DE69201109T2 - Drosselklappenstutzen für eine Brennstoffzufuhrvorrichtung für Brennkraftmaschine. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drosselklappenstutzen für eine Vorrichtung zur Speisung einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoff. Die Erfindung hat eine besonders wichtige Anwendung bei den Drosselklappenstutzen für Einspritzvorrichtungen mit elektronischen Mitteln zur Steuerung der bei jedem Arbeitstrakt des Motors eingeführten Kraftstoffmenge. Sie ist aber auch bei anderen Fällen anwendbar, insbesondere wenn der Drosselklappenstutzen zu einer Vergasungsvorrichtung mit Steuerung durch elektronische Mittel gehört.
• Ein Drosselklappenstutzen enthält üblicherweise ein Gehäuse, in dem eine Einlaßleitung und eine Drosselklappe in Form einer im wesentlichen kreisförmigen Scheibe ausgebildet sind, die auf einer mittigen Welle befestigt ist, die um eine zur Leitung quer verlaufende Achse drehbar ist, und die zwischen einer minimalen Öffnungsstellung, die eventuell gleich Null ist, und einer maximalen Öffnungsstellung verstellbar ist, in der die Drosselklappe zur Achse der Leitung im wesentlichen parallel ausgerichtet ist.
• Die Menge an je Takt eingespritzem Kraftstoff muß im Verhältnis zum dem Motor zugeführten Luftdurchsatz bemessen sein. Viele bisher verwendeten Einspritzvorrichtungen haben elektronische Mittel zur Berechnung des Luftdurchsatzes auf Grund von Signalen, die den Öffnungsgrad (zum Beispiel durch ein Potentiometer geliefert) der Drosselklappe und die die Luftgeschwindigkeit wiedergebende Druckdifferenz zwischen stromauf und stromab der Drosselklappe angeben.
• In den herkömmlichen Drosselklappenstutzen hat die Drosselklappe eine konstante Dicke und die Leitung die Form eines Kreiszylinders in der Zone, in der sich die Drosselklappe bewegt. In einem solchen Stutzen nimmt der der Luft zur Verfügung stehende Durchtrittsquerschnitt bei der anfänglichen Winkelbewegung der Drosselklappe ausgehend von ihrer minimalen Öffnungsstellung schnell zu, vor allem wenn diese minimale Öffnung praktisch Null ist. Nun erfordert aber eine zufriedenstellende Steuerung des Motors bei geringen Belastungen (d. h. bei geringen Öffnungen der Drosselklappe), daß die anfängliche Zunahme des Durchtrittsquerschnitts stark progressiv ist. Insbesondere wird im Fall einer Einspritzvorrichtung mit elektronischer Steuerung eine angenehme Betätigung nur mit einer Anfangsänderung des Luftdurchsatz es in Abhängigkeit vom Öffnungswinkel der Drosselklappe erzielt, die die in Fig. 1 dick ausgezogene Form aufweist.
• Im allgemeinen führt man die Progressivität dadurch herbei, daß man die vom Gaspedal ausgehende direkte Steuerung durch eine Steuerung mit Hilfe eines Gestänges mit komplexer Kinematik ersetzt, dessen zahlreiche Gelenke auf Grund der Summierung der Spiele der Genauigkeit der Steuerung schaden.
• Um die Steuerung progressiv zu machen, verwendet man auch eine Führung, die mit der Achse der Drosselklappe fest verbunden ist und auf der sich ein mit dem Gaspedal verbundenes Seil aufwickelt, wobei diese Führung die Form eines Sektors mit veränderlichem Radius hat. Die durch eine derartige Technik erzielte Verbesserung ist im allgemeinen ungenügend.
• Zur Schaffung eines Drosselklappenstutzens, der der Luft einen Durchtrittsquerschnitt darbietet, der beim anfänglichen Öffnen der Drosselklappe nur sehr progressiv zunimmt, wurde bereits durch JP-A-58 202 338, die als nächster Stand der Technik betrachtet wird, ein Drosselklappenstutzen, der im zweiten Abschnitt der Beschreibung definierten Art vorgeschlagen, der auch einen Deckel aufweist, der in der Einlaßleitung angeordnet und um eine Achse drehbar gelagert ist, die zur Drehachse der Drosselklappe parallel und gegenüber dieser Achse versetzt ist, wobei der Deckel gegenüber seiner Achse asymmetrisch ist, auf deren einer Seite er einen ersten Flügel aufweist, der zum Verschließen eines Bruchteils des Querschnitts der Einlaßleitung dient, wenn die Stellung der Drosselklappe gegenüber ihrer minimalen Öffnungsstellung einen Winkel bildet, der kleiner als ein gegebener Winkel ist, wobei der Deckel durch eine mechanische Verbindung mit der Drosselklappe verbunden ist, um das erzwungene progressive Öffnen des Deckels herbeizuführen, wenn die Verstellung der Drosselklappe ausgehend von ihrer minimalen Öffnungsstellung den gegebenen Winkel übersteigt.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Drosselklappenstutzens, der durch JP-A-58 202 338 bekannten Bauart, der nur einfache Mittel in Betrieb setzt, um den Durchtrittsquerschnitt der Luft nur sehr progressiv zu verändern, insbesondere während des anfänglichen Öffnens der Drosselklappe.
