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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Öffnen
und Schließen
einer Drosselklappe, um die Durchflussmenge der Einlassluft, die
einer Brennkraftmaschine für
ein Fahrzeug zugeführt
wird, zu ändern.
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Eine herkömmliche Vorrichtung zum Öffnen und
Schließen
einer Drosselklappe, die eine motorisch angetriebene Drosselklappe
besitzt, ist z. B. aus
JP
2-500677-A (PCT-Offenlegungsschrift Nr. WO88/00404) bekannt.
Die offenbarte Vorrichtung umfasst eine Rückstellfeder zum Vorbelasten
der Drosselklappe in die Schließrichtung
und eine zweite Feder, die der Rückstellfeder
entgegenwirkt, zum Vorbelasten der Drosselklappe in die Öffnungsrichtung.
Wenn die Drosselklappe nicht durch den Motor angetrieben wird, wird
die Drosselklappe automatisch auf einen Öffnungsgrad eingestellt, bei
dem die Vorbelastungskraft der Rückstellfeder
durch die Vorbelastungskraft der zweiten Feder ausgeglichen ist.
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In dieser Beschreibung wird eine
ursprüngliche
Position einer Drosselklappe, die durch Vorbelastungsmittel, z.
B. eine Rückstellfeder
zum Vorbelasten der Drosselklappe in die ursprüngliche Position, aufrechterhalten
wird, wenn die Drosselklappe nicht durch Antriebsmittel, z. B. einen
Motor angetrieben wird, nachfolgend als eine "Voreinstellungsposition" bezeichnet.
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Ein Mechanismus zum Einstellen der
Voreinstellungsposition ist aus den folgenden Gründen vorgesehen:
- 1. Selbst wenn beim Parken keine Antriebskräfte erzeugt werden, definiert
der Mechanismus zwangsläufig
einen Spalt zwischen der Drosselklappe und einem Einlasskanal (insbesondere
einer Wandoberfläche
eines Einlasskanals), um ein Blockieren der Drosselklappe zu verhindern,
das andernfalls möglicherweise
durch Gefrieren oder durch Verunreinigungen, die zwischen der Drosselklappe
und dem Einlasskanal auftreten, bewirkt werden kann.
- 2. Wenn die Vorrichtung zum Öffnen
und Schließen
einer Drosselklappe ausfällt
und die Stromversorgung an den Motor unterbrochen wird, wird der
Mechanismus betätigt,
um die Position der Drosselklappe schnell so einzustellen, dass
ein Öffnungsgrad
geschaffen wird, bei dem eine Durchflussmenge der Einlassluft derart
ist, dass der Motor nicht abgewürgt
wird, wobei ein Hochlaufen des Fahrzeugs verhindert wird oder ein selbsttätig gesteuertes
Fahren sichergestellt ist (Betriebsart zur langsamen Heimfahrt).
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Außerdem umfasst eine Vorrichtung
zum Öffnen
und Schließen
einer Drosselklappe, die aus
JP 11-153053-A bekannt ist, einen Gelenk- oder Nockenmechanismus
zum Übertragen
einer Drehung eines Motors an eine Drosselklappe und eine Rückstellfeder
zum Vorbelasten der Drosselklappe in die Schließrichtung, um seinen Öffnungsgrad
zu verringern. Diese Vorrichtung umfasst ferner einen Mechanismus
zum Betätigen
der Drosselklappe, derart, dass die Drosselklappe dann, wenn der
Motor von der Voreinstellungsposition in eine Richtung gedreht wird,
von der Voreinstellungsposition zuerst in die geschlossene Position
betätigt
wird, wobei, wenn die Motordrehung weiter fortgesetzt wird, die
Drehrichtung der Drosselklappe umgekehrt wird und die Drosselklappe
betätigt
wird, bis sie eine vollständig
geöffnete
Position erreicht.
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Bei der Vorrichtung, die die entgegengesetzten
Vorbelastungskräfte
verwendet, um die Voreinstellungsposition zu realisieren, wie aus
JP 2-500677-A (PCT-Offenlegungsschrift
Nr. WO88/00404) bekannt ist, tritt eine Verzögerung bei der Betätigung der
Drosselklappe auf, wenn die Klappenbetätigung die Voreinstellungsposition überstreicht.
Das liegt daran, dass die Richtung der Belastung, die auf den Motor
zum Erzeugen der Antriebskraft ausgeübt wird, beim Überqueren
der Voreinstellungsposition umgekehrt wird und ein Steuerungsprozess
eine Zeitspanne in Anspruch nimmt, bis die Umkehrung in der Richtung
des Drehmoments festgestellt wird. Ein weiteres Problem besteht darin,
dass der Mechanismus infolge der Notwendigkeit, zwei Federn zum
Entwickeln von Vorbelastungskräfte
in entgegengesetzten Richtungen vorzusehen, kompliziert ist, was
eine Verschlechterung sowohl der Eignung zur Massenproduktion als
auch der Anbringungsmöglichkeit
zur Folge hat.
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Bei der aus
JP 11-153053-A bekannten
Vorrichtung erfolgt keine Umkehrung der Richtung von Federvorbelastungskräften beim Überschreiten
der Voreinstellungsposition, diese Vorrichtung erfordert jedoch
dann, wenn die Drosselklappe von der Voreinstellungsposition in
den vollständig
geöffneten
Zustand betätigt
werden muss, die Schritte des Betätigens der Drosselklappe zuerst
in die Schließrichtung, bis
sie den vollständig
geschlossenen Zustand erreicht, und anschließend des Umkehrens der Drehrichtung
der Drosselklappe, um sie von dem vollständig geschlossenen Zustand
in den vollständig
geöffneten
Zustand zu betätigen.
Deswegen kann eine Verzögerung,
die durch die Umkehrung in der Drehrichtung der Drosselklappe bewirkt
wird, nicht vernachlässigt
werden. Mit anderen Worten, beim Betrachten einer Reihe von Klappenbetätigungen
von der Voreinstellungsposition in den vollständig geöffneten Zustand besitzt die
in der oben zitierten Veröffentlichung
offenbarte Vorrichtung ein Problem dahingehend, dass ein nutzloser
Schritt zum Umkehren der Betätigung
der Drosselklappe enthalten ist und die Drosselklappe nicht schnell
betätigt
werden kann.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, eine Vorrichtung zum Öffnen
und Schließen einer
Drosselklappe zu schaffen, die eine Drosselklappe in einer Voreinstellungsposition
halten kann, wenn keine Kraft zum Antreiben der Drosselklappe erzeugt
wird, und die Drosselklappe unter Verwendung eines einfachen Mechanismus
schnell von der Voreinstellungsposition in einen vollständig geöffneten
Zustand betätigen
kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß. gelöst durch
die unabhängigen
Ansprüche.
Die abhängigen
Ansprüche
beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Öffnen und
Schließen
einer Drosselklappe kann einen Luftkanal enthalten, der durch einen
Einlasskanal definiert ist, und eine Voreinstellungsposition besitzen, in
der sich eine Drosselklappe befindet, wenn von einem Antriebsmechanismus
keine Antriebskraft auf die Drosselklappe wirkt. Ferner kann eine
Position mit einem minimalen Öffnungsbereich,
bei der eine Öffnungsfläche des
Einlasskanals minimal gemacht ist, in einem Bewegungsbereich der
Drosselklappe geschaffen werden. Ein Betätigungsbereich, in welchem
die Öffnungsfläche allmählich von
der minimalen Öffnungsfläche vergrößert wird,
kann außerdem geschaffen
werden. Die Voreinstellungsposition, die Position mit der minimalen Öffnungsfläche und
der Betätigungsbereich
können
nacheinander in einer Drehrichtung des Antriebsmechanismus und der Drosselklappe
geschaffen werden.
