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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Verbrennungsluftführungsvorrichtung
für eine Brennkraftmaschine, mit einem Luftführungskanal
und einer innerhalb des Luftführungskanals verschwenkbar angeordneten
Drosselklappe, deren Außenkontur komplementär
zur Innenkontur des Luftführungskanals ausgebildet ist.
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Über
eine gattungsgemäße Verbrennungsluftführungsvorrichtung
wird der Brennkraftmaschine die für die Verbrennung erforderliche
Luft zugeführt. Mittels der Drosselklappe kann der Durchtrittsquerschnitt
des Luftführungskanals, der beispielsweise eine kreisförmige
Innenkontur aufweisen kann, vergrößert oder verkleinert
werden. In Abhängigkeit vom Drosselklappenwinkel, dem Winkel,
den die Drosselklappe bezogen zu einer zur Längsmittelachse
des Luftführungskanals senkrecht verlaufenden Hochachse
einnimmt, verändert sich die von der Drosselklappe für
den Luftdurchtritt freigegebene Querschnittsfläche des
Luftführungskanals. Von einer Steuereinrichtung in der
Form beispielsweise eines Motorsteuergeräts wird der Brennkraftmaschi ne dann
die erforderliche Kraftstoffmenge zugewiesen, die dann über
Einspritzdüsen beispielsweise zylinderselektiv eingespritzt
wird.
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Neuere
Entwicklungen im Bau von Brennkraftmaschinen für Motorräder
verwenden Kraftstoffeinspritzsysteme, die mit einer solchen Verbrennungsluftzufuhrvorrichtung
ausgestattet sind, um die geforderten Abgaswerte zu erreichen und
den an die Brennkraftmaschine gestellten Anforderungen bezüglich
der Leistungsausbeute gerecht zu werden.
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Wird
nun eine solche Verbrennungsluftführungsvorrichtung an
einer Brennkraftmaschine für ein Motorrad eingesetzt, die
für sogenannte Supersportmotorräder vorgesehen
ist, dann stellt sich ein gewisser Zielkonflikt ein. Einerseits
muss die Drosselklappe große Querschnittsflächen
freigeben können, um die für die Verbrennung benötigten
großen Sauerstoffvolumina bereitzustellen, andererseits
muss aber auch dafür Sorge getragen werden, dass die Brennkraftmaschine
dem Fahrer des Motorrads eine harmonische Leistungsentfaltung bietet.
Dieser Zielkonflikt tritt beispielsweise bei einer mit großen
Einzelhubräumen versehenen Brennkraftmaschine mit nur zwei
Zylindern deutlich hervor, da die großen Einzelhubräume
auch schon im Teillastbetrieb bei niedrigen Drehzahlbereichen für
ein abtriebsseitiges großes Drehmoment der Brennkraftmaschine
sorgen.
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Ein
Einflusskriterium für die Leistungsentfaltung der Brennkraftmaschine
ist der Startöffnungswinkel oder Klappengrundwinkel der
Drosselklappe im Luftführungskanal. Es ist dies der Winkel,
den die Drosselklappe relativ zur vorstehend genannten Hochachse
in der unbetätigten Stellung der Drosselklappe einnimmt.
Die Drosselklappe wird im Luftführungskanal aufgrund der
dort herrschenden Fluiddynamik in beide Richtungen des Luftführungskanals wirkenden
dynamischen Gaskräften ausgesetzt, die bei der Auslegung
der Drosselklappe zu berücksichtigen sind und die dazu
führen, dass die Drosselklappe eine bestimmte Mindestdicke
aufweisen muss, damit sie bei den auf sie wirkenden Gaskräften
ausreichende Festigkeitswerte aufweist.
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Die
verschwenkbare Lagerung der Drosselklappe im Luftführungskanal
ist dabei üblicherweise über eine Welle implementiert,
die im Luftführungskanal gelagert ist. Der vorstehend genannte
Klappengrundwinkel von beispielsweise 8,5 Grad ist nun erforderlich,
um eine geometrische Kollision des Außenumfangsbereichs
des Drosselklappenkörpers der Drosselklappe mit der Innenumfangswand
des Luftführungskanals zu vermeiden. Kommt es nämlich
zu einer solchen geometrischen Kollision, so führt dies zu
einem Steckenbleiben des Drosselklappenkörpers im Luftführungskanal,
was in jedem Fall vermieden werden muss, da dies dazu führt,
dass der Drosselklappenkörper nicht mehr oder nur mehr
mit großen Kräften gelöst und damit geöffnet
werden kann. Zudem würde das Steckenbleiben zu Abrieb am Drosselklappenkörper
und der Innenumfangswand des Luftführungskanals führen.
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Dieser
Winkel von 8,5 Grad ergibt sich aus einer aus Festigkeitsgründen
bestimmten Dicke der Drosselklappe von 1,2 mm und einem Durchmesser der
zur Betätigung der Drosselklappe vorgesehenen Welle von
10 mm. Ein kleinerer Klappengrundwinkel führt bei der gegebenen
Konfiguration zu einem unerwünschten körperlichen
Kontakt zwischen der Drosselklappe und dem Luftführungskanal.
Eine Klappe mit geringerer Dicke ist nachteilig, da sie im Falle
eines Backfiring der Brennkraftmaschine anfällig ist für
Beschädigungen und dann ausgetauscht werden muß.
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Es
hat sich nun gezeigt, dass bei einem hochdynamischen und hochleistungsfähigen
Motorradmotor, der beispielsweise zur Verwendung in einem Supersportmotorrad
vorgesehen ist und eine ausgesprochen hohe Literleistung von beispielsweise
mehr als 120 kW pro Liter Hubvolumen des Motorradmotors aufweist,
die harmonische Fahrbarkeit des damit ausgestatteten Motorrads leidet.
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Wird
nämlich bei dem vorstehend beschriebenen Klappengrundwinkel
von beispielsweise 8,5 Grad der Drosselklappenkörper nur
geringfügig geöffnet, so führt dies zur
Freigabe eines bereits großen Öffnungsquerschnitts
des Luftführungskanals mit der Folge, dass die Brennkraftmaschine
ein hohes Abtriebsmoment bereitstellt, was grundsätzlich
zwar Auslegungsziel der Brennkraftmaschine ist, nicht aber in jeder
Fahrsituation gewünscht ist und somit zu einer weniger
harmonischen Fahrbarkeit des Motorrads führen kann.
