EP0374354A2 - Stelleinrichtung für eine Zumesseinrichtung einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stelleinrichtung für eine Zumeßeinrichtung, insbesondere Drosselklappe (11) einer Brennkraftmaschine mit Leerlaufdrehzahlregelung, bei der die im Ansaugrohr (10) angeordnete Drosselklappe mit einem Verstellgestänge (16) verbunden und durch eine Rückholfeder (14) vorgespannt ist und ein erster einstellbarer (28) und ein zweiter fester Anschlag (30) für einen Betätigunghebel (13) der Drosselklappe vorgesehen sind, wobei der zweite feste Anschlag den Einstellbereich des ersten Anschlags für eine minimale Öffnung der Drosselklappe begrenzt. Ein vorzugsweise als einstückiger Hebel (21) ausgebildeter Leerlaufanschlag wirkt mit den beide beaufschlagt. Durch Zusammenwirken des Leerlaufanschlaghebels mit den beiden Anschlägen (30,28) ist einerseits eine Regelung der Leerlaufstellung der Drosselklappe gewährleistet, wobei eine minimale Öffnungsstellung festgelegt ist, und ferner ist eine Leerlaufstellung der Drosselklappe mit etwas größerer Öffnung als der minimalen Öffnung für den Fall sichergestellt, daß es zu einem Ausfall oder Defekt der Leerlaufdrehzahlregelung kommt.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Stelleinrichtung für eine Zu­meßeinrichtung einer Brennkraftmaschine mit Leerlaufdreh­zahlregelung, bei der die Zumeßeinrichtung mit einem Ver­stellgestänge verbunden und durch eine Rückholfeder vor­gespannt ist und ein erster einstellbarer und ein zweiter fester Anschlag für einen Betätigungshebel der Zumeßein­richtung vorgesehen sind, wobei der zweite feste Anschlag den Einstellbereich des ersten Anschlags für eine minimale Einstellung der Zumeßeinrichtung begrenzt, nach Patent
• Es ist bekannt, zur Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und damit der Abgasmenge und der Geräuschemission die Leer­laufdrehzahl einer Brennkraftmaschine an der unteren Grenze des für einen einwandfreien Rundlauf erforderlichen Wertes zu regeln. Dieser Minimalwert schwankt aber stark mit den jeweiligen Betriebsbedingungen, z.B. ist er nach dem Kalt­start im Winter oder bei zugeschalteter Last, wie Klimaan­lage oder hydraulische Servoeinrichtungen, sehr viel größer als bei warmgefahrener Maschine ohne Last. Bestimmt ein An­schlag der Zumeßeinrichtung, also der Drosselklappe oder der Regelstange der Einspritzpumpe, die Leerlaufdrehzahl, so muß der Verstellbereich dieses Anschlags entsprechend groß sein, um bei allen vorkommenden Betriebsbedingungen den Regelanforderungen zu genügen. Aus Sicherheitsgründen ist es erwünscht oder sogar gefordert, daß bei Ausfall oder einem Ansteuerungsfehler die Leerlaufregelung auf den kleinstmöglichen Wert zurückfällt, um gefährliche Betriebszustände durch zu hohe Leerlaufdrehzahl, die zu einem Vortrieb des Kraftfahrzeugs führen kann, zuverlässig zu vermeiden. Bei einem Betriebszustand der Brennkraftma­schine, der an sich eine erhöhte Leerlaufdrehzahl erfor­dert, führt die Verstellung des Leerlaufanschlags auf den Minimalwert aber zu unrundem Leerlauf oder Stillstand, so daß es äußerst schwierig ist, ein Fahrzeug mit ausgefal­lener Leerlaufregelung überhaupt noch zu bewegen. Es besteht daher ein Bedarf an Stelleinrichtungen, die nach dem Ausfall der Leerlaufregelung noch einen Notfahrbetrieb mit einer ausreichenden Leerlaufdrehzahl ermöglichen.
• Die Stelleinrichtung nach dem Hauptpatent weist daher ein bewegliches Widerlager am Betätigungshebel der Drossel­klappe auf, das bei geregelter Einstellung der Leerlauf­drehzahl außer Eingriff mit einem festen Anschlag für den genannten Betätigungshebel gehalten ist und bei Ausfall der Leerlaufregelung selbsttätig in Eingriff mit diesem An­schlag gelangt, wodurch ein gegenüber der minimalen Öff­nungsstellung der Drosselklappe deutlich vergrößerten Dros­selklappenspalt mit daraus resultierender angehobener Leer­laufdrehzahl eingestellt wird. Damit kann der Fahrer im Havariefall gefahrlos weiterfahren, um eine Werkstatt auf­zusuchen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stellein­richtung der eingangs genannten Art anzugeben, die wenig bauteileaufwendig und zuverlässig in der Funktion ist.
• Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im kennzeichnen­den Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen. Dabei ist vorteilhaft, daß die Stelleinrichtung ohne zusätzliche Bauteile für den Notfahrbetrieb auskommt. Weiter ist vor­teilhaft, daß die Stelleinrichtung einfach und platzsparend aufgebaut ist und daß das einzige Bauteil, das den beweg­lichen Anschlag darstellt, in Bezug auf die einwirkenden Erschütterungen durch den Betrieb der Brennkraftmaschine ausgewuchtet sein kann.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin­dung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
• Dabei ist vorteilhaft, daß ein einziges Bauteil wechsel­weise den festen und den beweglichen Anschlag darstellt. Weiter ist vorteilhaft, daß auf einfache Weise durch die Länge der Hebelarme die Kennlinie der Stelleinrichtung frei wählbar ist. Ferner ist vorteilhaft, daß im Einstellbereich ein etwa proportionaler Zusammenhang zwischen Stellsignal und Weg des Betätigungshebels besteht. Schließlich ist vor­teilhaft, daß der Leerlaufanschlaghebel zur Einstellung des festen Anschlags dient, ohne daß der bewegliche Anschlag wesentlich beeinflußt wird.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung in verschiedenen Betriebszuständen, Fig. 2 ein anderes Ausführungsbeispiel, ebenfalls in verschiedenen Betriebszuständen, die mit denen nach Fig. 1 vergleichbar sind.
• In Fig. 1 ist im Saugrohr 10 einer (nicht dargestellten) Brennkraftmaschine in gewöhnlicher Weise eine Drossel­klappe 11 auf einer quer durch den Saugrohrquerschnitt verlaufenden Drosselklappenwelle 12 befestigt. Auf der Drosselklappenwelle 12 ist verdrehfest ein Betätigungshe­bel 13 befestigt, an dessen freiem Ende einer als Zugfeder ausgebildete Rückholfeder 14 angreift, die die Drossel­klappe 11 gegen einen später noch zu beschreibenden Anschlag in die geschlossene Stellung zu ziehen sucht, in der der Saugrohrquerschnitt bis auf einen geringen Luft­spalt 15 abgesperrt ist. Die Größe des Luftspalts 15 bestimmt die augenblicklich herrschende Leerlaufdrehzahl. Am freien Ende des Betätigungshebels 13 greift weiter ent­gegen der Wirkungsrichtung der Rückholfeder 14 über ein angedeutetes Gestänge 16 das Gaspedal 17 an, mit dem also willkürlich die Drosselklappe 11 bewegt und die Motorlast bestimmt werden kann.
• Seitlich von dem Betätigungshebel 13 und fluchtend mit die­sem ist auf einer Achse 20 ein Leerlauf-Anschlaghebel 21 schwenkbar gelagert. Der Leerlaufanschlaghebel 21 ist an seinem freien Ende über ein Gestänge 22 mit einem bei 23 angedeuteten Leerlaufsteller verbunden. Der Leerlaufstel­ler 23 kann elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch wirken. Im Ergebnis verstellt er abhängig von elektrischen Signalen oder hydraulischen oder pneumatischen Impulsen der nicht dargestellten Leerlaufregelung das Gestänge 22 in Richtung des Doppelpfeils 24 und verschwenkt so den Leer­laufanschlaghebel 21 entsprechend im oder entgegen dem Uhr­zeigersinn. Dabei bildet der Leerlaufanschlaghebel 21 abhängig von den jeweiligen Betriebszuständen der Brenn­kraftmaschine, die von der Leerlaufregelung erkannt und bewertet werden, oder der Leerlaufregelung selbst unter­schiedliche Leerlaufanschläge für den Betätigungshebel 13 und damit für die Drosselklappe 11.