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Bei diesem Aufbau kann die Drosselklappe unter
Verwendung eines einfachen Mechanismus in der Voreinstellungsposition
gehalten werden, wenn die Kräfte
zum Antreiben der Drosselklappe nicht erzeugt werden, außerdem kann
die Drosselklappe schnell von der Voreinstellungsposition in einen
vollständig
geöffneten
Zustand betätigt
werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der
Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung
bevorzugter Ausführungsformen,
die auf die Zeichnungen Bezug nimmt; es zeigen:
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1 eine
Schnittansicht einer Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer
Drosselklappe mit einem Einlasskanal für eine Brennkraftmaschine gemäß einer
ersten Aus führungsform
der Erfindung;
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2 ein
Blockschaltplan einer Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer
Drosselklappe für die
Brennkraftmaschine gemäß der ersten
Ausführungsform,
wobei die Darstellung außerdem
ein System zum Steuern der Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer
Drosselklappe zeigt;
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3A, 3B einen Antriebsmechanismus bzw.
einen Querschnitt der Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer
Drosselklappe;
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4 Kennlinien
der Vorrichtung zum Öffnen
und Schließen
einer Drosselklappe gemäß der ersten
Ausführungsform;
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S Operationen
der ersten Ausführungsform
und der zweiten des Beispiels des Standes der Technik für einen
Vergleich zwischen ihnen;
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6 eine
Schnittansicht einer Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer
Drosselklappe gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung;
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7 eine
vergrößerte Ansicht
eines Abschnitts C von 6;
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8 eine
Gruppe graphischer Darstellungen zum Erläutern von Operationen der Vorrichtung zum Öffnen und
Schließen
einer Drosselklappe gemäß der Ausführungs form
vom "Einschalten" bis zum "Ausschalten" eines Fahrzeugs;
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9 eine
Schnittansicht einer Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer
Drosselklappe für eine
Brennkraftmaschine gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung;
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10 eine
vergrößerte Ansicht
eines wesentlichen Abschnitts von 9;
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11 eine
Darstellung, die entsprechende Kennlinien der Vorrichtungen zum Öffnen und
Schließen
einer Drosselklappe für
Brennkraftmaschinen gemäß den Ausführungsformen
der Erfindung;
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12 eine
Schnittansicht einer Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer
Drosselklappe für eine
Brennkraftmaschine gemäß einer
vierten Ausführungsform
der Erfindung;
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13 eine
vergrößerte Ansicht
eines wesentlichen Abschnitts von 12;
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14 eine
Schnittansicht einer Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer
Drosselklappe für eine
Brennkraftmaschine gemäß einer
fünften
Ausführungsform
der Erfindung;
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15 eine
Draufsicht der Vorrichtung zum Öffnen
und Schlie ßen
einer Drosselklappe für
eine Brennkraftmaschine gemäß der fünften Ausführungsform
der Erfindung; und
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16 eine
vergrößerte Ansicht
eines wesentlichen Abschnitts von 14.
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Eine Vorrichtung zum Öffnen und
Schließen einer
Drosselklappe für
eine Brennkraftmaschine gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben.
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1 ist
eine Schnittansicht einer Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer
Drosselklappe mit einem Einlasskanal für eine Brennkraftmaschine gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung. 2 ist
ein Blockschaltplan der Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer
Drosselklappe für
die Brennkraftmaschine gemäß der ersten
Ausführungsform,
wobei die Darstellung außerdem
ein System zum Steuern der Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer
Drosselklappe zeigt. 3A zeigt
einen Antriebsmechanismus der Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer
Drosselklappe. 3B zeigt
einen radialen Querschnitt des Einlasskanals, der in der Vorrichtung
zum Öffnen
und Schließen
einer Drosselklappe vorgesehen ist.
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Eine Drosselklappe 18 ist
an einer Drosselwelle 20 angebracht. Die Drosselwelle 20 wird
senkrecht zur axialen Richtung eines Einlasskanals 19 drehbar
gehalten. Ein Untersetzungsrad 22a ist an einer Abtriebswelle
eines Motors 17 angebracht, der als Antriebsmittel für die Drosselklappe 18 dient.
Das Untersetzungsrad 22a ist mit einem Untersetzungsrad 22b in
Eingriff. Das Untersetzungsrad 22b ist an einem Untersetzungsrad 22c in
Eingriff. Das Untersetzungsrad 22c ist mit einem Untersetzungsrad 22d in
Eingriff, das an der Drosselwelle 20 befestigt ist. Ein
Betätigungsbereich
des Untersetzungsrads 22d ist durch einen Voreinstellungsanschlag 24 begrenzt, der
an einem Drosselkörper 16 befestigt
ist, um die Drehung des Untersetzungsrads 22d in eine Richtung
B zu beschränken,
und ist außerdem
durch einen Anschlag 25 für den vollständig geöffneten
Zustand begrenzt, der an dem Drosselkörper 16 angebracht
ist, um die Drehung des Untersetzungsrads 22d in eine Richtung
A zu begrenzen.
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Bei diesem Aufbau werden dann, wenn
sich der Motor 17 dreht, die Untersetzungsräder 22a und 22d gedreht,
um die Drosselklappe 18 für eine Drehbewegung anzutreiben.
Mit der Drehung der Drosselklappe 18 ändert sich ein Öffnungsbereich
des Einlasskanals 19 und eine Durchflussmenge der Einlassluft,
die der Brennkraftmaschine zugeführt
wird, ändert
sich dementsprechend.
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Eine Rückstellfeder 23 als
ein elastisches Element gibt eine Vorbelastungskraft an das Untersetzungsrad 22d in
der Drehrichtung (die in 1 durch
einen Pfeil B angegeben ist), wobei die Drosselklappe 18 von
einem vollständig
geöffneten
Zustand, der einen maximalen Öffnungsgrad
darstellt, zu einem vollständig
geschlossenen Zustand, der einen minimalen Öffnungsgrad darstellt, gedreht
wird.
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Die Rückstellfeder 23 entwickelt
immer ein Moment in Richtung B in einem solchen Ausmaß, dass
das Einstellmoment ungeachtet der Position der Drosselklappe 18 ausreichend
ist, um die Drosselklappe 18 zu drehen, bis ein Ende des
Rads 22d an den Voreinstellungsanschlag 24 anschlägt, wobei
die Drosselklappe 18 zurückgeführt und in einer Position (1)
angehalten wird (entsprechend einem Öffnungsgrad in einer Position
am nächsten
zur horizontalen Richtung, wie auf dem Zeichnungsblatt ersichtlich ist).
Die Position, in der ein Ende des Rads 22d an den Voreinstellungsanschlag 24 anschlägt und die Drosselklappe 18 angehalten
wird, wird als Voreinstellungsposition bezeichnet. Wenn sich die
Drosselklappe 18 in der Voreinstellungsposition befindet, wird
die Öffnungsfläche zwischen
der Drosselklappe 18 und einer Wandoberfläche des
Einlasskanals 19 so eingestellt, dass sie nicht kleiner
als die Fläche
ist, die für
den Leerlauf eines Motors erforderlich ist.
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Ein Fahrpedal 13 ist durch
eine Fahrpedalfeder 12 in eine Richtung vorbelastet, die
der Richtung zum Niederdrücken
des Fahrpedals entgegengesetzt ist. Wenn ein Fahrer das Fahrpedal 13 niederdrückt, wird
ein Betrag des Niederdrückens
des Pedals durch einen Fahrpositionssensor 14 erfasst.