• Zu diesem Zweck zeichnet sich der Drosselklappenstutzen dadurch aus, daß der Deckel so beschaffen ist, daß die die Einlaßleitung durchströmende Luft bestrebt ist, seinen ersten Flügel in seine Stellung zum Verschließen des angegebenen Bruchteils des Querschnitts der Leitung zu bringen, und daß er auf der anderen Seite seiner im Gehäuse aufgenommenen Achse einen zweiten Flügel aufweist, der einen Nocken von solcher Form bildet, daß die Drosselklappe an ihm anliegt, wenn ihe Verstellung den gegebenen Winkel übersteigt. Auf diese Weise treibt durch einfache Anlage die Drosselklappe den Deckel in Öffnungsrichtung an, wenn der gegebene Winkel überschritten ist. Eine solche Ausführungsform ist besonders einfach. Dies ist nicht die einzige Möglichkeit. Die Koppelung zwischen Drosselklappe und Deckel kann auch durch andere mechanische Mittel erfolgen.
• Die Achse, um die sich der Deckel dreht und die Achse der Drosselklappenwelle haben vorzugsweise eine solche gegenoseitige Stellung, daß die Drosselklappe am ersten Flügel des Deckels anliegt und ihn in Richtung auf seine Schließstellung antreibt, wenn die Drosselklappe zu ihrer minimalen Öffnungsstellung zurückkommt. Auf diese Weise wird der Deckel in Richtung auf seine Schließstellung nicht nur durch den Luftstrom geführt, dessen Wirkung auf den ersten Flügel größer als die Wirkung auf den zweiten Flügel ist, sondern auch durch zwangsläufige Wirkung der Drosselklappe. Es kann auch eine Feder vorgesehen sein, um den Deckel in Richtung auf seine Schließstellung vorzuspannen.
• Zur weiteren Verbesserung der Progressivität kann man der Einlaßleitung längs der Bahn des Flügels der Drosselklappe, der mit dem Deckel nicht zusammenarbeitet, eine konvergierende Form ausgehend von der Stelle geben, die der Rand der Drosselklappe einnimmt, wenn diese letzere sich in ihrer minimalen Öffnungsstellung befindet.
• Das Klemmen des Deckels in Schließstellung muß vermieden werden. Der Deckel kann so ausgelegt werden, daß in geschlossenem Zustand seine Ebene einen ausreichenden Winkel mit einer zur Achse der Leitung senkrechten Ebene bildet. Es kann ein Anschlag vorgesehen sein, um die Winkelverstellung des Deckels in Schließrichtung zu begrenzen. Das Gleiten des Deckels an der Wand der Einlaßleitung und/oder an der Drosselklappe kann dadurch erleichtert werden, daß der Deckel aus einem Material mit geringem Reibungskoeffizient gebildet wird, etwa aus einem gefüllten synthetischen Material.
• Schließlich können die beiden Flügel des Deckels so ausgelegt werden, daß sie durch ihre Anlage an den Flügeln der Drosselklappe die Winkelverstellung der letzteren ausgehend von ihrer minimalen Öffnungsstellung begrenzen, um sie anzuhalten, wenn sie ihre volle Öffnungsstellung erreicht hat.
• Die Erfindung ist anhand der folgenden Beschreibung eines speziellen Ausführungsbeispiels besser verständlich, das als nicht begrenzendes Beispiel gegeben ist. Die Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:
• Fig. 1 wie erwähnt, den allgemeinen erwünschten Verlauf einer Änderungskurve des Luftdurchsatzes Q in Abhängigkeit vom Öffnungswinkel der Drosselklappe bei konstanter Druckdifferenz zwischen stromauf und stromab;
• Fig. 2 einen Schnitt II-II von Fig. 3 eines Drosselklappenstutzens einer besonderen Ausführungsform der Erfindung, wobei die Drosselklappe in Leerlaufstellung, d. h. bei minimaler Öffnung, dargestellt ist;
• Fig. 3 eine Ansicht der Fig. 2 von oben;
• Fig. 4, 5 und 6 ähnlich Fig. 2 die Drosselklappe am Ende der Öffnungszone ohne Antrieb des Deckels, während des Antriebs des Deckels bzw. in maximaler Öffnungsstellung.
• Der in Fig. 2 und 3 gezeigte Drosselklappenstutzen enthält ein Gehäuse, in dem ein Kanal ausgebildet ist, der einen Teil der zum Motor führenden Lufteinlaßleitung bildet. Eine Welle 12, die die Einlaßleitung 10 längs eines Durchmessers durchquert, trägt eine Drosselklappe 14 in Form einer flachen Scheibe. Die Drosselklappe 14 ist zum Beispiel in einem Schlitz der Welle 12 durch zwei Schrauben 16 befestigt. Die Drosselklappe ist verstellbar zwischen einer minimalen Öffnungsstellung mit einer Öffnung von praktisch gleich Null, in der sie mit einer zur Achse der Leitung 10 senkrechten Ebene einen Winkel α&sub0; einschließt, und einer maximalen Öffnungsstellung (Fig. 6), in der sie parallel zur Achse der Leitung und zur Luftströmung F längs der Leitung ausgerichtet ist.
• Die Drosselklappe kann durch eine beliebige Art von üblichem Gestänge angetrieben werden. In dem in Fig. 3 dargestellten Fall enthält dieses Gestänge einen Hebel 18, der an der Welle 12 befestigt und durch ein Seil mit einem Gaspedal verbunden ist. Die Vorrichtung wird durch nicht dargestellte Rückstellfedern ergänzt. In zahlreichen Fällen ist die Welle ebenfalls am Schieber eines Potentiometers befestigt, das einen Stellungsgeber der Drosselklappe bildet.