• Der Leerlaufanschlaghebel 21 nach Fig. 1 ist dazu auf der dem Betätigungshebel 13 zugewandten Seite gegabelt und zwar in der Weise, daß ein erster Ast 25 sich etwa in der Ver­längerung der Verbindungslinie zwischen dem Angriffspunkt 26 des Gestänges 22 am Leerlaufanschlaghebel 21 und dessen Drehachse 20 erstreckt, während der zweite Ast 27 etwa rechtwinklig dazu in Richtung auf die Drosselklappen­welle 12 hin zeigt und etwa auf der Verbindungsgeraden zwischen der Achse 20 des Leerlaufanschlaghebels 21 und der Drosselklappenwelle eine ballig ausgebildete Anschlagflä­che 28 aufweist, die mit einer gleichartigen Anschlag­fläche 29 des Betätigungshebels 13 in Wirkverbindung bring­bar ist. Die Krümmung und Richtung der jeweiligen An­schlagfläche ist zweckmäßigerweise dabei so gewählt, daß die Tangente im jeweiligen Berührungspunkt oder genauer gesagt, die Tangente in der Zeichnungsebene in der jeweili­gen Berührungslinie, mit der genannten Verbindungsgeraden zusammenfällt. Hierdurch ergibt sich ein harmonischer Bewe­gungsablauf ohne abrupte Winkelgeschwindigkeitsände-rungen des Betätigungshebels 13 bei geringen Flächenpressungen.
• Eine stirnseitige Anschlagfläche 30 des Astes 25 des gega­belten Leerlaufanschlaghebels 21 ist entsprechend mit einer zweiten Anschlagfläche 31 des Betätigungshebels 13 in Wirk­verbindung bringbar. Die Anschlagfläche 31 ist gegenüber einer benachbarten dritten Anschlagfläche 32 des Betäti­gungshebels 13 um einen vorgegebenen Betrag seitlich versetzt, und zwar in Richtung von der Anschlagfläche 30 und der Achse 20 weg. Die Anschlagfläche 30 des Leerlaufan­schlaghebels 21 ist mit der dritten Anschlagfläche 32 des Betätigungshebels 13 der Drosselklappe 11 ebenfalls in Wirkverbindung bringbar, wie im folgenden erläutert werden soll.
• Die Fig. 1a) zeigt die Stelleinrichtung in der Ausgangs­lage. Der Betätigungshebel 13 wird dabei unter der Wirkung der Rückholfeder 14 im Uhrzeigersinn gedreht, bis er an einer oder zweien der Anschlagflächen 28, 30 des Leerlaufanschlaghebel 21 anliegt. Unter der Annahme, daß die Brennkraftmaschine ihre Betriebstemperatur erreicht hat und ohne zusätzliche Last läuft, entspricht die Stellung des Leerlaufanschlaghebels 21 der in der Fig. 1a) darge­stellten. Dabei liegt sowohl Anschlagfläche 30 des Leerlaufanschlaghebels 21 als auch die Anschlagfläche 29 des Betätigungshebels 13 an der Anschlagfläche 28 des Betätigungshebels 21 an. Dies entspricht dem am weitesten geschlossenen Drosselspalt 15 und damit der geringsten Zufuhr von Leerlaufluft.
• Wie bereits eingangs erwähnt, kann die Zuschaltung von Last und/oder ungünstige Betriebstemperatur eine Anhebung der Leerlaufdrehzahl durch eine weitere Öffnung des Drossel­spaltes 15 erfordern. Ausgehend von der in Fig. 1a) darge­stellten Ausgangssituation wird der Leerlaufsteller 23 der im folgenden als elektrisch wirkend angenommen ist, von der Leerlaufregelung Signale erhalten, die durch Zug am Gestänge 22 zu einer Drehung des Leerlaufanschlaghebels 21 im Uhrzeigersinn führen. Über die Wirkverbindung der Anschlagfläche 28, 29 wird dabei der Betätigungshebel 13 im Gegenuhrzeigersinn gedreht und der Drosselspalt 15 erwei­tert (Fig. 1c). Dies geschieht so lange, bis die Leerlauf­regelung erkennt, daß das Drehzahlniveau der Brennkraftma­schine im Leerlaufzustand unter den ermittelten Betriebs- und Lastbedingungen ausreichend hoch ist, d.h. dem Sollwert entspricht.
• Der Leerlaufsteller ist zweckmäßigerweise ein sog. Strom-­Weg-Steller, bei dem die Auslenkung des Gestänges von der Ausgangslage dem beaufschlagenden Strom proportional oder einem anderen Gesetz entsprechend verläuft.
