnung dargestellten Schließzustand der Vorrichtung 10 einen ersten Ventilöffnungsquerschnitt 44, über den bei vom ersten Ventilsitz 41 abgehobenem Ventilschließkörper 42 Betriebsmittel aus der Betriebsmittelzuführleitung 33 zur ersten Strömungsleitung 34 gelangen kann. Durch Ausbildung des ersten Steuerventils 40 als Ke­ gelventil ist beim Schließen des Steuerventils 40 eine Zentrierwir­ kung und damit eine sehr gute Dichtwirkung erzielbar.

Mittels eines zweiten Steuerventils 50 mit einem zweiten Ventil­ schließglied 51 ist der über die zweite Strömungsleitung 35 der Brennkraftmaschine 3 zuführbare Betriebsmittelstrom steuerbar. Die Zuführung von Betriebsmittel über die zweite Strömungsleitung 35 zur Brennkraftmaschine 3 ist insbesondere dann erforderlich, wenn die über die erste Strömungsleitung 34 zuführbare Betriebsmittelmenge für die Aufrechterhaltung einer gewünschten Drehzahl der Brennkraft­ maschine 3 allein nicht ausreicht. Aus diesem Grund soll das zweite Steuerventil 50 erst dann eine Öffnungsstellung einnehmen können, wenn über das erste Steuerventil 40 bereits eine maximale Betriebs­ mittelmenge der Brennkraftmaschine 3 zugeführt wird.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind erstes und zweites Ventil­ schließglied 42, 51 an einem gemeinsamen Ventilschließkörper 46 aus­ gebildet, der von einer Ventilschließfeder 47 in Ventilschließrich­ tung beaufschlagt wird, die sich andererseits am Deckel 29 abstützt. Der Ventilschließkörper 46 ist als Hohlkörper ausgebildet und wird vom Verstellglied 22 mit großem radialen Spiel durchragt. Ein am Ventilschließkörper 46 ausgebildeter Bund 52 hat eine zylindrische radiale Begrenzungsfläche, die das zweite Ventilschließglied 51 bil­ det. Das zweite Ventilschließglied 51 ragt dazu zumindest teilweise in eine an der Wandung des Stellergehäuses 14 in Strömungsrichtung hinter dem ersten Steuerventil 40 liegende zylindrische Ventilauf­ nahmeöffnung 53. Zwischen zweitem Ventilschließglied 51 und Ventil­ aufnahmeöffnung 53 ist ein möglichst geringer Radialspalt vorhanden, der einerseits ein axiales Verschieben des Ventilschließkörpers 46 zuläßt, über den andererseits nur eine geringe Betriebsmittelleck­ strömung zur zweiten Strömungsleitung 35 erfolgt. Zusätzlich kann vorgesehen sein, daß in Schließrichtung des ersten Steuerventils 40 bei dann am ersten Ventilsitz 41 anliegendem ersten Ventilschließ­ glied 42 das zweite Ventilschließglied 51 mit seiner Stirnfläche an einem die Ventilaufnahmeöffnung 53 axial begrenzenden Ringabsatz 54 anliegt. Ab einer vorgegebenen Ventilöffnungsstellung des ersten Steuerventiles 40 entgegen der Ventilschließfeder 47 verläßt das zweite Ventilschließglied 51 die Ventilaufnahmeöffnung 53 und gibt einen zweiten Ventilöffnungsquerschnitt 55 zur zweiten Strömungslei­ tung 35 frei. Das zweite Steuerventil 50 ist demnach als Kolbenven­ til ausgebildet.

In Fig. 2 ist eine Schließstellung der Vorrichtung 10 bei teilweise erregter Wicklung 19 gezeigt. Sinkt die Erregung der Wicklung 19 ausgehend von der gezeigten Schließstellung weiter ab, wird das Ver­ stellglied 22 von der Rückstellfeder 28 in eine vom Stellantrieb weiter entfernte Position gebracht, wobei ein am Verstellglied 22 vorgesehener Mitnahmekörper 56 auf der dem Induktionskern 17 abge­ wandten Seite vom Ventilschließkörper 46 abhebt und einen Hilfs­ strömungsquerschnitt 61 eines als Kegelventil ausgebildeten Hilfs­ ventils 60 zwischen Mitnahmekörper 56 und Ventilschließkörper 46 freigibt. Die Berührungsflächen zwischen Mitnahmekörper 56 und Ven­ tilschließkörper 46 sind vorzugsweise kegelstumpfförmig ausgebildet, da sich dann beim Schließen des Hilfsventils 60 ebenfalls ein erwün­ schter Zentrierungseffekt der Bauteile 56, 46 zueinander und eine gute Schließwirkung ergibt.

Über wenigstens eine in axialer Richtung im Anschlagkörper 27 ausge­ bildete durchgehende Strömungsöffnung 62 kann bei geöffnetem Hilfs­ strömungsquerschnitt 61 Betriebsmittel zur Strömungsleitung 35 ge­ langen und von dort der Brennkraftmaschine 3 zugeführt werden. Bei unerregter Wicklung 19 sitzt der Anschlagkörper 27 mit einer Stirn­ seite 27a am Ventilschließkörper 46 auf. An einer radial nach außen weisenden Außenfläche 27b des Anschlagkörpers 27 kann der Ventil­ schließkörper 46 zusätzlich axial geführt sein. Der Hilfsströmungs­ querschnitt 61 sollte ausreichend groß gewählt werden, damit die bei Ausfall des Stellantriebes über den Hilfsströmungsquerschnitt 61 der Brennkraftmaschine 3 zuführbare Mindestbetriebsmittelmenge für die Aufrechterhaltung des Betriebes der Brennkraftmaschine 3 auch unter Einfluß gewisser Störgrößen, wie beispielsweise Belastung durch Generator, Kälteeinfluß oder dergl., ausreicht.