Ein Fahrpositionssignal S2, das als ein Ausgang des Fahrpositionssensors 14 erzeugt
wird, wird von einer Motorsteuereinheit 11 empfangen. Die
Motorsteuereinheit 11 empfängt ferner Motorbetriebsinformationen
S1, wie etwa eine Motordrehzahl, eine Menge der Einlassluft, die
dem Motor zugeführt
wird, und eine Temperatur des Motorkühlwassers. Auf der Grundlage
des Fahrpositionssignals S2 und der Motorbetriebsinformationen S1
berechnet die Motorsteuereinheit 11 einen Sollöffnungsgrad
der Drosselklappe 18 und gibt ein Sollöffnungsgradsignal S3 für die Drosselklappe 18 an
eine Drosselsteuereinheit 15 aus.
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Eine Position der Drosselklappe 18 wird durch
einen Drosselpositionssensor 21 erfasst, der an einem Ende
der Drosselwelle 20 angebracht ist und einen Drehwinkel
der Drosselwelle überwacht. Ein
Drossel-Istöffnungsgradsignal
S5, das als ein Ausgang des Drosselpo sitionssensors 21 erzeugt wird,
wird von einer Drosselsteuereinheit 15 empfangen. Die Drosselsteuereinheit 15 vergleicht
das Drossel-Istöffnungsgradsignal
S5 mit dem Drossel-Sollöffnungsgradsignal
S3 und steuert die Motorantriebsschaltung S4 in der Weise, dass
das Drossel-Istöffnungsgradsignal
S5 mit dem Drossel-Sollöffnungsgradsignal
S3 übereinstimmt.
Dann gibt die Drosselsteuereinheit 15 das Drossel-Istöffnungsgradsignal
S5 als ein Drossel-Istöffnungsgradsignal S3' an die Motorsteuereinheit 11 aus.
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Auf diese Weise können die Motorsteuereinheit 11 und
die Drosselsteuereinheit 15 nicht nur die Position der
Drosselklappe 18 in Abhängigkeit
vom Betrag des Niederdrückens
des Fahrpedals 13 steuern, sondern außerdem die Position der Drosselklappe 18 unabhängig vom
Betrag des Niederdrückens des
Fahrpedals in Abhängigkeit
von einem bestimmten Motorbetriebszustand steuern.
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Wie in 1 gezeigt
ist, ist die Drosselklappe 18 an der Drosselwelle 20 befestigt.
Die Drosselwelle 20 verläuft durch den Einlasskanal 19 und
ist in dem Drosselkörper 16 drehbar
angebracht. Die Einlassluft strömt
durch den Einlasskanal 19 in vertikaler Richtung vom oberen
Ende zur unteren Seite, wie durch einen Pfeil FL angegeben ist.
In der Wandoberfläche
des Einlasskanals 19 sind längs Abschnitten von kugelförmigen Stellen
kugelförmige
Ausnehmungen ausgebildet, die durch beide äußere Kanten der Drosselklappe 18 gezeichnet
werden, wenn sich die Drosselklappe 18 dreht. Wenn im Einzelnen
angenommen wird, dass zwei äußere Umfangskanten
der Drosselklappe 18 als erste äußere Umfangskante, die sich
stromaufwärts
zur Luftströmung
dreht, und als eine zweite äußere Umfangskante,
die sich stromabwärts
mit der Luftströmung
dreht, bezeichnet werden, wenn sich die Drosselklappe 18 in
Richtung A dreht, wird eine erste ku gelförmige Ausnehmung 26 in
einem Abschnitt der Wandoberfläche
des Einlasskanals 19 stromaufwärts von der Drosselwelle 20 gegenüberliegend
zur ersten äußeren Umfangskante ausgebildet
und eine zweite kugelförmige
Ausnehmung 27 wird in einem Abschnitt der Wandoberfläche des
Einlasskanals 19 stromabwärts von der Drosselwelle 20 gegenüberliegend
zur zweiten äußeren Umfangskante
ausgebildet. Um eine minimale Öffnungsfläche sicher
zu gewährleisten,
wenn die äußeren Umfangskanten
der Drosselklappe 18 so positioniert werden, dass sie den
kugelförmigen
Ausnehmungen gegenüberstehen,
ist die Bogenlänge
jeder kugelförmigen
Ausnehmung 26, 27 so eingestellt, dass sie größer als
die Dicke der Drosselklappe 18 ist, wie in einem axialen
Schnitt eines Einlassrohrs zu sehen ist.
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Flächen stromaufwärts und
stromabwärts der
kugelförmigen
Ausnehmungen 26, 27 sind so ausgebildet, dass
sie glatte durchgängige
Wandoberflächen
bilden, die die kugelförmigen
Ausnehmungen enthalten, derart, dass sich die Öffnungsgrad-Kennlinien der
Drosselklappe 18 vor und nach dem Durchgang der Drosselklappe 18 durch
die kugelförmigen Ausnehmungen
nicht vollkommen abrupt ändern,
d. h. die Spalte δ1, δ2, die in 1 gezeigt sind, ändern sich
nicht abrupt. Diese allmählichen Änderungen der
Spalte δ1, δ2 ermöglichen,
eine abrupte Änderung
der Öffnungsfläche, d.
h. eine abrupte Änderung der
Durchflussmenge der Einlassluft in Bezug auf den Drehwinkel der
Drosselklappe 18 zu verhindern.
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Ein Zahlensymbol (1), das in 1 gezeigt ist, repräsentiert
einen Zustand, in dem die Drosselklappe 18 durch die Rückstellfeder 23 in
der Voreinstellungsposition gehalten wird. Die Spalte δ1, δ2 verbleiben
noch zwischen der Wandoberfläche
des Einlasskanals 19 und den äußeren Umfangskanten der Drosselklappe 18.
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Im Zustand (1), der in 1 gezeigt ist, ist die Drosselklappe
18 am nächsten
zur horizontalen Richtung angeordnet (durch eine unterbrochene Linie
H angegeben), wie man auf dem Zeichnungsblatt sieht, und besitzt
eine minimale Projektionsfläche, betrachtet
von der oberen Seite auf dem Zeichnungsblatt, im Vergleich mit einer
Projektionsfläche
der Drosselklappe 18 in einer der anderen Positionen, wie
etwa jene, die mit (2) und (3) bezeichnet sind.
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Wenn sich der Motor 17 bei
der Lieferung eines elektrischen Stroms dreht, wird die Drosselklappe 18 in
Richtung A um den Mittelpunkt O der Drosselwelle 20 gedreht
und erreicht dann die Position (3) (am nächsten zur
vertikalen Position, die durch eine unterbrochene Linie V angegeben
ist, wie auf dem Zeichnungsblatt ersichtlich ist). Zu diesem Zeitpunkt ist
die Drosselklappe 18 in einer "vollständig geöffneten" Position, in der die Drosselklappe 18,
von der oberen Seite des Zeichnungsblatts betrachtet, eine minimale
Projektionsfläche
besitzt, d. h. es schafft eine maximale Öffnungsfläche.