• In Fig. 1b) ist die Funktion der Stelleinrichtung in einem abnormen Betriebszustand der Leerlaufregelung, z.B. bei deren Ausfall, dargestellt. In diesem Fall wird der Leer­laufsteller 23 stromlos und unter der Wirkung einer (nicht dargestellten) Feder im Leerlaufsteller bewegt sich das Gestänge 22 in Richtung des Pfeils 33 in die obere Aus­gangslage. Der Leerlaufanschlaghebel 21 wird entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht, wobei je nach der Augenblicksstel­lung des für die Leistungsentfaltung der Brennkraftmaschine verwendeten Betätigungshebels die Stellung des Leerlaufan­schlaghebels 21 entweder der Fig. 1a) oder der Fig. 1c) entspricht. Ist der Leerlaufanschlaghebel 21 in der Stel­lung Fig. 1a) mit dem Betätigungshebel 13 verrastet, so genügt einmaliges kurzes Gasgeben, um den Leerlaufan­schlaghebel 21 freizugeben. Er verdreht sich dann unter dem Einfluß der Feder im Leerlaufsteller 23 noch weiter entge­gen dem Uhrzeigersinn, bis die Anschlagfläche 32 des Betä­tigungshebels 13 an der Anschlagfläche 30 des Leerlauf­anschlaghebels 21 anliegt. Dies entspricht einem gegenüber der Ausgangslage weiter geöffneten Drosselspalt 15 mit angehobener Leerlaufdrehzahl. Damit ist ein Notfahrbetrieb bis zur nächsten Reparaturmöglichkeit gewährleistet.
• Sollte der abnorme Betriebszustand der Leerlaufregelung nur vorübergehend sein, kann der Leerlaufsteller 23 jederzeit wieder wirksam werden und die Leerlaufdrehzahl der Brenn­kraftmaschine im Hinblick auf optimales Betriebverhalten und geringsten Schadstoffausstoß regeln.
• Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung nach der Figur 2 entfällt die Notwendigkeit, bei einem abnormen Betrieb der Leerlaufregeleinrichtung zur Einstellung in den Notfahrbetrieb das Gaspedal betätigen zu müssen. Dies wird durch eine von der Ausführung in Figur 1 abweichende Gestaltung des Leerlaufanschlaghebels und des Betätigungs­hebels für die Drosselklappe 11 erreicht. Gleiche Teile wie in Figur 1 mit gleicher Funktion sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
• In Figur 2 ist der Betätigungshebel 13 für die Drossel­klappe 11 in gleicher Weise wie in Figur 1 über ein bei 16 angedeutetes Gestänge mit dem Gaspedal 17 verbunden, während die Rückholfeder 14 den Betätigungshebel 13 und damit die Drosselklappe im Uhrzeigersinn gegen den Leer­laufanschlaghebel 51 zieht. Der Leerlaufanschlaghebel 51 ist über ein Gestänge 22 mit dem Leerlaufsteller 23 verbun­den, wobei der leerlaufsteller 23 den Leerlaufanschlaghe­bel 51 ausgehend von der in Figur 2a) dargestellten Lage sowohl gegen den Uhrzeigersinn (2b) als auch im Uhrzeiger­sinn (Fig. 2c) bewegen kann.
• Die Anschlagfläche 31 des Betätigungshebels 13 weist einen geradlinigen Verlauf auf und wirkt je nach Drehlage des Leerlaufanschlaghebels 51 entweder mit dessen Anschlag­fläche 60 (Fig. 2b) oder 58 (Fig. 2c) oder mit beiden (Fig. 2a) zusammen. Der Drehpunkt der Leerlaufanschlaghebels liegt etwa in der Mitte zwischen den beiden Anschlag­flächen 60 und 58, die beidseits des Drehpunktes 50 gegen- über diesem geringfügig vorspringen. Etwa auf der Verbin­dungslinie des Drehpunktes 50 der unmittelbar benachbart zum Betätigungshebel 13 liegt und dem Anlenkpunkt 26 für das Gestänge 22 ist ein Federanschlag 61 vorgesehen, der mit einer Haarnadelfeder 62 zusammen wirkt. Die Haarnadel­feder 62 ist mit ihrem festen Ende ortsfest an einem Befe­stigungspunkt 63 angelenkt, während das freie Ende der Haarnadelfeder 62 etwa in Höhe des Federanschlags 64 in Richtung auf den Anlenkpunkt 26 gekröpft ist. Die Kröpfung 65 ist dabei so angeordnet, daß der Federan­schlag 64 in der Stellung"Minimale Leerlaufluft" (Fig. 2a) mit dem ungekröpften Teil der Haarnadelfeder 62 zusammen­wirkt. Wird der Leerlaufanschlaghebel 51, wie in Fig. 2b) dargestellt, zur Einstellung erhöhter Leerlaufluft entgegen dem