• Um während des anfänglichen Öffnens der Drosselklappe die Vergrößerung des Druchtrittsquerschnitts für die Luft progressiver zu machen, enthält die in Fig. 2 gezeigte Leitung eine konvergierende Zone 20, die rotationssymmetrisch ausgebildet ist, um leicht bearbeitet werden zu können, und die von der Stellung ausgeht, die der stromab gelegene Teil der Drosselklappe im Ruhezustand einnimmt. Diese Maßnahme verbessert noch die Progressivität.
• Der in Fig. 2 bis 6 gezeigte Drosselklappenstutzen nach der Erfindung enthält einen Deckel 22, der um eine zur Drehachse der Drosselklappe parallele Achse 24 drehbar, jedoch gegenüber dieser Achse in Richtung nach stromab und auch in Richtung auf den Flügel der Drosselklappe versetzt ist, der sich während des Öffnens in Richtung stromauf bewegt. Der Deckel ist zum Beispiel mit geringer Reibung auf einer in den Körper eingesteckten Stange befestigt. Er kann ebenfalls zwei Lagerzapfen aufweisen, die sich in im Gehäuse angeordneten Lagern drehen. Wenigstens in dem im einzelnen noch zu beschreibenden Fall, in dem der Deckel durch die Drosselklappe unmittelbar angetrieben wird, ist es erwünscht, den Deckel aus einem Material mit geringem Reibungskoeffizient zu bilden, etwa aus einem gefüllten synthetischen Material.
• Der Deckel 22 hat zwei Flügel 28 und 30. Diese Flügel sind so ausgelegt, daß sie mehrere Funktionen erfüllen. Der Flügel 28 ist so geformt, daß der Deckel so lange in der in Fig. 2, 3 und 4 gezeigten Ruhestellung bleibt, bis die Drosselklappe eine Stellung erreicht hat, die einen Winkel α&sub1; von im allgemeinen 35 bis 55º mit einer zur Achse der Leitung senkrechten Ebene bildet. Der erste Flügel 28 des Deckels (im Fall von Fig. 2 der sich nach stromauf drehende Flügel) dient zum Verschließen eines Bruchteils der Einlaßleitung während des anfänglichen Öffnens der Drosselklappe. Der Rand dieses ersten Flügels 28 drückt auf die Wand der Einlaßleitung 10 und ist gegenüber der Drosselklappe so dimensioniert, daß die Drosselklappe auf ihm aufliegt, wenn der Deckel geschlossen ist und sich die Drosselklappe in ihrer minimalen Öffnungsstellung befindet (Fig. 2).
• Der zweite Flügel 30 des Deckels hat ein solches Profil, daß die Drosselklappe 14 an ihm anliegt und das verstärkte Öffnen des Deckels bewirkt, wenn der Winkel α&sub1; der Drosselklappe übersteigt. Dieser zweite Flügel bildet somit einen Betätigungsnocken. Wie Fig. 6 zeigt, kann das Profil der beiden Flügel so gewählt werden, daß der Deckel auch für die volle Öffnung einen Anschlag bildet, der die Drehung der Drosselklappe über die dem maximalen Durchsatz entsprechende senkrechte Stellung hinaus verhindert (Fig. 6). Im Deckel können Nuten 32 ausgebildet sein, um den Enden der Schrauben 16 einen Durchtritt freizulassen.
• In seinem der Achse nächstgelegenen Teil ist der Umfang des zweiten Schenkels im allgemeinen so ausgelegt, daß Luftverluste längs der Welle 12 vermieden oder verringert werden. Der von der Achse 24 weiter entfernte Teil des zweiten Flügels hat eine ebene Form, die gemäß den angestrebten Eigenschaften der Durchsatzänderungen gewählt sind. Zur Erzielung einer besonders langsamen Änderung kann man den zweiten Flügel in Form eines Bands ausbilden, das sich über die ganze Breite der Leitung erstreckt, wie in Fig. 3 gestrichelt dargestellt. Im entgegengesetzten Fall kann sich der von der Achse des zweiten Flügels 30 entfernt gelegene Teil auf eine Zunge 34 beschränken (in Fig. 3 strichpunktiert dargestellt).
• Die beschriebene Vorrichtung arbeitet in folgender Weise.
• Wenn man die Drosselklappe 14 ausgehend von der in Fig. 2 gezeigten minimalen Öffnungsstellung halb öffnet, beginnt die Luft nur zwischen dem sich nach stromab öffnenden Rand der Drosselklappe 14 und der Wand der Leitung zu strömen. Gemäß Fig. 4 schließt der Deckel weiterhin im wesentlichen die Hälfte des von der Leitung dargebotenen Durchtrittsquerschnitts.
• Den Durchtritt längs der Welle 12 gibt es nicht mehr, weil der mittlere Teil des Deckels 22 sich in Berührung mit der Welle selbst befindet.
• Wenn der Öffnungsgrad der Drosselklappe 14 den in Fig. 4 gezeigten übersteigt, drückt der sich nach stromab öffnende Flügel der Drosselklappe den zweiten Flügel der Drosselklappe zurück und nimmt ihn unter Herbeiführung einer progressiven Öffnung mit.
• Wenn schließlich die Drosselklappe ihre volle Öffnungsstellung erreicht (Fig. 6), nimmt der Deckel seinerseits eine Stellung ein, in der er einen minimalen Druckabfall erzeugt, wobei er an der Drosselklappe anliegt.
• Wenn die Drosselklappe wieder schließt, drückt sie den Deckel zurück. Dieses verstärkte Schließen ist ein Sicherheitsfaktor.
• Die Erfindung eignet sich für zahlreiche Varianten. Zum Beispiel kann das Gehäuse einen Anschlag tragen, der zur Begrenzung der Drehung des Deckels in Richtung auf seine Schließstellung und zur Vermeidung des Klemmens dient. Die gegenseitige Stellung der Drosselklappe und des Deckels in Richtung der Strömung kann umgekehrt werden.