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Überfährt
nämlich der Fahrer mit dem Motorrad eine Bodenunebenheit
in der Form beispielsweise von Bodenwellen, einem Fahrbahnabsatz,
einem Kanaldeckel, Eisenbahnschienen beziehungsweise Straßenbahnschienen
oder dergleichen, so führt dies zu einer entsprechenden
Reaktion des Fahrwerks des Motorrads und einer kurzzeitigen Impulsantwort des
Schwerpunkts des Fahrers in Richtung der Fahrzeughochachse. Der
Fahrer hält sich dabei an der Lenkvorrichtung, beispielsweise
der Lenkstange des Motorrads fest, so dass sich die Impulsantwort
auf den Gasdrehgriff überträgt. Grundsätzlich
sollte der Fahrer den Gasdrehgriff zwar nur locker und nicht verkrampft
halten, um beispielsweise Veränderungen der Fahrbahnbeschaffenheit über
das Vorderrad und das Fahrwerk des Motorrades signalisiert zu bekommen,
die Impulsantwort wird aber trotzdem auf den Gasdrehgriff übertragen.
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Über
den Gasdrehgriff wird der Drosselklappenwinkel geändert,
so dass die Impulsantwort dazu führt, dass – obwohl
dies bei den beschriebenen Fahrsituationen nicht gewünscht
ist – der Drosselklappenwinkel kurzzeitig vergrößert
wird und die hochdynamische Brennkraftmaschine mit einem, einer
Sprungantwort ähnlichen Momentenanstieg reagiert. Obwohl
einem solchen aggressiven Ansprechverhalten des Motorradmotors im
Teillastbereich beispielsweise durch eine deutliche Vergrößerung
der Rotationsträgheitsmasse der Kurbelwelle des Motorradmotors
begegnet werden könnte, würde eine solche Vorgehensweise
zu einem nicht gewünschten trägen Motorverhalten
im gesamten Drehzahlbereich führen.
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Ein
solches aggressives Ansprechverhalten des Motorradmotors im Teillastbereich
tritt nun unabhängig von der Form des Drosselklappenkörpers
auf. Ausschlaggebend für dieses Problem ist der vorstehend
beschriebene Klappengrundwinkel, der konstruktiv bedingt ist und
dafür sorgt, dass ein Steckenbleiben des Drosselklappenkörpers
im Luftführungskanal aufgrund der beschriebenen geometrischen Kollision
von Drosselklappenkörper und Luftführungskanal
vermieden wird.
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Anhand
der
US 5,720,255 B ist
ein ovaler Drosselklappenkörper bekannt geworden, der für eine
Brennkraftmaschine mit drei Einlassventilen vorgesehen ist. Mit
diesem Drosselklappenkörper soll erreicht werden, dass
bei niedrigen Lastzuständen und niedrigen Drehzahlen eine
Drallströmung ausgebildet wird, die die Zylinderfüllung
im niedrigen Drehzahlbereich verbessern soll. Zu diesem Zweck weist der
bekannte Drosselklappenkörper einen Ausschnitt auf, der
auch bei geschlossener Drosselklappe für eine Zylinderfüllung
sorgt.
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Anhand
der
US 2002/0148437
A1 ist eine Verbrennungsluftführungsvorrichtung
bekannt geworden, die einen Drosselklappenkörper besitzt,
der ebenfalls einen Ausschnitt besitzt, und zwar um eine Tumbleströmung
realisieren zu können. Diese Druckschrift beschreibt das
Problem, dass es zu einem Steckenbleiben des Drosselklappenkörpers
in der Ansaugluftleitung kommen kann, wenn der Drosselklappenkörper
nicht mit hoher Genauigkeit im Ansaugluftkanal montiert wird.
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Ausgehend
von den vorstehend geschilderten Problemen liegt der vorliegenden
Erfindung nun die Aufgabe zugrunde, eine Verbrennungsluftführungsvorrichtung
für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, die für
eine harmonische Leistungsentfaltung der damit ausgestatteten Brennkraftmaschine sorgt
und das unerwünschte aggressive Verhalten der Brennkraftmaschine
im Teillastbereich vermeidet.
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Die
Erfindung weist nun zur Lösung dieser Aufgabe die im Anspruch
1 angegebenen Merkmale auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon
sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
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Die
Erfindung schafft nun eine Verbrennungsluftführungsvorrichtung
für eine Brennkraftmaschine, mit einem Luftführungskanal
und einer innerhalb des Luftführungskanals verschwenkbar
angeordneten Drosselklappe, deren Außenkontur komplementär
zur Innenkontur des Luftführungskanals ausgebildet ist,
wobei die Drosselklappe einen Drosselklappenkörper besitzt,
der in einem Längsschnitt zur Außenkontur hin
sich verjüngend ausgebildet ist.
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Betrachtet
man nun einen Ausschnitt des Luftführungskanals mit dem
darin angeordneten Drosselklappenkörper, so kann der Drosselklappenkörper
in einem geradlinig verlaufenden Bereich des Luftführungskanals
angeordnet sein, also einem Bereich ohne beispielsweise einem die
Strömung störenden stufenförmigen Absatz
im Luftführungskanal und der Drosselklappenkörper
ist in einer Längsschnittansicht so ausgebildet, dass er
in Richtung zur Außenkontur hin sich verjüngend
ausgebildet ist. Es bedeutet dies mit anderen Worten, dass der Bereich des
Drosselklappenkörpers, der an der Innenumfangswand des
Luftführungskanals beim Schließen des Drosselklappenkörpers
zur Anlage kommt, weniger dick ausgebildet ist, als der übrige
Bereich des Drosselklappenkörpers, der beispielsweise der
Aufnahme einer Welle zur Betätigung des Drosselklappenkörpers
dient.
