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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drosselklappenverstelleinrichtung zum Verstellen von zumindest zwei Drosselklappen einer Brennkraftmaschine. Die Erfindung betrifft außerdem einen Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine mit einer solchen Drosselklappenverstelleinrichtung sowie eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Ansaugtrakt.
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Je nach Betriebspunktmodus einer Brennkraftmaschine ist es wünschenswert, eine Luftmassenzufuhr individuell für jeden einzelnen Zylinder steuern zu können. Einer dieser Betriebsmodi kann z. B. die Zylinderabschaltung sein, welche eine Lastanhebung im Vergleich zu einem herkömmlichen Betriebsmodus darstellt. Haben Brennkraftmaschinen z. B. aus Bauraumgründen keine Möglichkeit, einen variablen Ventiltrieb einzubauen, mit dem sich die Luftmasse der Zylinder individuell steuern lassen könnte, was bspw. häufig bei Ottomotoren im Rennsport oder bei Otto-Motorradmotoren der Fall ist, so bleiben als Steuerungsorgan der Luftmasse nur die Drosselklappe bzw. Einzeldrosselklappen übrig. Die Drosselklappen selbst sind meist mit einer gemeinsamen Welle verbunden und werden durch einen Stellantrieb angesteuert. Ist es erforderlich, die einzelnen Drosselklappen einzeln anzusteuern, benötigt man mehrere Stellantriebe und mehrere Wellen. Hierdurch lässt sich insbesondere eine Zylinderabschaltung bei Brennkraftmaschinen mit mehreren Zylindern nur vergleichsweise konstruktiv aufwändig und damit teuer realisieren.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Drosselklappenverstelleinrichtung eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, welche insbesondere konstruktiv einfach aufgebaut ist und eine Zylinderabschaltung vergleichsweise einfach ermöglicht.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine aus dem Bereich einer verstellbaren Nockenwelle bekannte und so genannte „Cam-In-Cam-Lösung“ auch bei einer Drosselklappenverstelleinrichtung einzusetzen und dadurch eine Zylinderabschaltung einzelner Zylinder vergleichsweise einfach zu ermöglichen. Die Drosselklappenverstelleinrichtung dient dabei dem Verstellen von zumindest zwei Drosselklappen einer Brennkraftmaschine und besitzt eine verstellbare Stellwelle, die eine Außenwelle und eine koaxial dazu angeordnete und relativ dazu verstellbare Innenwelle besitzt. Zumindest eine Drosselklappe ist dabei erfindungsgemäß drehfest mit der Außenwelle verbunden, während zumindest eine weitere Drosselklappe drehfest mit der Innenwelle verbunden ist. Die Drosselklappenverstelleinrichtung besitzt darüber hinaus einen ersten Stellantrieb für die Außenwelle und einen davon unabhängigen zweiten Stellantrieb zur Verstellung der Innenwelle, so dass unabhängig voneinander die mit der Innenwelle oder mit der Außenwelle verbundenen Drosselklappen mittels des jeweils zugehörigen Stellantriebs verstellbar sind. Hierdurch ist es möglich, eine Drosselklappenverstelleinrichtung konstruktiv äußerst einfach, nämlich im Sinne einer verstellbaren Nockenwelle, aufzubauen und zudem äußerst kompakt auszubilden, wobei eine derartige erfindungsgemäße Drosselklappenverstelleinrichtung zumindest einen zusätzlichen Freiheitsgrad besitzt, als bislang bekannte Vollwellen, mit welchen lediglich das Verstellen der mit dieser Vollwelle verbundenen Drosselklappen möglich war. Die Anbindung der Drosselklappen an die Innenwelle erfolgt dabei über Stifte, die die Außenwelle in Schlitzen durchgreifen.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist die Drosselklappenverstelleinrichtung insgesamt drei Drosselklappen auf, wobei eine mittlere Drosselklappe drehfest mit der Außenwelle und die beiden äußeren Drosselklappen drehfest mit der Innenwelle verbunden sind. Mit einer derartigen Drosselklappenverstelleinrichtung kann bspw. eine dreizylindrige Brennkraftmaschine zylinderindividuell gedrosselt werden.