Claims (10)

1. Drosselklappenstutzen für eine Vorrichtung zur Speisung einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoff, wobei dieser Stutzen enthält: ein Gehäuse, in dem eine Einlaßleitung (10) ausgebildet ist, die eine Drosselklappe (4) in Form einer im wesentlichen kreisförmigen Scheibe enthält, die auf einer mittigen Welle (12) befestigt ist, die um eine zur Leitung (10) quer verlaufende Achse drehbar ist, und die zwischen einer minimalen Öffnungsstellung, die eventuell gleich Null ist, und einer maximalen Öffnungsstellung verstellbar ist, in der die Drosselklappe (14) zur Achse der Leitung (10) im wesentlichen parallel ausgerichtet ist, und auch einen Deckel (22), der in der Einlaßleitung (10) angeordnet und um eine Achse (24) drehbar gelagert ist, die zur Drehachse der Drosselklappe (14) parallel und gegenüber dieser Achse versetzt ist, wobei der Deckel (22) gegenüber seiner Achse (24) asymmetrisch ist, auf deren einer Seite er einen ersten Flügel (28) aufweist, der zum Verschließen eines Bruchteils des Querschnitts der Einlaßleitung (10) dient, wenn die Stellung der Drosselklappe (14) gegenüber ihrer minimalen Öffnungsstellung (α 0) einen Winkel bildet, der kleiner als ein gegebener Winkel (α 1) ist, wobei der Deckel (22) durch eine mechanische Verbindung mit der Drosselklappe (14) verbunden ist, um das erzwungene progressive Öffnen des Deckels (22) herbeizuführen, wenn die Verstellung der Drosselklappe (14) ausgehend von ihrer minimalen Öffnungsstellung (α 0) den gegebenen Winkel (α 1) übersteigt, dadurch gekennzeichnet,

