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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Ansaugluftstrom-Steuervorrichtung
für eine
Verbrennungskraftmaschine, welche einen Ansaugluftstrom als Antwort
auf Fahrverhältnisse
eines Fahrzeugs steuert.
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Hintergrund der Erfindung
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JP H 04-109 265 U beschreibt
eine Ansaugluftstrom-Steuervorrichtung
mit einem Drosselkörper und
einem Drosselventil in plattenartiger Ausgestaltung, das mittels
des Drosselkörpers
durch eine Drosselwelle drehbar gelagert ist. Die Ansaugluftstrom-Steuervorrichtung
weist ferner ein Luftstrom-Steuermittel auf, das innerhalb eines
Bereichs der Höhe
der Drosselwelle angeordnet ist. Das Luftstrom-Steuermittel weist die symmetrische
Form eines gleichschenkligen Dreiecks auf, das mit seiner Längsachse
parallel zur Längsachse
des Drosselkörpers
ausgerichtet ist.
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JP 110 626 36 A beschreibt
eine Ansaugluftstrom-Steuervorrichtung
mit einem Drosselkörper und
einem Drosselventil in plattenartiger Ausgestaltung, das mittels
des Drosselköpers
durch eine Drosselwelle drehbar gelagert ist. Ferner ist ein Luftstrom-Steuermittel
vorgesehen, das in einem Bereich unterhalb der Drosselwelle angeordnet
ist.
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Ein
Drosselventil für
eine Verbrennungskraftmaschine für
ein Fahrzeug befindet sich in einem Ansaugluftkanal eines Drosselkörpers, wird
proportional zu einem Grad, bei welchem ein Gaspedal betrieben wird,
geöffnet
und geschlossen, und es wird abhängig
von einem Zustand des Fahrzeugs betrieben, beispielsweise von dem
Erfassen eines Rutschens etc. als Unterschied in der Drehung zwischen
einem Vorderrad und einem Hinterrad, wobei das Drosselventil eine
Ausgangsleistung der Verbrennungskraftmaschine durch Steuern des
Ansaugluftstroms steuert. Ein Aufbau zum Öffnen und Schließen des
Drosselventils ist daher nicht so gestaltet, dass das Drosselventil
direkt mit einem Gaspedal und einem Getriebemechanismus verbunden
wäre. Öffnungs-
und Schließstellungen
des Drosselventils werden durch einen Motor etc. betrieben und bestimmt
durch ein zusammengesetztes Signal, welches ein Signal beinhaltet,
das angibt, wie weit das Gaspedal betätigt ist.
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4 zeigt
einen Aufbau einer herkömmlichen
Ansaugluftstrom-Steuervorrichtung einer Verbrennungskraftmaschine. 5 ist
eine Querschnittsansicht der Ansaugluftstrom-Steuervorrichtung, welche
in 4 dargestellt ist, in einer Achsenrichtung eines
Drosselkörpers.
In diesen Zeichnungen bezeichnet Bezugsziffer 1 den Drosselkörper, welcher
den Ansaugluftkanal 2 ausbildet, und welcher mit einer
Ansaugleitung (nicht dargestellt) der Verbrennungskraftmaschine
verbunden ist. Bezugsziffer 4 bezeichnet ein Drosselventil,
welches im Wesentlichen plattenförmig
gestaltet ist und welches in den Drosselkörper 1 durch eine
Drosselwelle 3 angeordnet ist, gelagert durch Lager 5 und 6,
um frei drehbar zu sein. Das Drosselventil 4 ist so ausgestaltet,
dass den Ansaugluftstrom so gesteuert wird, dass eine Kanalfläche des
Ansaugluftkanals 2 durch eine Drehung der Drosselwelle 3,
beispielsweise entgegen dem Uhrzeigersinn in dieser Zeichnung, vergrößert und
verkleinert wird.
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Bezugsziffer 7 bezeichnet
einen Motor (auf eine detaillierte Darstellung des Aufbaus innerhalb des
Motors wird verzichtet) zum Öffnen
und Schließen
des Drosselventils. Eine Motorwelle 8 ist an dem Motor
angebracht, und ein Motorzahnrad 9 ist an der Motorwelle 8 angebracht.