Die folgenden vier besonderen Stellungen der erfindungsgemäßen Vor­ richtung 10 können unterschieden werden: Eine Grundstellung bei nicht beaufschlagter Wicklung 19 mit geschlossenen ersten und zwei­ ten Ventilöffnungsquerschnitten 44, 55 und geöffnetem Hilfsströ­ mungsquerschnitt 61, eine Schließstellung mit geschlossenem Hilfs­ strömungsquerschnitt 61 und ebenfalls geschlossenen ersten und zwei­ ten Ventilöffnungsquerschnitten 44, 55, eine erste Öffnungsstellung mit geschlossenem Hilfsströmungsquerschnitt 61 und geöffnetem ersten Ventilöffnungsquerschnitt 44 bei (noch) geschlossenem zweiten Ven­ tilöffnungsquerschnitt 55, sowie eine zweite Öffnungsstellung mit geschlossenem Hilfsströmungsquerschnitt 61 und geöffneten ersten und zweiten Ventilöffnungsquerschnitten 44, 55. Bei entsprechender Erre­ gung der Wicklung 19 nimmt die Vorrichtung 10 Zwischenstellungen ein. Durch eine vorteilhafte Wahl der Federkonstanten bzw. der Vor­ spannung der Federn 28, 47 ist die Stellcharakteristik der Vorrich­ tung 10 wunschgemäß beeinflußbar. Dabei kann die Vorspannung der Fe­ dern 28, 47 auch über die Dicke der Distanzscheibe 30 verändert wer­ den.

Im Innern des Antriebsteiles 11 ist eine von einer elastischen Membran 57 begrenzte Ausgleichskammer 58 vorgesehen, die über eine im Verstellglied 22 axial durchgehend angeordnete Ausgleichsöffnung 59, beispielsweise eine Ausgleichsnut, mit einem Bereich der Be­ triebsmittelzuführleitung 33 stromaufwärts der Vorrichtung 10 ver­ bunden ist, wodurch der innerhalb der Betriebsmittelzuführleitung vom Betriebsmittel auf die Vorrichtung 10 in Ventilöffnungsrichtung wirkende Strömungsdruck in bekannter Weise zumindest teilweise aus­ gleichbar ist.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Regelung der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftma­ schine durch Steuerung einer in wenigstens zwei Strömungsleitungen der Brennkraftmaschine zuführbaren Betriebsmittelmenge, wobei ein erster Ventilöffnungsquerschnitt einer ersten Strömungsleitung mit­ tels eines ersten Ventilschließgliedes und ein zweiter Ventilöff­ nungsquerschnitt einer zweiten Strömungsleitung mittels eines zwei­ ten Ventilschließgliedes steuerbar ist, die erste Strömungsleitung zu einer Brennstoffzumeßeinrichtung und die zweite Strömungsleitung zu einem Ansaugkanal der Brennkraftmaschine stromabwärts einer im Ansaugkanal angeordneten Drosselklappe führt und erstes und zweites Ventilschließglied mittels eines elektromechanischen Stellantriebes mit zunehmender Aktivierung des Stellantriebes aus einer Schließ­ stellung in eine Öffnungsstellung verstellbar sind, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zusätzlich wenigstens ein Hilfsventil (60) vorgesehen ist, das bei einem Ausfall des Stellantriebes einen ausreichend gro­ ßen Hilfsströmungsquerschnitt (61) freigibt, so daß eine den Leer­ laufbetrieb der Brennkraftmaschine (3) auch bei dann geschlossenem ersten und zweiten Ventilöffnungsquerschnitt (44, 55) und auch unter Einfluß gewisser Störgrößen aufrechterhaltende Mindestbetriebsmit­ telmenge über das Hilfsventil (60) zur Brennkraftmaschine (3) ge­ langt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsventil (60) als Kegelventil ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein den ersten Ventilöffnungsquerschnitt (44) steuerndes erstes Steuerventil (40) als Kegelventil und ein den zweiten Ventilöffnungsquerschnitt (55) steuerndes zweites Steuerventil (50) als Kolbenventil ausgebil­ det ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß erstes und zweites Ventilschließglied (42, 51) an einem beiden Ventil­ schließgliedern (42, 51) gemeinsamen Ventilschließkörper (46) ausge­ bildet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsventil (60) von einem fest mit dem Verstellglied (22) verbunde­ nen Mitnahmekörper (56) und dem Ventilschließkörper (46) gebildet wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ven­ tilschließkörper (46) gegenüber dem Verstellglied (27) axial ver­ schiebbar angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ven­ tilschließkörper (46) an einem vom Verstellglied (22) gebildeten bzw. fest mit dem Verstellglied (22) verbundenen Anschlagkörper (27) axial verschiebbar gelagert ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ven­ tilschließkörper (46) von einer Ventilschließfeder (47) in Schließ­ richtung des ersten und zweiten Steuerventils (40, 50) mit einer Fe­ derkraft (47) beaufschlagt ist.