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Die Wandoberfläche des Einlasskanals 19 ist mit
einer Projektionsfläche 28,
die die kugelförmige Ausnehmung 26 enthält, und
einer Projektionsfläche 29,
die die kugelförmige
Ausnehmung 27 enthält,
versehen. In der Drosselposition (2), in der die Drosselklappe 18 so
positioniert ist, dass es den Ausnehmungen 26, 27 gegenübersteht,
sind die Spalte δ1, δ2 im Betätigungsbereich
der Drosselklappe 18 jeweils minimal gemacht. Mit anderen
Worten, die Drosselklappe 18 ist in einem "vollständig geschlossenen" Zustand, in dem
die Öffnungsfläche, die
mit der Vorrichtung zum Öffnen
und Schließen
einer Drosselklappe der Erfindung erreicht werden kann, minimal
ist, d. h. bei dem die Durchflussmenge der Einlassluft, die durch
den Einlasskanal 20 strömt, ebenfalls
minimal ist.
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Die obere graphische Darstellung
in 4 zeigt die Beziehung
zwischen der Öffnungsfläche und
der Position der Drosselklappe 18, die mittlere Darstellung
zeigt die Beziehung zwischen dem Drehwinkel des Motors 17 und
der Position der Drosselklappe 18, und eine untere Darstellung
zeigt die Beziehung zwischen dem Ausgang des Drosselpositionssensors 21 und
der Position der Drosselklappe 18. In der Position (1)
besitzt die Drosselklappe 18 eine Öffnungsfläche, die der Voreinstellungsposition entspricht.
In einem Betätigungsbereich,
in dem die Drosselwelle 20 in Richtung A gedreht wird und
die Drosselklappe 18 die Position (2) erreicht, verringert sich
die Öffnungsfläche allmählich durch
das Vorhandensein der Vorsprünge 28, 29.
Wenn dann die Drosselklappe 18 den Wandoberflächen des
Einlasskanals 19, die durch die kugelförmigen Ausnehmungen 26, 27 definiert
sind, gegenüberliegend
angeordnet wird, wird die Öffnungsfläche minimal
gemacht. Bei einer weiteren Drehung der Drosselklappe 18 in
die Richtung A wird die Öffnungsfläche bis
zur Position (3) monoton vergrößert, in
der die Drosselklappe 18 vollständig geöffnet ist.
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Wie aus 4 erkannt werden kann, ändert sich
das Vorzeichen einer Änderungsrate
der Öffnungsfläche von
(–) im
Bereich zwischen den Positionen (1) und (2) auf (+) im Bereich zwischen
den Positionen (2) und (3).
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Auf diese Weise wird die Drosselklappe
in dieser Ausführungsform
in einem ursprünglichen
Zustand, in dem keine Antriebskraft der Antriebsmittel für die Drosselklappe
auf die Drosselklappe wirkt, in einem Zustand mit einer Öffnungsfläche gehalten, die
größer als
die Öffnungsfläche ist,
die dem minimalen Öffnungsgrad
entspricht. Wenn die Antriebsmittel in eine Richtung betätigt werden,
um die Drosselklappe aus dem ursprünglichen Zustand zu drehen,
wird die Drosselklappe in einer konstanten Richtung gedreht und
das Vorzeichen eines Differenzwerts, der sich aus der Differenzierung
der Öffnungsfläche in Bezug
auf die Position der Drosselklappe ergibt, wird im Betätigungsbereich
der Drosselklappe einmal umgekehrt.
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Mit anderen Worten, die Öffnungsfläche des Einlasskanals
besitzt in dem Zustand, in dem die Projektionsfläche der Drosselklappe in der
axialen Richtung des Einlasskanals maximal gemacht ist, eine vorgegebene
Größe. Wenn
die Antriebsmittel in eine Richtung angetrieben werden, wird die
Drosselklappe in eine Richtung gedreht, und wenn sich die Projektionsfläche der
Drosselklappe verkleinert, wird die Öffnungsfläche des Einlasskanals für einen
Moment verkleinert und dann vergrößert.
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Um die obenbeschriebene Vorrichtung
zum Öffnen
und Schließen
einer Drosselklappe zu realisieren, wird die kugelförmige Ausnehmung
in der Wandoberfläche
des Einlasskanals so ausgebildet, dass sie wenigstens der ersten äußeren Umfangskante
der Drosselklappe an der Seite, die sich zur Aufwärtsstromseite
der Luftströmung
dreht, oder der zweiten äußeren Umfangskante
der Drosselklappe an der Seite, die sich zur Abwärtsstromseite der Luftströmung dreht,
gegenüberliegt.
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Die Voreinstellungsposition wird
in dieser Ausführungsform
durch die Rückstellfeder
realisiert, wobei der Einlasskanal so ausgebildet wird, dass er die
obenbeschriebene spezielle Form besitzt. Das zweite Beispiel des
Standes der Technik (
JP 11-153053-A )
offenbart dagegen Mittel zum Realisieren der Voreinstellungsposition
mit einem Antriebsmechanismus. Die Überlegenheit dieser Ausführungsform
wird nachfolgend beschrieben.
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Es erfolgt zunächst eine Beschreibung der Beziehung
zwischen der Betätigung
der Drosselklappe und dem Betrieb des Motors. Wenn sich der Motor in 5 in eine Richtung dreht,
vergrößert sich
ein Winkel, der die Position der Drosselklappe repräsentiert,
monoton. Wenn der Motor dabei bei einer konstanten Drehzahl gedreht
wird, wird die Drosselklappe 18 ebenfalls bei einer konstanten
Rotationsgeschwindigkeit, die in gemäß den Untersetzungsverhältnissen,
die für
die Untersetzungsräder 22a bis 22d in
Form von Stirnrädern
eingestellt ist, festgelegt ist. Während der Betätigung,
bei der die Drosselklappe von der Voreinstellungsposition in die
vollständig geöffnete Position
gedreht wird oder bei der die Drosselklappe umgekehrt von der vollständig geöffneten Position
in die Voreinstellungsposition gedreht wird, entspricht der Winkelabstand, über den
die Drosselklappe gedreht wird, einfach einem Winkel von der Position
(1) oder (3) zur aktuellen Position. Ein Winkel ΔΘ von der Position (1) zur Position
(3) beträgt etwa
80°. Andererseits
wird die Drosselklappe bei den Kennlinien, die in der zweiten Form
des Standes der Technik offenbart sind, zuerst in eine Richtung von
der Voreinstellungsposition zur vollständig geschlossenen Position
betätigt,
und dann wird die Betätigungsrichtung
der Drosselklappe umgekehrt. Demzufolge ist die Gesamtstrecke, über die
die Drosselklappe von der Voreinstellungsposition in die vollständig geöffnete Position
bewegt wird, die Summe aus ΔΘ und einer
Strecke Θd
aus der vollständig
geschlossenen Position zur Voreinstellungsposition. Mit anderen
Worten, die Drosselklappe kann nicht die Gesamtstrecke von der Voreinstel lungsposition
zur vollständig
geöffneten
Position überdecken,
es sei denn, es wird über
die zusätzliche
Strecke, die Θd entspricht,
von der vollständig
geschlossenen Position zur Voreinstellungsposition bewegt. Wird
angenommen, dass die Strecke Θd
von der vollständig
geschlossenen Position zur Voreinstellungsposition 11° beträgt, ergibt
sich die Strecke der Gesamtbewegung als 91° (= ΔΘ + Θd). Bei dem Versuch, die Drosselklappe
des Standes der Technik in derselben Zeit wie die Drosselklappe
der Erfindung von der Voreinstellungsposition in die vollständig geöffnete Position
zu betätigen,
muss die Drosselklappe zwischen der Position mit dem minimalen Öffnungsgrad
und der vollständig
geöffneten
Position bei einer erhöhten
Geschwindigkeit (die durch einen Bereich b in 5 angegeben ist) betätigt werden, um die zusätzliche
Bewegungsstrecke auszugleichen, da die Drosselklappe in der negativen
Richtung (die in 5 durch
den Bereich A angegeben ist) gedreht wird, bis es im Stand der Technik
die Position des minimalen Öffnungsgrads
erreicht. Demzufolge erfordert diese Ausführungsform im Vergleich mit
der zweiten Form des Standes der Technik einen Motor mit einer kleineren
Ausgangsleistung, wenn die Betätigungsgeschwindigkeit
gleich eingestellt wird, und kann eine Vorrichtung zum Öffnen und
Schließen
einer Drosselklappe schaffen, die eine ausgezeichnete Anbringungsmöglichkeit
am Fahrzeug besitzt.