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Diese
erfindungsgemäße Konfiguration des Drosselklappenkörpers
führt nun dazu, dass der Klappengrundwinkel, der Winkel
also, den der Drosselklappenkörper in seiner Grundstellung – der
den Öffnungsquerschnitt des Luftführungskanals
weitgehend vollständig verschließenden Grundstellung – einnimmt,
verglichen mit dem bekannten Klappengrundwinkel von 8,5 Grad deutlich
verkleinert werden kann.
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Je
kleiner der Klappengrundwinkel ist, desto geringer fällt
der Anstieg des Öffnungsquerschnitts im Luftführungskanal über
dem Öffnungswinkel aus, desto geringer wird also die Zunahme
des Öffnungsquerschnitts bei einer Zunahme des Öffnungswinkels.
Wenn nun der Fahrer des Motorrads mit der erfindungsgemäßen
Verbrennungsluftführungsvorrichtung über einen
Fahrbahnabsatz, einen Kanaldeckel oder eine Eisenbahnschiene oder
dergleichen fährt, so führt eine vom Fahrer aufgrund
der Reaktion des Fahrwerks des Motorrads unbeabsichtigte Betätigung
des Gasdrehgriffes nicht zu einem deutlichen Anstieg des Öffnungsquerschnitts
im Luftführungskanal und somit auch nicht zu einem unerwünschten ruckartigen
Anstieg des von der Brennkraftmaschine abgegebenen Abtriebsmoments.
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Eine
von der Brennkraftmaschine bereitgestellte unerwünschte
ruckartige Erhöhung des Motormoments wird dadurch vermieden.
Bei einer mit einer bekannten Verbrennungsluftführungsvorrichtung ausgestatteten
Brennkraftmaschine würde es dagegen zu einem deutlichen
Anstieg des von der Brennkraftmaschine bereitgestellten Abtriebsmoments kommen,
woraufhin dem Fahrer die unbeabsichtigte Betätigung des
Gasdrehgriffes auffallen würde mit der Folge, dass der
Fahrer dann den Gasdrehgriff entgegen der Öffnungsbewegung
schnell wieder schließt und die Brennkraftmaschine vom
Zugbetrieb in den Schubbetrieb übergeht mit einer entsprechenden
unharmonischen Bewegung des Motorrads.
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Die
erfindungsgemäße Konfiguration des Drosselklappenkörpers
mit der zur Außenkontur hin sich verjüngenden
Ausbildung sorgt nun dafür, dass der Klappengrundwinkel
oder Drosselklappenstartwinkel, verglichen mit dem entsprechenden
Winkel bei einer bekannten Konfiguration mit geradlinig gleich bleibender
Dicke des Drosselklappenkörpers zur Außenkontur
hin, deutlich verkleinert werden kann, so dass eine vom Fahrer unbeabsichtigte Drehbewegung
am Gasdrehgriff zu einer Fortsetzung der weichen und harmonischen
Fahrt des Motorrads führt, da der sich ansonsten einstellende
sprunghafte Anstieg des von der Brennkraftmaschine bereitgestellten
Abtriebsmoments ausbleibt.
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Möchte
der Fahrer des Motorrads das bereitgestellte Abtriebsmomente der
Brennkraftmaschine erhöhen, so führt er dies durch
eine aktive Betätigung des Gasdrehgriffes herbei, von einem
solchen Anstieg des Abtriebsmoments ist der Fahrer dann nicht mehr überrascht,
da er diesen Anstieg willentlich herbeiführt und er nicht
mehr die Folge einer unvermeidbaren Fahrwerksreaktion beim Überfahren
eines Bodenabsatzes im Teillastbereich bei kleinen Geschwindigkeiten
ist, also beispielsweise bei der Durchfahrt durch eine geschlossene
Ortschaft.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist es nun vorgesehen, dass der
Drosselklappenkörper zur Außenkontur hin sich
symmetrisch verjüngend ausgebildet ist. Der sich verjüngende
Bereich kann dabei von der Außenkontur des Drosselklappenkörpers
her nach innen gerichtet in einen Bereich weitgehend gleich bleibender
Dicke des Drosselklappenkörpers übergehen. Damit
wird es ermöglicht, einen Drosselklappenkörper
bereitzustellen, der bezüglich der im Luftführungskanal
auftretenden gasdynamischen Kräfte eine ausreichende Steifigkeit
besitzt und zur Außenkontur des Drosselklappenkörpers
hin aber sich verjüngend ausgebildet ist.
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Dieser
sich verjüngende Bereich des Drosselklappenkörpers
kommt beim Schließen des Drosselklappenkörpers
mit der Innenumfangswand des Luftführungskanals in Kontakt,
so dass das Problem der geometrischen Kollision des Außenumfangsbereichs
des Drosselklappenkörpers mit der Innenumfangswand des
Luftführungskanals bezogen auf den Drosselklappenwinkel
später eintritt, als bei der bekannten Drosselklappenkörperkonfiguration.
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Damit
aber ist es möglich, den Drosselklappengrundwinkel verglichen
mit dem vorstehend genannten lediglich beispielshalber zu nennenden Drosselklappengrundwin kel
von 8,5 Grad abzusenken auf beispielsweise einen Wert von 2,5 Grad.
Wird nun von dieser Grundstellung aus der Drosselklappenkörper
um einen Öffnungswinkel von beispielsweise 3 Grad vergrößert,
so führt dies bei der erfindungsgemäßen
Konfiguration des Drosselklappenkörpers zu einem Öffnungsquerschnitt
des Luftführungskanals, der um nahezu 60 Prozent kleiner
ist als der entsprechende Öffnungsquerschnitt mit der bekannten
Drosselklappenkörperkonfiguration – bei ansonsten
gleichen Abmessungen des bekannten und erfindungsgemäßen
Drosselklappenkörpers.
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Da
eine hochdynamische Brennkraftmaschine bei dem entsprechenden Anstieg
des Öffnungsquerschnitts mit einem deutlichen Anstieg des
Abtriebsmoments reagiert, tritt dieser unerwünschte Anstieg
des Abtriebsmoments bei der mit der erfindungsgemäßen
Verbrennungsluftführungsvorrichtung ausgestatteten Brennkraftmaschine
nicht auf und das Fahrverhalten des Motorrads bleibt aufgrund des
Ausbleibens der Sprungantwort des Abtriebsmoments der Brennkraftmaschine
harmonisch.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung weist der Drosselklappenkörper
eine Aufnahme für eine Welle auf, mittels der der Drosselklappenkörper relativ
zum Luftführungskanal lagerbar und/oder betätigbar
ist.