Das Motorzahnrad 9 ist in Eingriff mit einem Reduktionszahnrad 11,
welches gelagert ist durch einen an dem Drosselkörper 1 angebrachten
Stift 10, und das Reduktionszahnrad 11 ist außerdem im
Eingriff mit einem Drosselzahnrad 12, welches an einem
Ende der Drosselwelle 3 angebracht ist, wodurch eine Antriebskraft
des Motors 7 an die Drosselwelle 3 übermittelt
wird. Bezugsziffer 13 bezeichnet eine Feder, welche im
Eingriff mit dem Motorzahnrad 9 ist. Das Drosselventil 4 wird
angehalten, so dass es einen geringen Öffnungsgrad hat, und zwar durch
ein Arbeitsdrehmoment der Feder 13.
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Bezugsziffer 14 bezeichnet
einen Rotor, welcher an einem Ende der Drosselwelle 3 angebracht ist.
Bezugsziffer 15 bezeichnet einen Kontakt, welcher in dem
Rotor 14 ausgeformt ist. Bezugsziffer 16 bezeichnet
einen variablen Widerstand zum Erfassen eines Drehwinkels der Drosselwelle 3.
Bezugsziffer 17 bezeichnet eine Abdeckung zum Befestigen des
veränderlichen
Widerstands 16. Eine Ansaugluft, welche der Verbrennungskraftmaschine
zugeführt wird,
fließt
durch den Ansaugluftkanal 2 von rechts nach links in der
Zeichnungsebene in 5 (schmale Pfeile).
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Nun
wird der Betrieb beschrieben. Wenn ein Strom durch den Motor 7 fließt, wird
die Motorwelle 8 gedreht, so dass sie das Motorzahnrad 9,
das Reduktionszahnrad 11 sowie das Drosselzahnrad 12 antreibt,
wodurch die Drosselwelle 3 gedreht wird. Durch Drehung
des Kontakts 15, welcher in dem Rotor 14 an dem
variablen Widerstand 16 angebracht ist, wird der Drehwinkel
der Drosselwelle 3 als Ausgabewert bestimmt. Um den Ausgabewert
von dem variablen Widerstand 16 auf einen Zielwert zu bringen,
wird der Strom, der durch den Motor 7 fließt, unter
Verwendung einer Steuervorrichtung (nicht dargestellt) so gesteuert,
dass ein Drehmoment des Motors 7 proportional zum Arbeitsdrehmoment
der Feder 13 ist, und der Winkel der Drosselwelle 3 wird
gesteuert.
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In
der herkömmlichen
Ansaugluft-Steuervorrichtung für
die Verbrennungskraftmaschine wird jedoch, wenn ein starker Luftstrom
in den Ansaugluftkanal 2 in einem Zustand fließt, dass
der Öffnungsgrad
des Drosselventils 4 groß ist, in anderen Worten in
einem Zustand, in dem das Drosselventil 4 so geöffnet ist,
dass es einen kleinen Winkel mit einer horizontalen Linie bildet,
wie in 5 gezeigt, ein durch einen breiten Pfeil in 5 dargestelltes
Drehmoment auf das Drosselventil 4 aufgebracht, um die Drosselwelle 3 durch eine
hydrodynamische Kraft der Ansaugluft zu schließen. Weil das Drosselventil 4 in
einem Fluss der Ansaugluft so angeordnet ist, dass es den geringen
Winkel mit der horizontalen Linie bildet, wird ein Unterschied im
Durchfluss zwischen einem Luftstrom unterhalb des Drosselventils 4 und
einem Luftstrom oberhalb des Drosselventils 4 erzeugt, ähnlich dem
Prinzip des Flugs eines Flugzeugs, und ein Drehmoment in Richtung
des Schließens
des Drosselventils 4 wird auf das Drosselventil 4 aufgebracht
durch einen Druck, welcher durch den Unterschied im Durchfluss erzeugt
wird.