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Ferner wird bei dieser Ausführungsform während der
Betätigung
zwischen der Voreinstellungsposition und der vollständig geöffneten
Position eine Belastung, die einer Beschleunigungskraft zuzuschreiben
ist, lediglich am Beginn und am Ende der Betätigung, bei denen eine Beschleunigungskraft
erzeugt wird, auf die Drosselklappe und das Antriebssystem aufgebracht.
Da jedoch bei dem Antriebsmechanismus der zweiten Form des Standes
der Technik die Drehrichtung der Drosselklappe in der Mitte der
Betätigung
umgekehrt wird, wird eine einer Beschleunigungskraft zuzuschreibende
Belastung außerdem
bei der Umkehrung der Drehrichtung erzeugt und eine Drehmomentbelastung
wirkt auf den Motor. Aus diesem Grund muss die Kapazität des Motor
entsprechend vergrößert werden.
Da sich darüber
hinaus die Richtung des Lastmoments verändert, sind Teile des Mechanismus
leichter auf Abnutzung anfällig.
Die Erfindung weist dagegen derartige Probleme nicht auf, da die
Betätigungsrichtung
der Drosselklappe unabhängig
von der Drosselklappenposition konstant ist.
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Während
die Vorrichtung zum Öffnen
und Schließen
einer Drosselklappe dieser Ausführungsform
in einem Abschnitt der Wandoberfläche des Einlasskanals eine
kugelförmige
Form besitzt, kann eine Massenproduktion der Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer
Drosselklappe mit einer derartigen Form effektiv realisiert werden
mit den Schritten des Ausbildens einer netzähnlichen Form unter Verwendung
einer Gießform
und des Ausführens
einer mechanischen Endbearbeitung. Um die Ausbildung der beiden
kugelförmigen
Ausnehmungen zu erleichtern, ist es vorzuziehen, die Gießform, wie
auf dem Zeichnungsblatt zu sehen ist, an einer Grenze, die der Mittellinie
eines in dem Einlasskanal ausgebildeten Durchgangsloch für die Aufnahme
der Drosselwelle entspricht, d. h. an einer Grenze, die in 1 durch eine unterbrochene
Linie V dargestellt ist, in eine linke und eine rechte Hälfte zu
teilen. Dadurch können die
beiden kugelförmigen
Ausnehmungen unter Verwendung der geteilten Gießformen unabhängig voneinander
ausgebildet werden. Das derartige Unterteilen der Gießform ist
vom Gesichtspunkt der Herstellung vorteilhaft, da die kugelförmigen Ausnehmungen,
die insbesondere eine hohe Formgenauigkeit erfordern, genauer ausgebildet
werden können und eine
Zeit, die für
den Schritt der mechanischen Endbearbeitung erforderlich ist, verkürzt werden
kann. Die beiden kugelförmigen
Ausnehmungen können außerdem voneinander
getrennt werden, indem eine Gießform
längs einer
unterbrochenen Linie H, die in 1 gezeigt
ist, getrennt wird. Wie aus 3B ersichtlich
ist, ist diese Unterteilung jedoch nicht vorteilhaft, da geteilte
Gießformen
infolge des Vorhandenseins eines Anbringungsabschnitts des Motors 17 kompliziert
sind.
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Während
die Voreinstellungsposition in dieser Ausführungsform durch eine Rückstellfeder
realisiert ist, indem die kugelförmige
Form in einem Teil der Wandoberfläche des Einlasskanals ausgebildet wird,
kann die Voreinstellungsposition außerdem mit einer einfacheren
Struktur, die in 6 gezeigt
ist, realisiert werden.
-
Eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung
zum Öffnen
und Schließen
einer Drosselklappe wird unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
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Eine Drosselklappe 18 ist
an einer Drosselwelle 20 befestigt. Die Drosselwelle 20 verläuft durch einen
Einlasskanal 19 und ist an einem Drosselkörper 16 drehbar
angebracht. Die Einlassluft strömt durch
den Einlasskanal 19 in die Richtung, die durch einen Pfeil
FL angegeben ist.
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In einem Zustand (1), der in 6 gezeigt ist, bleiben die
Spalte δ1, δ2 zwischen
den äußeren Umfangskanten
der Drosselklappe 18 und einer Wandoberfläche des
Einlasskanals 19, um eine Öffnungsfläche zu schaffen, die der Voreinstellungsposition
entspricht. Die Drosselklappe 18 wird durch eine Rückstellfeder 23 in
der Voreinstellungs position gehalten (siehe 3B).
-
Wenn ein Motor 17 (siehe 3B) sich in eine Richtung
dreht, wird die Drosselklappe 18 in die Richtung A um den
Mittelpunkt O der Drosselwelle gedreht und erreicht eine Position
(3) (nahe an der vertikalen Richtung, die durch eine unterbrochene
Linie V angegeben ist, wie auf dem Zeichnungsblatt zu sehen ist).
Zu diesem Zeitpunkt ist die Drosselklappe 18 in einer "vollständig geöffneten" Position, in der die
Drosselklappe 18 eine minimale Projektionsfläche besitzt,
wenn sie auf dem Zeichnungsblatt von oben betrachtet wird, d. h.
es schafft eine maximale Öffnungsfläche.
-
Wenn die Drosselklappe 18 in
einer Position (2) ist, die in 6 gezeigt
ist, liegt die Drosselklappe 18 senkrecht zur axialen Richtung
des Einlasskanals 19 und die Spalte δ1, δ2 sind minimal gemacht. In der Drosselposition
(2) ist deswegen die Öffnungsfläche minimal
gemacht, d. h. die Durchflussmenge der Einlassluft, die durch den
Einlasskanal strömt,
ist ebenfalls minimal gemacht.
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4 zeigt
die Kennlinien der Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer
Drosselklappe dieser Ausführungsform.
Eine Öffnungsgrad-Kennlinie ist der
von der obenbeschriebenen ersten Ausführungsform, bei der die kugelförmigen Ausnehmungen in
der Wandoberfläche
des Einlasskanals ausgebildet sind, ähnlich. Wenn sich die Drosselklappe 18 in die
Richtung A dreht, wird die Öffnungsfläche in einem
Bereich von der Drosselposition (1) zur Drosselposition (2) verringert
und wird im Bereich der Drosselposition (2) zur Drosselposition
(3) vergrößert.
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Im Vergleich mit der ersten Ausführungsform ist
diese zweite Ausfüh rungsform
dahingehend vorteilhaft, dass die Kanalform einfacher ist und daher die
Herstellung des Einlasskanals vereinfacht ist. Die Strecke von der
Voreinstellungsposition (1) zur vollständig geöffneten Position (3) ist jedoch
größer und es
wird eine längere
Zeit benötigt,
damit sich die Drosselklappe über
diese Strecke dreht.