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Die
Aufnahme kann in einem einfachen Fall von zwei Bohrungen ausgebildet
sein, die zur Aufnahme von Schraubbolzen ausgebildet sind, über
die der Drosselklappenkörper an einer Welle lösbar
festgelegt werden kann, wobei die Welle über den Gasdrehgriff
unmittelbar oder mittelbar unter Zwischenschaltung eines Aktuators
betätigt werden kann, der wiederum vom beispielsweise zu
nennenden Motorsteuergerät entsprechend angesteuert werden
kann, so dass sie in Abhängigkeit von der Drehwinkelstellung
des Gasdrehgriffes die Welle und damit den Drosselklappenkörper
betätigt.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist es dabei vorgesehen, dass
der Drosselklappenkörper symmetrisch ausgebildet ist und
im Bereich einer Symmetrieachse eine Aufnahme für die Welle
besitzt, mittels der der Drosselklappenkörper relativ zum
Luffführungskanal lagerbar und/oder betätigbar ist.
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In
beiden Fällen ist es dabei vorgesehen, dass die Drehwinkelstellung
der Welle und damit des Drosselklappenkörpers mit einem
Sensor überwacht wird. Der Brennkraftmaschine wird von
dem Motorsteuergerät Kraftstoff in Abhängigkeit
von dem zur Zufuhr von Verbrennungsluft zur Brennkraftmaschine freigegebenen Öffnungsquerschnitt
im Luftführungskanal zugewiesen.
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Die
Bestimmung und damit Dosierung des zugeführten Kraftstoffs
kann um so genauer erfolgen, je genauer der Öffnungsquerschnitt
ermittelt werden kann. Der Öffnungsquerschnitt wiederum
ist eine Funktion des Öffnungswinkels des Drosselklappenkörpers
relativ zur rechtwinklig zur Längsmittelachse des Luftführungskanals
verlaufenden Hochachse.
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Die
erfindungsgemäße Konfiguration des Drosselklappenkörpers
sorgt nun dafür, dass der Klappengrundwinkel kleiner ist
als der Klappengrundwinkel des bekannten Drosselklappenkörpers. Um
nun einen vorbestimmten Öffnungsquerschnitt im Luftführungskanal
herbeizuführen, ist es bei dem erfindungsgemäßen
Drosselklappenkörper gewünscht und erforderlich,
einen größeren Öffnungswinkel als bei
dem bekannten Drosselklappenkörper herbeizuführen.
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Es
führt dies dazu, dass bei gegebenem Toleranzfeld des Drehwinkelsensors
der zur Bestimmung des Öffnungsquerschnitts vom Drehwinkelsensor
erfasste Öffnungswinkelbereich größer
ist als bei dem bekannten Drosselklappenkörper. Im Umkehrschluss
bedeutet dies, dass der gewünschte Öffnungsquerschnitt über
den Drehwinkelsensor genauer erfasst werden kann als bei dem bekannten
Drosselklappenkör per. Damit aber steigt die Systemauflösung
und damit die Genauigkeit der Erfassung des gewünschten Öffnungsquerschnitts
an, was wiederum dazu verwendet werden kann, die zugeteilte Kraftstoffmenge
genauer zu dosieren, wodurch auch die Abgasmenge aus dem zugeteilten
und verbrannten Kraftstoff verringert werden kann.
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Die
erfindungsgemäße Konfiguration des Drosselklappenkörpers
mit dem sich zur Außenkontur hin in einem Längsschnitt
verjüngenden Bereich sorgt dafür, dass verschiedenartig
konfigurierte Drossselklappenkörper verwendet werden können.
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So
ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der
Drosselklappenkörper in einer Draufsichtansicht eine kreisförmige
Konfiguration aufweist. Wird nun ein bekannter, eine kreisförmige
Konfiguration aufweisender Drosselklappenkörper betrachtet,
so weist dieser zur Hochachse im betrachteten Ausschnitt des Luftführungskanals
einen Klappengrundwinkel von 8,5 Grad auf. Die erfindungsgemäße
Konfiguration des Drosselklappenkörpers nun sorgt dafür,
dass dieser Klappengrundwinkel auf Werte kleiner als 8,5 Grad verringert
werden kann, beispielsweise 2,5 Grad bis 4,5 Grad.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist es auch vorgesehen, dass der
Drosselklappenkörper in einer Draufsichtansicht eine lang
gestreckte Konfiguration aufweist mit einander gegenüberliegenden halbkreisförmigen
Außenkonturbereichen, die von geradlinig verlaufenden Außenkonturbereichen
verbunden sind. Dieser in einer Draufsichtansicht oval ausgebildete
Drosselklappenkörper kann beispielsweise dann verwendet
werden, wenn die damit ausgestattete Brennkraftmaschine mehr als
ein Einlassventil besitzt und der Luftführungskanal im
Bereich vor den Einlassventilen mit einer Verzweigung ausgebildet
ist, die den Luftführungskanal in zwei unabhängige
Luftführungskanäle aufteilt, wobei jeder Luftführungskanal
einem eigenständigen Einlassventil zugeordnet ist.
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Auch
bei dieser Konfiguration des Drosselklappenkörpers ist
dieser zur Außenkontur hin sich verjüngend ausgebildet,
so dass sich ein verglichen mit dem bekannten Drosselklappenkörper
deutlich kleinerer Klappengrundwinkel ergibt.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Drosselklappenkörper
in einer Draufsichtansicht eine Konfiguration besitzt mit einander
gegenüberliegenden gekrümmt ausgebildeten und
von einer halbkreisförmigen Konfiguration abweichenden
Außenkonturbereichen, die von zumindest abschnittsweise
geradlinig verlaufenden und/oder gekrümmt ausgebildeten
Außenkonturbereichen verbunden sind. Es heißt
dies mit anderen Worten, dass die Konfiguration des erfindungsgemäßen
Drosselklappenkörpers auch so sein kann, dass die zur kurzen
Symmetrieachse symmetrischen Außenkonturbereiche gekrümmt
ausgebildet sind, die Ausbildung aber von einer halbkreisförmigen
Konfiguration abweicht und diese gekrümmt ausgebildeten
Außenkonturbereiche untereinander verbunden sind über
zur Längsachse des Drosselklappenkörpers symmetrische
Außenkonturbereiche, die ihrerseits abschnittsweise geradlinig
verlaufen können oder auch gekrümmt ausgebildet
sein können.