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Da
in der herkömmlichen
Ansaugluft-Steuervorrichtung der Verbrennungskraftmaschine der Öffnungsgrad
der Drosselwelle 3 durch ein Gleichgewicht zwischen dem
Drehmoment der Feder 13 und dem von dem Motor 7 an
die Drosselwelle 3 übermittelten
Drehmoment aufrechterhalten wird, schwankt das auf das Drosselventil 4 aufgebrachte
Drehmoment stark, wenn der Ansaugluftstrom impulsartig verläuft, und
zwar durch eine Schwankung der hydrodynamischen Kraft, welche durch
eine Schwankung des Durchflusses erzeugt wird.
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Wenn,
wie in 6 gezeigt, das Drosselventil 4 parallel
zu einem Strom der Ansaugluft angeordnet ist, in anderen Worten
wenn das Drosselventil 4 vollständig geöffnet ist, wird ein auf das
Drosselventil 4 aufgebrachtes Drehmoment im Wesentlichen gleich
Null. Dementsprechend wird, wenn das Drosselventil 4 aufgrund
einer von außen
einwirkenden Kraft ein wenig bewegt wird, eine Schwankung des durch
die Schwankung erzeugten Drehmoments auch gesteigert.
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Wie
zuvor beschrieben, bestehen Probleme dahingehend, dass die Standzeit,
die Verlässlichkeit und
die Leistungsfähigkeit
der Ansaugluft-Steuervorrichtung sich verschlechtern durch eine
starke Schwankung des Drehmoments, welches auf das Drosselventil 4 aufgebracht
wird, als äußere Störung beim
Steuern der Position des Drosselventils 4.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben genannten
Probleme der herkömmlichen
Technik zu lösen
und eine Ansaugluftstrom-Steuervorrichtung zu schaffen, welche,
eine Drehmomentschwankung unterdrücken kann, die auf ihr Drosselventil
aufgebracht wird und die durch eine hydrodynamische Kraft der Ansaugluft
erzeugt wird, und die außerdem
eine exzellente Standzeit, eine exzellente Verlässlichkeit und eine hohe Leistungsfähigkeit
hat.
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Erfindungsgemäß wird eine
Ansaugluftstrom-Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine
geschaffen, die Folgendes aufweist: einen Drosselkörper, welcher
einen Ansaugluftkanal ausbildet, welcher mit einer Ansaugleitung
der Verbrennungskraftmaschine verbunden ist; und ein Drosselventil
in einer plattenartigen Ausgestaltung, drehbar gelagert an dem Drosselkörper durch
eine Drosselwelle, wobei ein Ansaugluftstrom, welcher der Verbrennungskraftmaschine
zugeführt
wird, durch eine Drehung des Drosselventils gesteuert wird, und
wobei die Ansaugluftstrom Steuervorrichtung außerdem ein Luftstrom-Steuermittel
zum Unterdrücken
einer Schwankung eines Drehmoments aufweist, welche verursacht wird
durch eine hydrodynamische Kraft, welche durch eine Ansaugluft erzeugt
wird, und welche auf das Drosselventil einwirkt.
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Das
Luftstrom-Steuermittel ist innerhalb eines Bereichs der Höhe der Drosselwelle
angeordnet.