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Alternativ hierzu ist auch denkbar, dass die Drosselklappenverstelleinrichtung insgesamt vier in Reihe angeordnete Drosselklappen aufweist, wobei die beiden mittleren Drosselklappen drehfest mit der Außenwelle und die beiden äußeren Drosselklappen drehfest mit der Innenwelle verbunden sind. Hierdurch wäre es bspw. möglich, je nach Betätigen des ersten oder zweiten Stellantriebs die beiden äußeren oder die beiden mittleren Zylinder zu drosseln bzw. abzuschalten. Rein theoretisch ist das Anpassen einer derartigen Drosselklappeneinrichtung selbstverständlich auf nahezu beliebig viele Drosselklappen übertragbar, wobei jedoch stets zwei Freiheitsgrade möglich sind.
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Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, einen Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine mit zumindest zwei Ansaugleitungen vorzusehen, wobei in jeder Ansaugleitung eine verstellbare Drosselklappe angeordnet ist und wobei diese Drosselklappen mit einer zuvor beschriebenen Drosselklappenverstelleinrichtung gekoppelt sind. Die Stellwelle der Drosselklappenverstelleinrichtung quert dabei die Ansaugleitung und ist je Zylinder entweder über die Außenwelle mit einer Drosselklappe oder über die Innenwelle mit einer Drosselklappe drehfest verbunden.
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Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Ansaugtrakt und der zuerst beschriebenen Drosselklappenverstelleinrichtung auszustatten, wodurch zumindest zwei Gruppen von Zylindern individuell gedrosselt bzw. abgeschaltet werden können.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine im Bereich eines Ansaugtraktes mit einer erfindungsgemäßen Drosselklappenverstelleinrichtung und insgesamt drei Zylindern,
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2 eine erfindungsgemäße Drosselklappenverstelleinrichtung mit vier Drosselklappen,
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3 eine erfindungsgemäße Drosselklappenverstelleinrichtung mit insgesamt fünf Drosselklappen,
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4 eine erfindungsgemäße Drosselklappenverstelleinrichtung mit insgesamt sechs Drosselklappen.
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Entsprechend den 1 bis 4, weist eine erfindungsgemäße Drosselklappenverstelleinrichtung 1 zum Verstellen von mehreren Drosselklappen 2 eine verstellbare Stellwelle 3 auf, wobei die Drosselklappenverstelleinrichtung 1 gemäß der 1 insgesamt drei Drosselklappen 2, gemäß der 2 vier Drosselklappen 2, gemäß der 3 insgesamt fünf Drosselklappen 2 und gemäß der 4 insgesamt sechs Drosselklappen 2 verstellen kann. Erfindungsgemäß ist nun die Stellwelle 3 in der Art einer verstellbaren Nockenwelle ausgebildet und weist dazu eine Außenwelle 4 sowie eine koaxial dazu angeordnete und relativ dazu verstellbare, d.h. verdrehbare, Innenwelle 5 auf. Zumindest eine Drosselklappe 2' ist dabei drehfest mit der Außenwelle 4 verbunden, während zumindest eine weitere Drosselklappe 2'' drehfest mit der Innenwelle 5 verbunden ist. Gemäß der 1 sind dabei zwei Drosselklappen 2'' drehfest mit der Innenwelle 5 und eine Drosselklappe 2', nämlich die mittlere Drosselklappe 2, drehfest mit der Außenwelle 4 gekoppelt.
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Gemäß der 2 weist die Drosselklappenverstelleinrichtung 1 insgesamt vier Drosselklappen 2 auf, wobei die beiden mittleren Drosselklappen 2' drehfest mit der Außenwelle 4 und die beiden äußeren Drosselklappen 2'' drehfest mit der Innenwelle 5 verbunden sind. Bei der erfindungsgemäßen Drosselklappenverstelleinrichtung 1 gemäß der 3 sind insgesamt 5 Drosselklappen 2 vorgesehen, wobei die beiden äußeren und die mittleren Drosselklappen 2'' drehfest mit der Innenwelle 5 und die dazwischen angeordneten Drosselklappen 2' drehfest mit der Außenwelle 4 verbunden sind.