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Damit
kann der Drosselklappenkörper nach der Erfindung auch eine
Außenkontur aufweisen, die entlang der Außenkontur überall
gekrümmt ausgebildet ist, wobei diese Konfiguration den
Vorteil besitzt, dass aufgrund der gekrümmten Außenkonturbereiche
des Drosselklappenkörpers, der in einem Luftführungskanal
angeordnet ist, dessen Innenkontur komplementär zur Außenkontur
des Drosselklappenkörpers ausgebildet ist, eine selbständige
Zentrierung des Drosselklappenkörpers im Luftführungskanal
entsteht, was bezüglich der Montage des Drosselklappenkörpers
im Luftführungskanal von Vorteil ist.
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Anhand
der eingangs erwähnten
US 2002/0148437 A1 ist es beschrieben worden,
dass der dort genannte Drosselklappenkörper mit hoher Genauigkeit
in den Luftfüh rungskanal eingesetzt werden muss. Diese
Problematik ist bei dem erfindungsgemäßen Drosselklappenkörper
durch die Ausbildung mit einer gekrümmten Außenkonfiguration
entlang der gesamten Außenkontur des Drosselklappenkörpers
ebenfalls weggefallen.
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Nach
einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Drosselkiappenkbrpers ist es vorgesehen, dass dieser in einer Längsschnittansicht
wie ein mit einem gewölbten Deckel und Boden versehenes Fass
fasskörperförmig ausgebildet ist.
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Betrachtet
man den so ausgebildeten Drosselklappenkörper in einer
die Symmetrieachse einschließenden Schnittansicht, so weist
dieser eine entlang seiner gesamten Außenkontur gekrümmte Ausbildung
auf, die aussieht wie ein Schnitt durch ein Fass, dessen Deckel
und dessen Boden beispielsweise aufgrund von Innendruck nach außen
gewölbt sind.
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Der
so ausgebildete Drosselklappenkörper weist an seinem gesamten
Außenumfangsbereich Zentrierflächen auf, die der
automatischen Zentrierung des Drosselklappenkörpers in
dem Luftführungskanal bei seiner Montage dienen.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass sich die
Dicke des sich verjüngenden Bereichs des Drosselklappenkörpers
bis zu etwa einem Viertel der Dicke des mit gleich bleibender Dicke
ausgebildeten Bereichs des Drosselklappenkörpers verringert.
Diese Konfiguration trägt einerseits den im Luftführungskanal
auftretenden dynamischen Gaskräften Rechnung und sorgt
andererseits dafür, dass aufgrund des erfindungsgemäß vorgesehenen
sich verjüngenden Bereichs zur Außenkontur des
Drosselklappenkörpers hin der Grundwinkel des Drosselklappenkörpers
deutlich verkleinert werden kann.
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Schließlich
ist es nach der Erfindung auch vorgesehen, dass in einer Längsschnittansicht
des Drosselklappenkörpers der Winkel zwischen den sich
verjüngenden Flächen an der Außenkontur
des Drosselklappenkörpers und den im Bereich mit gleich bleibender
Dicke des Drosselklappenkörpers vorgesehenen Flächen
zwischen etwa 3 Grad und etwa 10 Grad beträgt. Damit ist
auch in Abhängigkeit von der aufgrund der dynamischen Gaskräfte
im Luftführungskanal bei einer in Abhängigkeit
von der gewünschten Leistungscharakteristik der Brennkraftmaschine
erforderlichen Festigkeit beziehungsweise Steifigkeit des Drosselklappenkörpers,
eine Konfiguration mit sich verjüngender Außenkontur
mit unterschiedlichem Verjüngungswinkel möglich.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher
erläutert. Diese zeigt in:
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1 eine
Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Verbrennungsluftführungsvorrichtung in einer Schnittansicht
mit einem kreisförmigen Drosselklappenkörper;
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2 Darstellungen
des Drosselklappenkörpers gemäß 1 in
einer Draufsichtansicht, einer Schnittansicht gemäß A-A
und einer vergrößerten Darstellung der Einzelheit
B;
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3 Darstellungen ähnlich 2,
mit einem Drosselklappenkörper gemäß einer
modifizierten Ausführungsform mit einer lang gestreckten
Konfiguration;
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4 eine
Darstellung ähnlich 2 mit einem
Drosselklappenkörper gemäß einer modifizierten
Ausführungsform, der fasskörperförmig
ausgebildet ist;
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5 eine
vergrößerte Darstellung des Drosselklappenkörpers
gemäß 4; und
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6 eine
graphische Darstellung des Öffnungsquerschnitts, aufgetragen über
dem Öffnungswinkel bei unterschiedlichen Klappengrundwinkeln.
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1 der
Zeichnung zeigt in einer Schnittansicht eine schematische Darstellung
einer Verbrennungsluftführungsvorrichtung 1 nach
der vorliegenden Erfindung.
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Diese
weist einen Luftführungskanal 2 auf mit einer
darin angeordneten Drosselklappe 3, die bei der Darstellung
gemäß 1 einen kreisscheibenförmigen
Drosselklappenkörper 4 aufweist.
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Wie
es ohne weiteres ersichtlich ist, weist der Luftführungskanal 2 eine
Längsmittelachse 5 auf und eine dazu im rechten
Winkel stehende Hochachse 6.
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Der
näher noch anhand von 2 der Zeichnung
ersichtliche Drosselklappenkörper 4 weist eine Hochachse
oder Symmetrieachse 7 auf, die bei der in 1 der
Zeichnung dargestellten geschlossenen Stellung der Drosselklappe 3 mit
der Hochachse 6 einen Klappengrundwinkel α von
3,5 Grad einnimmt.