-
Der Aufbau dieser zweiten Ausführungsform besitzt
einen weiteren Nachteil aus dem später beschriebenen Grund, dass
die Spalte δ1, δ2 größer eingestellt
sein müssen
als jene der ersten Ausführungsform
von dem Standpunkt der Verhinderung von Störungen zwischen der Drosselklappe
und der Wandoberfläche
des Einlasskanals, wenn die Drosselklappe die Position (2) durchläuft, und
deswegen besitzt die minimale Öffnungsfläche einen
größeren Wert.
Im schlechtesten Fall besteht eine Gefahr, dass eine erreichbare
minimale Öffnungsfläche größer wird
als die Öffnungsfläche, die
für den
Leerlauf erforderlich ist und der Leerlauf kann nur mit der Vorrichtung
zum Öffnen
und Schließen
einer Drosselklappe nicht realisiert werden.
-
Der Grund dafür, warum der Spalt δ größer eingestellt
werden muss als in der ersten Ausführungsform, wird nun unter
Bezugnahme auf 7 beschrieben. 7 ist eine vergrößerte Ansicht
eines Bereichs C von 6.
Wenn die Drosselklappe 18 in der Position (2) ist, beträgt der Abstand
vom Mittelpunkt O der Drehung der Drosselklappe 18 zu einem äußeren Umfangsende
der Drosselklappe 18 L1. Wenn sich die Drosselklappe 18 um
einen Winkel Θ dreht,
zeichnet eine Kante (die mit a bezeichnet ist) der Drosselklappe 18 einen
bogenförmigen
Weg um den Mittelpunkt O mit einem Radius, der durch ein Segment
Oa gegeben ist. Da die Drosselklappe 18 eine Dicke besitzt,
ist das Segment Oa länger
als der Abstand L1. Um eine Störung
zu verhindern, muss deswegen der Rohrradius des Einlasskanals 19 auf einen
größerer Wert
als das Segment Oa eingestellt sein. Demzufolge müssen in
dem Zustand, in dem die Drosselklappe 18 in der Position
(2) ist, die Spalte δ1, δ2 größer eingestellt
sein als die in der Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer
Drosselklappe mit den kugelförmigen
Ausnehmungen, die in der Wandoberfläche des Einlasskanals ausgebildet
sind.
-
Deswegen kann diese zweite Ausführungsform
dann angewendet werden, wenn keine Probleme vorhanden sind, selbst
wenn die Zeit, die für
die Drehung der Drosselklappe von der Voreinstellungsposition in
die vollständig
geöffnete
Position benötigt wird,
länger
ist und die minimale Öffnungsfläche größer ist
als die entsprechenden Werte in der ersten Ausführungsform.
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Es erfolgt eine Beschreibung der
Betätigungen
der Vorrichtung zum Öffnen
und Schließen
einer Drosselklappe gemäß der Ausführungsform
der Erfindung, wenn sie in einem Fahrzeug vorgesehen ist.
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Es wird eine Reihe von Betätigungen
der Vorrichtung zum Öffnen
und Schließen
einer Drosselklappe gemäß der Ausführungsform
der Erfindung vom Einschalten (Einschalten eines Zündschalters) bis
zum Ausschalten des Fahrzeugs unter Bezugnahme auf 8 beschrieben. In der folgenden Beschreibung
ist die Reihe von Betätigungen
in Abhängigkeit
von entsprechenden Betätigungsbedingungen
in Abschnitte I bis VII unterteilt, wie in 8 gezeigt ist.
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Abschnitt I-Einschalt-Operation:
Wenn ein Schlüsselschalter
eingeschaltet wird, wird ein Drehmoment, das in der Drehrichtung
B der Drosselklappe 18 wirkt, an den Motor 17 angelegt
und drückt
das Untersetzungsrad 22d in Kombination mit dem Drehmoment,
das von der Rückstellfeder 23 angelegt wird,
gegen den Voreinstellungsanschlag 24. Die Drosselsteuereinheit 15 empfängt einen
Ausgang des Drosselpositionssensors 21 und speichert ihn
als einen Ausgang des Drosselpositionssensors 21 in der
Voreinstellungsposition im Speicher der Drosselsteuereinheit 15.
Ein Wert dieses Ausgangs ist als ein Ausgangswert der Drosselklappe 18 in
der Voreinstellungsposition definiert. Auf der Grundlage des auf
diese Weise gespeicherten Ausgangswerts wird die Drosselposition
berechnet, während
in einem nachfolgenden Zyklus ein Ausgangswert des Drosselpositionssensors 21 kompensiert
wird. Dieser Vorgang schafft eine Wirkung der Kalibrierung des ursprünglichen
Ausgangs des Drosselpositionssensors 21 und ermöglicht,
dass die Drosselposition mit größerer Genauigkeit
positioniert wird.
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Ein Anlassermotor zum Anlassen des
Motors beginnt sich zu drehen, sobald ein Schalter zum Einschalten
des Anlassers nach dem Einschalten der Zündung eingeschaltet wird.
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Abschnitt II-Änderung der Drosselklappenposition:
Nach dem Ende der Lernoperation bewirkt die Drosselsteuereinheit 15,
dass der Motor 17 ein Drehmoment erzeugt, damit die Drosselklappe
in eine Leerlaufposition bewegt wird, unabhängig davon, ob das Drehen des
Anlassermotors beendet wurde. Mit anderen Worten, bevor der Schlüsselschalter
in eine Zündposition
gedreht wird, in der eine Drehung des Anlassermotors bewirkt wird,
nachdem dieser eingeschaltet wurde, wird die Drosselklappe in die
Leerlaufposition bewegt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Motor 17 so
angetrieben, dass er ein maximales Drehmoment erzeugt, um die Position
der Drosselklappe schnell zu ändern.
Gemäß den Kennlinien
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Öffnen
und Schließen
einer Drosselklappe muss die Drosselklappe dann, wenn es betätigt wird,
damit es sich von einer Voreinstellungsposition in die Leerlaufposition
dreht, eine Position durchlaufen, in der eine minimale Öffnungsfläche vorkommt,
die nicht ausreichend ist, um den Leerlauf zu realisieren (d. h.
die Drosselposition (2), die in 1 gezeigt
ist). Eine nachteilige Auswirkung dieser Kennlinien kann unterdrückt werden,
indem die Position der Drosselklappe schnell geändert wird. Mit anderen Worten,
die Betätigung
der Drosselklappe derart, dass es die Position (2) durchläuft, nachdem
die Maschine den selbstunterhaltenden Betrieb begonnen hat, ist
wegen der Gefahr des Abwürgens
der Maschine nicht vorzuziehen.
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Abschnitt III-Leerlauf: Während des
Leerlaufs liefert die Maschinensteuereinheit 11 einen Sollwert
für die
Position der Drosselklappe 18 an die Drosselsteuereinheit 15,
damit die Maschine bei einer Leerlaufdrehzahl stabilisiert wird.
Der Motor 17 erzeugt weiterhin das Drehmoment in der Richtung A,
um das Drehmoment, das von der Rückstellfeder 23 in
der Richtung B angelegt wird, auszugleichen.