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Das
Luftstrom-Steuermittel ist wie ein Flügel ausgestaltet und weist
eine Neigung bezüglich
einer Achsenlinie des Drosselkörpers
auf.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eine
vollständigere
Würdigung
der Erfindung und vieler der mit ihr erzielten Vorteile wird erzielt,
indem die Erfindung besser verstanden wird mit Bezug auf die folgende
detaillierte Beschreibung, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden
Zeichnungen gesehen wird, wobei:
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1 eine
Querschnittsansicht ist, welche eine Ansaugluftstrom-Steuervorrichtung
für eine
Verbrennungskraftmaschine gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 eine
Querschnittsansicht ist, welche die Ansaugluftstrom-Steuervorrichtung
für die
Verbrennungskraftmaschine gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3 eine
Ansicht zum Erläutern
eines Vergleichs zwischen der Ansaugluftstrom-Steuervorrichtung
für die
Verbrennungskraftmaschine gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und der herkömmlichen Ansaugluftstrom-Steuervorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine
ist;
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4 einen
Aufbau der herkömmlichen
Ansaugluftstrom-Steuervorrichtung
für die
Verbrennungskraftmaschine zeigt;
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5 eine
Querschnittsansicht ist, welche die herkömmliche Ansaugluftstrom-Steuervorrichtung
für die
Verbrennungskraftmaschine zeigt; und
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6 eine
Querschnittsansicht ist, welche die herkömmliche Ansaugluftstrom-Steuervorrichtung
für die
Verbrennungskraftmaschine zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine
genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung erfolgt nun in Bezug auf die 1 bis 6,
wobei für die
gleichen oder ähnliche
Bereiche gleiche Bezugsziffern verwendet werden und wobei eine Beschreibung
dieser Bereiche entfällt.
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Ausführungsform
1
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1 ist
eine Querschnittsansicht, welche eine Ansaugluftstrom-Steuervorrichtung
für eine
Verbrennungskraftmaschine gemäß dieser
Ausführungsform
darstellt. 2 ist eine Querschnittsansicht
eines Drosselkörpers
in einer radialen Richtung, gesehen in Richtung eines Pfeils A aus 1.
Gleiche Bezugsziffern werden für
Bereiche verwendet, die gleich oder ähnlich solchen in der herkömmlichen Technik
sind. In den Zeichnungen bezeichnet Bezugsziffer 1 den
Drosselkörper,
welcher einen Ansaugluftkanal 2 ausbildet, verbunden mit
einer Einlassleitung (nicht dargestellt) der Verbrennungskraftmaschine.
Bezugsziffer 4 bezeichnet ein Drosselventil, welches im
Wesentlichen plattenförmig
ausgestaltet ist und durch eine Drosselwelle 3 angeordnet
ist, gelagert durch Lager (nicht dargestellt), welche in dem Drosselkörper angeordnet
ist, um frei drehbar zu sein. Das Drosselventil 4 ist so
ausgestaltet, dass es einen Einlassluftstrom durch Vergrößern und
Verkleinern eines Querschnittsbereichs des Ansaugluftkanals 2 durch
eine Drehung, beispielsweise entgegen dem Uhrzeigersinn, der Drosselwelle 3 zu
steuern, wobei dieser Aufbau gleich dem in der herkömmlichen
Technik ist. Ein Aufbau, dass die Drosselwelle 3 gedreht
wird, ist gleich einem Antriebssystem der herkömmlichen Technik aus 4.
Eine Ansaugluft, welche der Verbrennungskraftmaschine zugeführt wird,
fließt
von rechts nach links in dem Ansaugluftkanal 2 wie enge
Pfeile auf einer Zeichenebene in 1.
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In
dieser Ausführungsform
wird ein Luftstromsteuermittel verwendet zum Steuern einer Ansaugluft,
welche in den Ansaugluftkanal 2 hineinfließt, und
zum Unterdrücken
einer Schwankung eines Drehmoments, wie eines weiten Pfeils in 1, welches
Drehmoment auf das Drosselventil 4 durch eine hydrodynamische
Kraft einwirkt, welche durch die Ansaugluft erzeugt wird, um die
Drosselwelle 3 zu schließen, wobei das Mittel eine
Stromplatte 20 ist. Die Stromplatte 20 ist innerhalb
des Ansaugluftkanals 2 angeordnet. Die Stromplatte 20 ist
einstückig mit
dem Drosselkörper 1 ausgebildet,
beispielsweise hergestellt aus einem gegossenen Element aus Aluminiumguss,
und sie ist angeordnet an einer stromaufwärts liegenden Seite des Drosselventils 4.
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Die
Stromplatte 20 ist in einem Bereich innerhalb der Höhe h der
Drosselwelle 3 angeordnet, wie in 1 gezeigt.