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Der
Drosselklappenkörper 4 besitzt dabei eine Außenkontur,
die komplementär zur Innenkontur des Luftführungskanals 2 ausgebildet
ist. Bei der dargestellten Ausführungsform in 1 ist
der Drosselklappenkörper 4 kreisscheibenförmig
ausgebildet, demgemäß ist auch die Innenkontur
des Luftführungskanals 2 kreisförmig
ausgebildet.
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Wie
es näher noch anhand von 2 der Zeichnung
ersichtlich ist, besitzt der Drosselklappenkörper 4 eine
zur Außenkontur 8 hin sich verjüngende Konfiguration.
Der Drosselklappenkörper 4 besitzt dabei einen
Bereich 9 mit gleich bleibender Dicke, der zur Außenkontur 8 hin
in einen Bereich 10 übergeht, der in der Schnittansicht
sich kegelstumpfförmig verjüngend ausgebildet
ist.
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Wird
nun der Drosselklappenkörper 4 von einer nicht
näher dargestellten Betätigungseinrichtung über
eine lediglich schematisch dargestellte Welle 11 zur Drehbewegung
betätigt, nachdem der Fahrer des Motorrads den Gasdrehgriff
betätigt hat, so führt dies zu einer Vergrößerung
des Winkels α und zur Luftströmung in Richtung
des Pfeiles P.
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2 der
Zeichnung zeigt nun in der linken Darstellung eine Draufsichtansicht
auf den kreisscheibenförmigen Drosselklappenkörper 4 nach 1 und
in der mittleren Darstellung einen Schnitt gemäß A-A
sowie in der rechten Darstellung eine vergrößerte
Darstellung der Einzelheit „B”.
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Wie
es ohne weiteres ersichtlich ist, ist der Drosselklappenkörper 4 gemäß der
Ausführungsform nach 2 kreisscheibenförmig
ausgebildet. Dabei entspricht der Bereich innerhalb der Umfangslinie 12 dem
Bereich 9 mit gleich bleibender Dicke und der Bereich außerhalb
der Umfangslinie 12 sowie innerhalb der Umfangslinie 13 entspricht
dem sich verjüngenden Bereich 10.
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Die
mittlere Darstellung der 2 entspricht dem Schnitt „A-A” aus
der linken Darstellung der 2. Wie es
ohne weiteres ersichtlich ist, ist der Bereich 9 innerhalb
der Umfangslinie 12 ein Bereich mit gleich bleibender Dicke,
während der Bereich außerhalb der Umfangslinie 12 sich
dadurch auszeichnet, dass sich dieser Bereich 10 nach außen
hin symmetrisch verjüngt.
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Die
rechte Darstellung der 2 zeigt in einer vergrößerten
Darstellung die Einzelheit „B” der mittleren Darstellung
aus 2. Wie es ohne weiteres ersichtlich ist, ist der
Bereich 10 sich symmetrisch nach außen verjüngend
ausgebildet, so dass sich im Schnitt eine einem Kegelstumpf entsprechende
Konfiguration einstellt.
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Wird
der Drosselklappenkörper 4 in seine in 1 dargestellte
Grundstellung überführt, die der geschlossenen
Stellung des Luftführungskanals 2 entspricht,
so kommt der Drosselklappenkörper 4 mit der Fläche 14 mit
der Innenumfangsfläche 15 des Luftführungskanals 2 in
Kontakt und dabei bildet sich der in 1 dargestellte
Klappengrundwinkel α aus.
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Anstelle
des kreisscheibenförmigen Drosselklappenkörpers 4 kann
nach einer modifizierten Ausführungsform auch ein näher
anhand von 3 ersichtlicher Drosselklappenkörper 16 zum
Einsatz kommen. Wie es ohne weiteres ersichtlich ist, weist der
Drosselklappenkörper 16 eine lang gestreckte Konfiguration
auf mit halbkreisförmigen Außenkonturbereichen 17,
die mit geradlinig verlaufenden Außenkonturbereichen 18 verbunden
sind.
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Die
einem Oval entsprechende Konfiguration des Drosselklappenkörpers 16 nach 3 kann
beispielsweise dann zum Einsatz kommen, wenn der Zylinder der Brennkraftmaschine,
die über die erfindungsgemäße Verbrennungsluftführungsvorrichtung mit
Verbrennungsluft versorgt wird, zwei Einlassventile aufweist. In
diesem Fall teilt sich der Luftführungskanal 2 in
Richtung des Pfeiles P stromabwärts des Drosselklappenkörpers 16 in
zwei Luftführungskanäle auf, die einem jeweiligen
Einlassventil Verbrennungsluft zuführen. Der Drosselklappenkörper 16 weist
im Bereich seiner Symmetrieachse 19 zwei Bohrungen 20 auf,
die von nicht näher dargestellten Schraubbolzen durchsetzt
werden können, mittels der der Drosselklappenkörper 16 an
der Welle 11 festgelegt werden kann, um über die
nicht näher dargestellte Betätigungseinrichtung
im Luftführungskanal 2 verschwenkt werden zu können.
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Auch
der Drosselklappenkörper 16 weist eine sich zur
Außenkontur 21 hin symmetrisch verjüngende
Konfiguration auf, wie dies anhand von der mittleren Darstellung
und der Einzelheit B der rechten Darstellung nach 3 ersichtlich
ist. Wird der Drosselklappenkörper 16 in die in 1 der
Zeichnung dargestellte Grundstellung überführt,
so gelangt der Drosselklappenkörper 16 mit der
Fläche 14 des sich verjüngenden Bereichs 10 mit
der Innenumfangswand 15 der komplementär zur Außenkontur
des Drosselklappenkörpers 16 ausgebildeten Innenkontur
des Luftführungskanals 2 in Kontakt, ohne dass die
Gefahr eines Verklemmens des Drosselklappenkörpers 16 im
Luftführungskanal 2 besteht, obwohl ein Klappengrundwinkel α von
beispielsweise 2,5 Grad in der Grundstellung eingestellt worden
ist und zwar mittels eines Winkels β zwischen der Fläche 14 mit
der Verjüngung und einer Fläche 22 im
Bereich 9 gleich bleibender Dicke des Drosselklappenkörpers 16,
wobei dieser Winkel β Werte im Bereich von 3 Grad bis 10
Grad einnehmen kann.