Uhrzeigersinn ausgelenkt, so muß der Betätigungshe­ bel 13 gegen die Wirkung der Rückstellfeder 14 im Gegenuhr­zeigersinn durch den Leerlaufsteller 23 bewegt werden. Der Federanschlag 64 gleitet dabei an dem gekröpften Teil 65 der Haarnadelfeder 62 entlang, wobei die Schrägstellung des gekröpften Teils die Drehbewegung des Leerlaufanschlaghe­bels 51 unterstützt. Bei geeigneter Bemessung der Feder­stärke kann so erreicht werden, daß der Leerlaufsteller 23 nur die Drehmomentdifferenz der beiden Federn 14 und 62 zu überwinden hat und entsprechend klein und preiswert ausge­legt werden kann. In ähnlicher Weise unterstützt die Haar­nadelfeder 62 die Drehbewegung des Leerlaufanschlaghe­bels 51 dann, wenn er aus seiner Ausgangslage (Fig. 2a) im Uhrzeigersinn zur Einstellung erhöhter Leerlaufluft gedreht wird. Dabei gleitet der Federanschlag 64 an dem geraden Teil des freien Endes der Haarnadelfeder entlang. Es ergibt sich durch die abnehmende Entfernung zum Federwickel ein erhöhtes Antriebsmoment, was bei den dargestellten kinema­tischen Zusammenhängen durchaus erwünscht ist.
• Wie erkennbar, kann der Leerlaufanschlaghebel 51 in allen drei gezeigten Stellungen den Anschlag für den Betätigungs­hebel 13 bilden, ohne daß dazu das Fahrpedal betätigt werden muß.
• In dem in der Zeichnung dargestellten und vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der kleinste Drossel­spalt durch die konstruktive Ausbildung des Betätigungshe­bels und des Leerlaufanschlaghebels festgelegt. Es liegt jedoch auch im Rahmen der Erfindung, diesen Drosselspalt exemplarabhängig einstellbar zu machen, um für jede Brenn­kraftmaschine die günstigste Leerlaufdrehzahl einstellen zu können. Dazu kann beispielsweise entweder der Leerlaufan­schlaghebel auf einer exzentrischer einstellbaren Achse gela­gert sein oder es kann eine der Anschlagflächen für den Notfahrbetrieb als stirnseitiges Ende einer Einstell­ schraube ausgebildet oder beide Maßnahmen verwirklicht sein.

Claims (5)

1. Stelleinrichtung für eine Zumeßeinrichtung einer Brennkraftmaschine mit Leerlaufdrehzahlregelung, bei der die Zumeßeinrichtung mit einem Verstellgestänge verbunden und durch eine Rückholfeder vorgespannt ist und ein erster einstellbarer und ein zweiter fester Anschlag für einen Betätigungshebel der Zumaßeinrich­tung vorgesehen sind, wobei der zweite feste Anschlag den Einstellbereich des ersten Anschlages für eine minimale Einstellung der Zumeßeinrichtung begrenzt, gekennzeichnet durch einen einstückigen, mit dem Betätigungshebel (13) zusammenwirkenden Leerlaufan­schlaghebel (21), der durch eine Leerlaufstelleinrich­tung (23) verstellbar ist und wenigstens zwei an unterschiedlichen Orten befindliche Anschläge (28, 30) für ebenfalls wenigestens zwei am Betätigungshe­bel (13) an unterschiedlichen Orten befindliche Anschlagflächen (29, 32) aufweist, und daß die Paare von Anschlagflächen (28, 29, 30, 32) wechselweise in Wirkverbindung miteinander bringbar sind.

2. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­net, daß der Leerlaufanschlaghebel (21) auf seiner dem Betätigungshebel (13) zugewandten Seite gabelförmig ausgebildet ist und jeder Ast (25, 27) der Gabel eine der Anschlagfläche (28, 30) trägt.

3. Stelleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagflächen für den einstellbaren Anschlag (28, 29) in der Zeichenebene gekrümmt sind.

4. Stelleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­net, daß die Krümmung derart gewählt ist, daß die Tan­gente im jeweiligen Berührungspunkt mit der oder annä­hernd mit der Verbindungslinie der beiden Drehachsen des Betätigungshebels (13) und des Leerlaufan­schlaghebels (21) zusammenfällt.

5. Stelleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (20) des Leerlaufanschlaghebels (21) exzentrisch einstell­bar gelagert ist.

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