Der Ansaugluftstrom wird bestimmt durch einen Öffnungsbereich des Ansaugluftkanals 2,
wobei der Öffnungsbereich
durch Abziehen eines Querschnittsbereichs der Drosselwelle 3 von
einem Querschnittsbereich des Ansaugluftkanals 2 erhalten wird.
Wenn die Höhe
H der Stromplatte 20 innerhalb der Höhe h der Drosselwelle 3 liegt,
d. h. innerhalb eines Durchmessers, da die Drosselwelle 3 in 1 eine
zylindrische Gestalt hat, verändert
sich dementsprechend der Öffnungsbereich
nicht, auch wenn die Stromplatte 20 innerhalb des Ansaugluftkanals 2 angeordnet
ist, wobei der Ansaugluftstrom sich nicht verändert.
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Außerdem ist
die Stromplatte 20 wie ein Flügel ausgebildet, und sie ist
geneigt bezüglich
einer Achse des Drosselkörpers 1.
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Daher
ist es möglich,
eine Auswirkung des Steuerns einer Ansaugluft zu verbessern und
effektiv eine Schwankung des Drehmoments des Drosselventils 4 zu
unterdrücken.
Wenn, wie in 1 dargestellt, die Ansaugluft
von rechts nach links auf der Zeichenebene fließt und das Drosselventil 4 entgegen
dem Uhrzeigersinn gedreht wird, kann die geneigte Stromplatte 20,
welche stromaufwärts
niedriger und stromabwärts
höher positioniert
ist, eine vorbestimmte Auswirkung beim Steuern des Luftstroms haben.
Wenn das Drosselventil 4 weiter im Uhrzeigersinn gedreht
wird durch einem Strom der Ansaugluft von rechts nach links in der
Zeichenebene, kann die geneigte Stromplatte 20, welche
stromaufwärts höher und
stromabwärts
niedriger positioniert ist, die vorbestimmte Auswirkung beim Steuern
des Luftstroms haben.
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3 ist
ein Diagramm, welches einen Vergleich zwischen der Ansaugsaugluftstrom-Steuervorrichtung
der Verbrennungskraftmaschine und der herkömmlichen Ansaugluft-Steuervorrichtung
für die Verbrennungskraftmaschine
zeigt, wobei der Durchfluss pro Öffnungsgrad
des Drosselventils 4 und auf das Drosselventil 4 wirkende
Drehmomente verglichen werden. In 3 ist ein Öffnungsgrad
(deg) des Drosselventils 4 auf der Abszisse aufgetragen,
und ein Druchfluss (1/Sek.) der Ansaugluft in den Ansaugluftkanal 2 sowie
ein Drehmoment (N·m),
welches auf das Drosselventil 4 wirkt, sind auf der Ordinate
aufgetragen. Außerdem
bezeichnet eine durchgezogene Linie eine Drehmomentkennlinie gemäß dieser
Ausführungsform,
in welcher die Stromplatte 20 verwendet wird, und eine
unterbrochene Linie bezeichnet eine Drehmomentkennlinie in der herkömmlichen
Technik ohne die Stromplatte 20. Eine Strichpunktlinie
bezeichnet eine Luftstromkennlinie gemäß dieser Ausführungsform
unter Verwendung der Stromplatte 20, und eine Linie aus
Strichen und zwei Punkten bezeichnet eine Luftstromkennlinie ohne
die Stromplatte 20.
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Wie
in 3 dargestellt, steigt der Durchfluss, wenn der Öffnungsgrad
steigt. Es besteht jedoch kaum ein Unterschied zwischen dem Luftstrom in
der herkömmlichen
Technik und in dieser Ausführungsform.
Daher hat die Existenz der Stromplatte 20 kaum eine Auswirkung
auf den Öffnungsbereich
des Einsaugluftkanals 2. Andererseits haben die auf das Drosselventil 4 wirkenden
Drehmomente unterschiedliche Kennlinien im Fall mit und ohne Stromplatte 20.