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4 der
Zeichnung zeigt eine Darstellung ähnlich 2 beziehungsweise 3 der
Zeichnung mit einer bevorzugten Ausführungsform des Drosselklappenkörpers.
Der in 4 der Zeichnung dargestellte Drosselklappenkörper 23 weist
eine fasskörperförmige Konfiguration auf. Diese
setzt sich, wie näher anhand von 5 der Zeichnung
ersichtlich ist, aus gekrümmt ausgebildeten Außenkonturbereichen 24 und
ebenfalls gekrümmt ausgebildeten Außenkonturbereichen 25 zusammen.
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Stellt
man sich einen fassförmigen Körper vor mit einem
nach außen gewölbten Deckel sowie einem nach außen
gewölbten Boden und einer nach außen gewölbten
Außenumfangswand und schneidet diesen so gebildeten Körper
in einem Längsschnitt, der die Symmetrieachse beinhaltet,
so stellt sich eine Konfiguration gemäß 5 der
Zeichnung ein, die die Außenumfangslinie 26 des
Drosselklappenkörpers 23 nach 4 der
Zeichnung zeigt.
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Wird
nun der so gebildete Drosselklappenkörper 23 mit
seiner im Schnitt fasskörperförmigen Konfiguration
in einen Luftführungskanal 2 mit komplementärer
Innenkontur eingesetzt, so sorgen die gekrümmt ausgebildeten
Außenkonturbereiche 24 und 25 für
eine automatisch zentrierende Wirkung, die für eine einfache
Montage des Drosselklappenkörpers 23 im Luftführungskanal 2 sorgt,
da sich der Drosselklappenkörper 23 an seinen
Kontaktpunkten 27 mit der Innenumfangswand 15 des
Luftführungskanals 2 automatisch ausrichtet und
zentriert.
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Über
auch in 4 der Zeichnung dargestellte
Bohrungen 20 können Schraubbolzen eingeführt
werden, die den Drosselklappenkörper 23 an der
Welle 11 zur Betätigung über einen Aktuator
oder dergleichen festlegen. Die mittlere Darstellung der 4 zeigt,
dass auch der fasskörperförmig ausgebildete Drosselklappenkörper 23 einen
zur Außenkontur hin sich verjüngenden Bereich 10 besitzt
und einen Bereich gleich bleibender Dicke.
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Die
sich zur Außenkontur hin verjüngende Konfiguration
des Bereichs 10 ist wieder in der rechten Darstellung der 4 vergrößert
dargestellt. Der Drosselklappenkörper 23 kann
bei seiner Grundstellung, die weitgehend der in 1 der
Zeichnung dargestellten Grundstellung entspricht, mit der Fläche 14 mit
der Innenumfangsfläche 15 des Luftführungskanals 2 in
Kontakt kommen und einen Klappengrundwinkel α von kleiner
2,5 Grad ausbilden, beispielsweise also einen Klappengrundwinkel α im
Bereich von 2 bis 2,5 Grad ausbilden.
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Der
in 4 und 5 dargestellte fasskörperförmige
Drosselklappenkörper 23 ermöglicht von den
dargestellten Drosselklappenkörpern mit seiner Konfiguration
mit am gesamten Außenumfang gekrümmt ausgebildeten
Bereichen den kleinsten Klappengrundwinkel α. Dabei sorgen
die großen Radien an den Außenkonturbereichen 25 für
eine sich selbsttätig einstellende Zentrierung des Drosselklappenkörpers 23 im
Luftführungskanal und die ebenfalls gekrümmt ausgebildeten
Außenkonturbereiche 24 sorgen dafür,
dass auch bei den großen, im Betrieb der Brennkraftmaschine
auftretenden Temperaturbereichen, die eine entsprechende Ausdehnung
des Drosselklappenkörpers 23 hervorrufen, kein
Klemmen des Drosselklappenkörpers 23 im Luftführungskanal
bei seiner Ausdehnung auftritt.
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Der
Drosselklappenkörper 23 ist aufgrund seiner fasskörperförmigen
Konfiguration mit unterschiedlichen langen Hauptachsen ausgebildet
und die sich so ergebende langgestreckte Konfiguration sorgt dafür,
dass sich ein strömungsgünstiger Übergang
im Luftführungskanal zwischen dem Drosselklappenkörper
und den Einlassventilen der Brennkraftmaschine einstellt.
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Dadurch
wird die Füllung der Brennräume verbessert und
die von der Brennkraftmaschine abgegebene Leistung steigt entsprechend.
Trotz dieser leistungsoptimierten Auslegung der Brennkraftmaschine
ermöglicht der fasskörperförmige Drosselklappenkörper 23 aufgrund
des dadurch möglichen kleinen Klappengrundwinkels α von
beispielsweise 2 Grad einen sanften Übergang vom Schubbetrieb
in den Zugbetrieb und eine feinfühlige Steuerung des abgegebenen
Motormoments im niedrigen Teillastbereich und dadurch eine harmonische
Leistungsentfaltung. Das Problem des Klemmen des Drosselklappenkörpers
im Luftführungskanal bei dem angestrebten kleinen Klappengrundwinkel
wird vermieden und trotz der angestrebten hohen Spitzenleistung
mit hohen Drehmomentwerten bereits im niedrigen Drehzahlbereich
entfaltet die Brennkraftmaschine einen weichen Leistungseinsatz
und ermöglicht so eine harmonische Fahrweise.
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6 der
Zeichnung nun zeigt eine Graphik des Öffnungsquerschnitts
aufgetragen über dem Öffnungswinkel bei unterschiedlichen
Klappengrundwinkeln.
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Das
Bezugszeichen 28 bezeichnet einen Kurvenzug des Öffnungsquerschnitts
aufgetragen über dem Öffnungswinkel bei einem
Klappengrundwinkel von 8,5 Grad, die der bekannten Drosselklappengrundstellung
entspricht. Wie es ohne weiteres ersichtlich ist, führt
eine geringfügige Veränderung des Öffnungswinkels
von beispielsweise 3 Grad zu einem Öffnungsquerschnitt
im Luftführungskanal 2 von etwa 28 mm2.