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Abschnitt IV-Rampenoperation: Während der
Betätigung
(Rampenoperation), bei der die Maschinenlast von Nulllast (wobei
die Drosselklappe 18 in der Leerlaufposition ist) bis Volllast
(Drosselklappenposition (3), d. h. die vollständig geöffnete Position) allmählich ansteigt,
wird das Drehmoment des Motors 17 entsprechend dem Drehmoment
der Rückstellfeder,
das proportional zur Änderung
der Drosselposition ansteigt, vergrößert. Um eine Beschädigung des
Antriebssystems zu verhindern (wie etwa der Motor und die Räder), die
andernfalls bewirkt wird, wenn das Rad gegen den Vollöffnungsanschlag 25 stößt, wird
die Einstellung der vollständig geöffneten
Position so gesteuert, dass die Drosselklappe bei einem Winkel geöff net ist,
der um etwa 1° kleiner
ist als der Winkel in der für
den Mechanismus eingestellten vollständig geöffneten Position.
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In
8 repräsentiert
eine unterbrochene Linie ein Verhalten der Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer
Drosselklappe gemäß des ersten Beispiels
des Standes der Technik, die aus
JP 2-500677-A (PCT-Offenlegungsschrift Nr. WO88/00404)
offenbart ist. Die Richtung, in die die Federbelastung angelegt
wird, ändert
sich zwischen zwei Zonen auf beiden Seite der Voreinstellungsposition,
so dass die Federbelastung bei einem Öffnungsgrad, der kleiner als
der Öffnungsgrad
ist, der der Voreinstellungsposition entspricht, in der Richtung
A (Öffnungsrichtung
der Drosselklappe) angelegt wird, sie wird jedoch bei dem Öffnungsgrad,
der größer als der Öffnungsgrad
ist, der der Voreinstellungsposition entspricht, in die Richtung
B (Schließrichtung
der Drosselklappe) umgekehrt. In diesem Fall, in dem die Rampenoperation
bei einem mäßigen Anstieg
ausgeführt
wird, erzeugt der Motor das Drehmoment in der Richtung, die der
Federbelastung entgegengesetzt ist, bis die Drosselklappe die Voreinstellungsposition
erreicht. Selbst nachdem die Drosselklappe die Voreinstellungsposition
erreicht hat und die Richtung der Federbelastung umgekehrt wird,
wird das durch den Motor erzeugte Drehmoment in der Richtung nicht
umgekehrt, bis eine übermäßige Abweichung um
einen bestimmten Pegel auftritt, da die Steuereinheit die Positionssteuerung
auf der Grundlage des Öffnungsgradausgangs
eines Drosselpositionssensors ausführt, wodurch eine Verzögerung in
der Betätigung
der Drosselklappe bewirkt wird. Da bei der Erfindung die Federbelastung
immer in der festgelegten Richtung angelegt wird, tritt keine Verzögerung auf.
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Abschnitt V-Bremsen der Maschine:
Um eine größere Kraft
zum Bremsen der Maschine zu erzeugen, ist es erwünscht, dass die Durchflussmenge
der Einlassluft, die der Maschine zugeführt wird, so klein wie möglich ist.
In der Vorrichtung, die in der ersten Form des Standes der Technik
offenbart ist, ist gewöhnlich
ein vollständig
schließender
Anschlag vorgesehen, um zu verhindern, dass sich die Drosselklappe über die
vollständig
geschlossene Position hinaus dreht, wodurch verhindert wird, dass
die Drosselklappe an der Wandoberfläche des Einlasskanals störend eingreift.
Um eine Beschädigung
eines Antriebssystems (wie etwa der Motor und die Räder) infolge
einer Aufschlagskraft, die andernfalls beim Anschlagen der Räder gegen
den vollständig
schließenden
Anschlag bewirkt wird, minimal zu machen, wird die vollständig geschlossene
Position so gesteuert, dass die Drosselklappe in einer Position
geschlossen ist, die einen größeren Öffnungsgrad
schafft als den minimalen Öffnungsgrad,
der durch die Position des vollständig schließenden Anschlags bestimmt ist.
Da andererseits bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung keine Notwendigkeit
besteht, den vollständig
schließenden
Anschlag vorzusehen, kann der minimale Öffnungsgrad, der durch die
Steuerung erfolgt, im Wesentlichen so eingestellt werden, dass er
gleich dem Öffnungsgrad
ist, der durch den Mechanismus erfolgt, und somit kann eine kleinere Öffnungsfläche realisiert
werden. Demzufolge kann die erfindungsgemäße Vorrichtung eine größere Kraft
zum Bremsen der Maschine erzeugen. Da außerdem eine kleinere Öffnungsfläche geschaffen
wird, kann ein höherer
Unterdruck im Einlassrohr stromabwärts von der Drosselklappe erzeugt
werden oder ein Unterdruck kann schneller erzeugt werden. Dieses
Merkmal ist wirkungsvoll insbesondere bei der Verbesserung des Verhaltens
einer durch den Unterdruck angetriebenen Betätigungseinrichtung, z. B. eine
Unterdruck-Servoeinheit zum Bremsen.
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Abschnitt VII-Zündschalter aus: Nach dem Ausschalten
des Zündschalters
wird die Lieferung von elektrischer Energie an den Motor unterbrochen und
die Drosselklappe 18 wird durch das Drehmoment, das von
der Rückstellfeder 23 angelegt
wird, in die Voreinstellungsposition zurückgeführt.
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Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist,
wird die Drosselklappe bei gewöhnlichen
Gebrauchsbedingungen in dem Bereich zwischen den Positionen (2)
und (3) betätigt.
In diesem Bereich wird ein wertvoller Vorteil dahingehend erzielt,
dass eine gute Steuerungsfähigkeit
der Drosselklappe erreicht wird, da die Richtung des Federmoments
nicht umgekehrt wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Öffnungsgrad
in der vollständig
geschlossenen Position wegen des Fehlens des vollständig schließenden Anschlags
auf einen kleineren Wert eingestellt werden kann. Da die Drosselklappe
ferner in der Voreinstellungsposition ist, wenn an den Motor keine
elektrische Energie geliefert wird, besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung
eine Funktion zum Verhindern des Abwürgens der Maschine ohne die
Notwendigkeit der Steuerung durch die Drosselsteuereinheit bei einem
Ausfall, z. B. beim Verstopfen der Drosselklappe infolge Gefrierens.
-
Der ausfallsichere Betrieb wird nun
beschrieben.
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Wenn die Drosselsteuereinheit 15 oder
die Maschinensteuereinheit 11 einen Fehler oder eine Betriebsstörung der
Vorrichtung zum Öffnen
und Schließen
einer Drosselklappe entdeckt und die Maschine und das Fahrzeug und
die Drosselklappe zuerst in die Voreinstellungsposition zurückgeführt werden
müssen,
ist es allgemein üblich,
die Lieferung von elektrischer Energie an den Motor der Vorrich tung
zum Öffnen
und Schließen
einer Drosselklappe zu unterbrechen, so dass die Drosselklappe durch das
Drehmoment, das durch die Rückstellfeder
oder ein anderes elastisches Element aufgebracht wird, zum Erreichen
der Voreinstellungsposition zurückgeführt wird.
Diese Operation ist besonders wirkungsvoll, wenn der Drosselpositionssensor
ausfällt
und die Positionssteuerung der Drosselklappe nicht mehr ausgeführt werden
kann. Bei der Erfindung kann die Drosselklappe durch Anlegen eines
Drehmoments in eine Richtung zum Drehen der Drosselklappe in die Richtung
A ohne die Steuerung durch die Drosselsteuereinheit 15 in
der ausfallsicheren Operation zum Erreichen der Voreinstellungsposition
schneller zurückgeführt werden,
da die Richtung des von der Rückstellfeder
angelegten Drehmoments mit der Richtung des Motordrehmoments übereinstimmt.