daß der Deckel (22) so beschaffen ist, daß die die Einlaßleitung (10) durchströmende Luft bestrebt ist, seinen ersten Flügel (28) in seine Stellung zum Verschließen des angegebenen Bruchteils des Querschnitts der Leitung (10) zu bringen, und daß er auf der anderen Seite seiner im Gehäuse aufgenommenen Achse (24) einen zweiten Flügel (30) aufweist, der einen Nocken von solcher Form bildet, daß die Drosselklappe an ihm anliegt, wenn ihre Verstellung den gegebenen Winkel (α 1) übersteigt.

2. Drosselklappenstutzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (22) mit geringer Reibung auf einer Stange (26) montiert ist, die quer durch die Leitung (10) eingesteckt ist.

3. Drosselklappenstutzen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachsen der Drosselklappe (14) und des Deckels (22) eine solche gegenseitige Stellung haben, daß beim Schließen der Drosselklappe (14) diese in Anlage an den ersten Flügel (28) des Deckels (22) kommt, um ihn in seine Schließstellung anzutreiben.

4. Drosselklappenstutzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (24) des Deckels (22) in Richtung stromab und auf der Seite des Flügels (28) der Drosselklappe (14) versetzt ist, die sich beim Öffnen in Richtung stromauf bewegt.

5. Drosselklappenstutzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (22) aus Kunststoff mit geringem Reibungskoeffizient besteht.

6. Drosselklappenstutzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselklappe (14) in ihrer minimalen Öffnungsstellung mit einer zur Achse der Einlaßleitung (10) senkrechten Ebene einen Winkel (α 0) einschließt, der ausreichend groß ist, um ein Klemmen zu vermeiden.

7. Drosselklappenstutzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Flügel (30) des Deckels (22) einen Umfang hat, der die Einlaßleitung (10) in einem Teil des Querschnitts verschließt, der wenigstens zwischen der Drehachse (12) der Drosselklappe (14) und der Drehachse (24) des Deckels (22) enthalten ist.

8. Drosselklappenstutzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (22) eine solche Form hat, daß er einen Anschlag bildet, der die Öffnungsbewegung der Drosselklappe (14) in ihrer vollen Öffnungsstellung begrenzt.

9. Drosselklappenstutzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Feder zur Rückstellung des Deckels (22) in seine Schließstellung aufweist.

10. Drosselklappenstutzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (10) ausgehend von der Stellung, die der stromab gelegene Rand der Drosselklappe (14) in deren minimaler Öffnungsstellung (α 0) einnimmt, eine konvergierende Form hat.