In der herkömmlichen
Technik ohne Verwendung der Stromplatte 20 zeigt, da das
Drehmoment gleich Null wird, wenn das Drosselventil 4 komplett
um 90° geöffnet ist,
das Drehmoment in der Nähe
eines vollständig
geöffneten
Zustands eine abrupte Veränderung,
weil das Drehmoment gleich Null wird. In dieser Ausführungsform
mit der Stromplatte 20 zeigt die hydrodynamische Kraft
in der Nähe
des vollständig
geöffneten
Zustands jedoch einen sanften Übergang,
weil das Drehmoment in dem vollständig geöffneten Zustand des Drosselventils 4 aufrechterhalten
wird.
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In
der Ansaugluftstrom-Steuervorrichtung gemäß dieser Ausführungsform
mit der Stromplatte 20 wirkt dementsprechend ein Drehmoment
auf das Drosselventil 4, sogar wenn das Drosselventil 4 vollständig geöffnet ist,
und eine Schwankung des Drehmoments in der Nähe des vollständig geöffneten
Zustands, in welchem das Drosselventil 4 leicht geschlossen
wird. Elemente einer äußeren Störung beim
Steuern der Position des Drosselventils 4 werden daher
reduziert, und es wird möglich,
die Ansaugluftstrom-Steuervorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine
mit einer exzellenten Standzeit, einer exzellenten Verlässlichkeit
und einer hohen Leistungsfähigkeit
zu erzielen.
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In
dieser Ausführungsform
ist ein Beispiel beschrieben, das die Stromplatte 20 an
einer Seite des Drosselventils 4 angeordnet ist, die stromaufwärts liegt.
Gleiche Auswirkungen wie die oben beschriebenen können jedoch
erzielt werden, wenn die Stromplatte 20 an einer Seite
des Drosselventils 4 angeordnet ist, die stromabwärts liegt.
Wenn in diesem Fall die Ansaugluft in der Zeichenebene aus 1 von
rechts nach links fließt
und das Drosselventil 4 gegen den Uhrzeigersinn gedreht
wird, befindet sich die geneigte Stromplatte 20 stromaufwärts höher und
stromabwärts
niedriger, wobei eine vorbestimmte Auswirkung erzielt wird. Wenn
andererseits das Drosselventil 4 im Uhrzeigersinn gedreht
wird, befindet sich die geneigte Stromplatte 20 stromaufwärts niedriger
und stromabwärts
höher,
wodurch die vorbestimmte Auswirkung erzielt werden kann.
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Der
erste Vorteil der Ansaugluftstrom-Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung besteht darin, dass äußere Störungen beim
Steuern der Position des Drosselventils reduziert werden können, wodurch
eine exzellente Standzeit, eine exzellente Verlässlichkeit und hohe Leistungsfähigkeit
erzielt werden können.
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Der
zweite Vorteil der Ansaugluftstrom-Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung besteht darin, dass der Ansaugluftkanal sich nicht verändert, wenn
das Luftstrom-Steuermittel
innerhalb des Ansaugluftkanals angeordnet wird, wodurch eine exzellente
Standzeit, exzellente Verlässlichkeit
und hohe Leistungsfähigkeit
erzielt werden können.
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Der
dritte Vorteil der Ansaugluftstrom-Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung besteht darin, dass eine Auswirkung beim Steuern des Luftstroms
verbessert wird, weil das geneigte flügelartige Ansaugluft-Steuermittel
verwendet wird, wodurch eine Auswirkung beim Begrenzen einer Schwankung
eines Drehmoments, welches auf das Drosselventil wirkt, erzielt
werden kann.
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Offensichtlich
sind verschiedene Modifikationen und Variationen der vorliegenden
Erfindung unter Berücksichtigung
der oben beschriebenen Lehre möglich.
Es ist daher selbstverständlich,
dass innerhalb des Bereichs der anhängenden Ansprüche die Erfindung
anders als hier beschrieben durchgeführt werden kann.
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Die
vollständige
Offenbarung der
japanischen
Patentanmeldung Nr. 2001-162561 , angemeldet am 30. Mai
2001, mit Beschreibung, Ansprüchen und
Zeichnungen sowie Zusammenfassung wird hierin vollständig durch
Bezug aufgenommen.