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Bei der gemäß der 4 gezeigten Drosselklappenverstelleinrichtung 1 sind insgesamt sechs Drosselklappen 2 vorgesehen, wobei die beiden mittleren Drosselklappen 2' drehfest mit der Außenwelle 4 und die jeweils beiden äußeren Drosselklappen 2'' drehfest mit der Innenwelle 5 gekoppelt sind. Bereits die in den 1 bis 4 dargestellte und längst nicht abschließende Aufzählung lässt erahnen, welche mannigfaltigen Möglichkeiten die erfindungsgemäßen Drosselklappenverstelleinrichtung 1 zum individuellen Verstellen einzelner Drosselklappen 2', 2'' ermöglicht. So können diese bspw. paarweise abgeschaltet werden (vgl. 1.4) oder einzeln (vgl. 1). Die Anordnung der Drosselklappen 2', 2'' kann dabei ebenfalls paarweise oder alternierend entlang der Stellwelle 3 erfolgen.
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Zur Verstellung der Innenwelle 5 bzw. der Außenwelle 4 der Stellwelle 3 weist die erfindungsgemäße Drosselklappenverstelleinrichtung 1 einen ersten Stellantrieb 6 zum Verstellen der Außenwelle 4 sowie einen zweiten Stellantrieb 7 zum Verstellen der Innenwelle 5 auf. Dies ist bei sämtlichen gezeigten Drosselklappenverstelleinrichtungen 1 identisch.
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Eingesetzt wird die erfindungsgemäße Drosselklappenverstelleinrichtung 1 unabhängig von der Anzahl der eingesetzten Drosselklappen 2 in einem Ansaugtrakt 8 einer Brennkraftmaschine 9 (vgl. 1), die bspw. in einem Kraftfahrzeug eingebaut sein kann. Dadurch kann ein besonders kraftstoffsparendes Fahren erreicht werden, da bspw. nicht benötigte Zylinder durch Schließen der jeweils zugehörigen Drosselklappe 2', 2'' abgeschaltet werden. Die Drosselklappen 2, 2', 2'' sind dabei in den jeweils zu einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine 9 führenden Ansaugleitungen 10 angeordnet, wobei die Stellwelle 3 der Drosselklappenverstelleinrichtung 1 diese Ansaugleitungen 10 quert. Selbstverständlich ragt dabei die Außenwelle 4 bei der am weitesten von den Stellantrieben 6, 7 entfernten Drosselklappe 2' und die Innenwelle 5 bei der am weitesten von den Stellantrieben 6, 7 entfernten Drosselklappe 2'' in den jeweiligen Ansaugkanal 10 lediglich noch hinein und quert diesen nicht mehr. Die einzelnen Ansaugleitungen 10 sind dabei lediglich in 1 vollständig gezeichnet und ansatzweise in 4, ebenso wie der zugehörige Ansaugtrakt 8 der Brennkraftmaschine 9, wobei selbstverständlich klar ist, dass sämtliche gezeigten Drosselklappenverstelleinrichtungen 1 in derartige Ansaugtrakte 8 mit entsprechend vielen Ansaugleitungen 10 einbaubar sind. Durch ein Verdrehen der Innenwelle 5 bzw. der Außenwelle 3 lässt sich somit die Zufuhr von einem Brennstoff-Luft-Gemisch zum jeweils zur Ansaugleitung 10 zugehörigen Zylinder drosseln.
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Mit der erfindungsgemäßen Drosselklappenverstelleinrichtung 1 ist es somit erstmals möglich, zwei Drosselklappen 2', 2'' unabhängig voneinander zu verstellen und dadurch bspw. eine individuelle Zylinderabschaltung zu realisieren, ohne dass hierfür ein bislang hierfür erforderlicher hoher konstruktiver Aufwand betrieben werden müsste. Die zugehörigen Stellantriebe 6, 7 können als einfache und kostengünstige Stellmotoren ausgebildet sein. Über eine nicht gezeigte Steuereinrichtung bzw. Regeleinrichtung lässt sich somit ein Betrieb der Brennkraftmaschine 9 bedarfsgerecht steuern bzw. regeln.