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Ein
solcher Öffnungswinkel von 3 Grad entspricht einer entsprechenden
Betätigung des Gasdrehgriffs des nicht näher dargestellten
Motorrads und führt zu einer deutlichen Zunahme des von
der Brennkraftmaschine des Motorrads abgegebenen Abtriebsmoments.
Geschieht dies in einer vom Fahrer des Motorrads nicht beabsichtigten
Weise, beispielsweise beim Überfahren eines Fahrbahnabsatzes,
so reagiert der Fahrer daraufhin mit einem sofortigen Schließen
des Gasdrehgriffes, was dazu führt, dass die Brennkraftmaschine
vom Zugbetrieb in den Schubbetrieb übergeht mit der Folge
einer unharmonischen Fahrweise des Motorrads.
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Kommt
nun anstelle der bekannten Verbrennungsluftführungsvorrichtung
die erfindungsgemäße Verbrennungsluftführungsvorrichtung
an der gleichen Brennkraftmaschine zum Einsatz, so kann durch die
sich zur Außenkontur hin verjüngende Konfiguration
des Drosselklappenkörpers ein Klappengrundwinkel von beispielsweise
4,5 Grad eingestellt werden, aus dem sich der in 6 der
Zeichnung dargestellte Kurvenzug 29 ergibt.
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Verglichen
mit dem Kurvenzug 28 wird sofort ersichtlich, dass bei
einem eingestellten Öffnungswinkel von 3 Grad der Öffnungsquerschnitt
deutlich kleiner ist, als der entsprechende Öffnungsquerschnitt
des Kurvenzugs 28. Es bedeutet dies mit anderen Worten,
dass bei einer vergleichbaren Fahrsituation das von der Brennkraftmaschine
abgegebene Abtriebsmoment bei der unbeabsichtigten Herbeiführung
des Öffnungswinkels von 3 Grad nicht in einer vom Fahrer
nicht beabsichtigten Weise ansteigt, wie dies beim Kurvenzug 28 der
Fall ist.
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Wenn
es gewünscht ist, den vom Fahrer des Motorrads unbeabsichtigt
herbeigeführten Anstieg des Abtriebsmoments der Brennkraftmaschine
weiter abzumildern, kann die Außenkontur des Drosselklappenkörpers
nach der Erfindung derart sich verjüngend konfiguriert
werden, dass ein Klappengrundwinkel von 2,5 Grad eingestellt wer den
kann, der zu einem Verlauf des Öffnungsquerschnitts aufgetragen über
dem Öffnungswinkel gemäß dem Kurvenzug 30 führt.
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Es
bedeutet dies mit anderen Worten, dass bei dem in unbeabsichtigter
Weise durch den Fahrer herbeigeführten Öffnungswinkel
von 3 Grad der Öffnungsquerschnitt im Luftführungskanal
noch kleiner wird, als bei dem Kurvenzug 29, der einem
Drosselklappengrundwinkel von 4,5 Grad entspricht. Eine solche Konfiguration
gemäß dem Kurvenzug 30 ist beispielsweise
bei einer Brennkraftmaschine vorgesehen, die verglichen mit der
Brennkraftmaschine, für die der Kurvenzug 29 vorgesehen
ist, einen noch deutlich steileren Anstieg des Abtriebsmoments in Abhängigkeit
vom Öffnungswinkel zeigt, also beispielsweise bei einer
noch dynamischeren und mehr Ausgangsleistung aufweisenden Brennkraftmaschine.
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Zu
Referenzzwecken zeigt die Darstellung in 6 der Zeichnung
noch einen Kurvenzug 31, der dem Verlauf des Öffnungsquerschnitts
aufgetragen über dem Öffnungswinkel bei einem
Klappengrundwinkel von 0 Grad entspricht. Dieser Verlauf dient lediglich
zu Referenzzwecken und zur Darstellung, dass aufgrund der Verschiebung
der Kurvenzüge 29 und 30 vom Kurvenzug 28 weg
in Richtung zum Kurvenzug 31 durch die erfindungsgemäße
Verbrennungsluftführungsvorrichtung bei gleichem Öffnungswinkel
der Öffnungsquerschnitt im Luftführungskanal verkleinert
werden kann, um eine harmonische Leistungsentfaltung der hochdynamischen
Brennkraftmaschine insbesondere im Teillastbereich herbeizuführen,
so dass ein vom Fahrer nicht beabsichtigt herbeigeführter
deutlicher Anstieg des Motormoments vermieden werden kann.
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Hinsichtlich
vorstehend im Einzelnen nicht näher erläuterter
Merkmale der Erfindung wird im Übrigen ausdrücklich
auf die Ansprüche und die Zeichnung verwiesen.
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- 1
- Verbrennungsluftführungsvorrichtung
- 2
- Luftführungskanal
- 3
- Drosselklappe
- 4
- Drosselklappenkörper
- 5
- Längsmittelachse
- 6
- Hochachse
- 7
- Symmetrieachse
- 8
- Außenkontur
- 9
- Bereich
- 10
- Bereich
- 11
- Welle
- 12
- Umfangslinie
- 13
- Umfangslinie
- 14
- Fläche
- 15
- Innenumfangsfläche
- 16
- Drosselklappenkörper
- 17
- halbkreisförmiger
Außenkonturbereich
- 18
- geradlinig
verlaufender Außenkonturbereich
- 19
- Symmetrieachse
- 20
- Bohrung
- 21
- Außenkontur
- 22
- Fläche
- 23
- Drosselklappenkörper
- 24
- Außenkonturbereich
- 25
- Außenkonturbereich
- 26
- Außenumfangslinie
- 27
- Kontaktpunkte
- 28
- Kurvenzug
- 29
- Kurvenzug
- 30
- Kurvenzug
- 31
- Kurvenzug
- α
- Drosselklappenwinkel
- β
- Winkel
- P
- Pfeil
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - US 5720255
B [0013]
- - US 2002/0148437 A1 [0014, 0041]