Es ist deswegen möglich,
die Durchflussmenge der Einlassluft, die in der Voreinstellungsposition
vorgesehen ist, schneller zu realisieren, und die der Voreinstellungsposition
entsprechende Durchflussmenge der Einlassluft, die der Maschine
zugeführt
wird, schneller zu erreichen. Im Hinblick auf die oben genannten
Merkmale arbeitet die Drosselsteuereinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Öffnen
und Schließen
einer Drosselklappe so, dass bei der Erfassung eines Fehlers, der
Motor mit einem elektrischen Strom versorgt wird, um die Drosselklappe
in eine Richtung zur Voreinstellungsposition zu drehen (d. h. die
Richtung B von 1). Eine
Zeit, während der
elektrischer Strom an den Motor geliefert wird, ist durch einen
Zeitgeber in der Drosselsteuereinheit begrenzt und wird unterbrochen,
nachdem der Strom eine bestimmt Zeit (etwa 1 Sekunde) geliefert
wurde.
-
Anschließend wird eine Vorrichtung
zum Öffnen
und Schließen
einer Drosselklappe für
eine Brennkraftmaschine gemäß einer
dritten Aus führungsform
der Erfindung unter Bezugnahme auf die 9 bis 11 beschrieben.
Es wird angemerkt, dass der Einlasskanal der Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer
Drosselklappe für
die Brennkraftmaschine gemäß der dritten
Ausführungsform
denselben radialen Schnittaufbau besitzt wie der in 3B gezeigte Einlasskanal.
-
9 ist
eine Schnittansicht einer Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer
Drosselklappe für
eine Brennkraftmaschine gemäß der dritten
Ausführungsform
der Erfindung. 10 ist
eine vergrößerte Ansicht
eines wesentlichen Teils von 9. 11 ist eine graphische Darstellung,
die jeweilige Kennlinien der Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer
Drosselklappe gemäß den Ausführungsformen
der Erfindung zeigt.
-
Wie in 9 gezeigt
ist, sind in einer Wandoberfläche
eines Einlasskanals 19 längs Abschnitten von kugelförmigen Stellen
erste und zweite kugelförmige
Ausnehmungen 26A, 27A ausgebildet, die durch beide äußeren Umfangskanten
einer Drosselklappe 18 gezeichnet werden, wenn sich die
Drosselklappe 18 dreht. Es wird dabei angenommen, dass zwei äußere Umfangskanten
der Drosselklappe 18 als eine erste äußere Umfangskante 18A,
die sich stromaufwärts
einer Luftströmung
dreht, und als eine zweite äußere Umfangskante 18B,
die sich stromabwärts
zur Luftströmung
dreht, wenn sich die Drosselklappe 18 in eine Richtung
A dreht, bezeichnet werden. Wie später genauer unter Bezugnahme
auf 10 beschrieben wird,
ist die erste kugelförmige Ausnehmung 26A in
einer Zone einer inneren Umfangsoberfläche eines Drosselkörpers 16 ausgebildet,
die der ersten äußeren Umfangskante 18A der geöffneten
und geschlossenen Drosselklappe 18 gegenüberliegt,
d. h. sie ist in einem Abschnitt einer imaginären zylindrischen Oberfläche 30 ausgebildet, die
die Wandoberfläche
des Einlasskanals 19 bildet, damit sie so angeordnet ist,
dass sie die stromaufwärts
und stromabwärts
liegenden Seiten einer Drosselwelle 20 überspannt.
-
Außerdem ist die zweite kugelförmige Ausnehmung 27A in
einem Abschnitt der Wandoberfläche
des Einlasskanals 19 ausgebildet, der der zweiten äußeren Umfangskante 18B gegenüber liegt
und so angeordnet ist, dass er die beiden stromaufwärts und
stromabwärts
liegenden Seiten der Drosselwelle 20 überspannt. Um eine minimale Öffnungsfläche sicher
zu schaffen, wenn die äußeren Umfangskanten der
Drosselklappe 18 so positioniert sind, dass sie den kugelförmigen Ausnehmungen 26A, 27A gegenüber stehen,
ist die Bogenlänge
der kugelförmigen Ausnehmungen 26A, 27A so
eingestellt, dass sie größer als
die Dicke der Drosselklappe 18 ist, wie in einem axialen
Schnitt eines Einlassrohrs zu sehen ist.
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Zur inneren Umfangsseite der imaginären zylindrischen
Oberfläche 30 sind
ein Vorsprung 28A, der die erste kugelförmige Ausnehmung 26A enthält, und
ein Vorsprung 29A, der die zweite kugelförmige Ausnehmung 27 enthält, an der
Wandoberfläche
des Einlasskanals 19 ausgebildet. Somit sind die kugelförmigen Ausnehmungen 26A, 27A in
entsprechenden Abschnitten der Vorsprünge 28A, 29A ausgebildet.
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Bereiche, die stromabwärts und
stromaufwärts
der kugelförmigen
Ausnehmungen 26A, 27A liegen, sind so ausgebildet,
dass sie eine glatte durchgehende Wandoberfläche mit den kugelförmigen Ausnehmungen
schaffen, so dass sich die Öffnungsgrad-Kennlinien
der Drosselklappe 18 vor und nach dem Durchgang der Drosselklappe 18 durch
die kugelförmigen
Ausnehmungen nicht vollständig
abrupt än dern,
d. h. dass sich die Spalte δ1, δ2, die in 10 gezeigt sind, nicht abrupt ändern. Diese
allmählichen Änderungen
der Spalte δ1, δ2 ermöglichen
es, eine abrupte Änderung
der Öffnungsfläche, d.
h. eine abrupte Änderung
der Durchflussmenge der Einlassluft in Bezug auf den Drehwinkel
der Drosselklappe 18 zu verhindern.
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Eine Drosselklappe 18de,
die in den 9 und 10 durch eine durchgezogene
Linie angegeben ist, repräsentiert
einen Zustand, in dem die Drosselklappe 18 in der Voreinstellungsposition
ist. Eine Drosselklappe 18c1, die durch eine Punkt-Strich-Linie
angegeben ist, repräsentiert
einen Zustand, in dem die Drosselklappe 18 in der vollständig geschlossenen
Position ist. Eine Drosselklappe 18fo, die durch eine Doppelpunkt-Strich-Linie
angegeben ist, repräsentiert
einen Zustand, in dem die Drosselklappe 18 in der vollständig geöffneten
Position ist.
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In dem Zustand der Drosselklappe 18de,
der durch die durchgehende Linie angegeben ist, wird die Drosselklappe 18 durch
eine Rückstellfeder 23 (siehe 3B) in der Voreinstellungsposition
gehalten und zwischen den äußeren Umfangskanten
der Drosselklappe 18 und der Wandoberfläche des Einlasskanals 19 bleiben
die Spalte δ1, δ2. In der
Voreinstellungsposition sind die äußeren Umfangskanten der Drosselklappe 18 jeweils
von den entsprechenden kugelförmigen
Ausnehmungen 26A, 27A versetzt angeordnet. Die
Spalte δ1, δ2 schaffen
eine Öffnungsfläche, die
größer als
eine minimale Öffnungsfläche ist,
die in der vollständig
geschlossenen Position erreicht wird, und stellt die Durchflussmenge der
Einlassluft sicher, die erforderlich ist, um den voreingestellten
Betrieb (wie etwa selbstständiges
Fahren oder die Verhinderung des Abwürgens der Maschine) aufrechtzuerhalten.
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Wenn ein Motor 17 (siehe 3B) mit einem elektrischen
Strom versorgt wird, damit sich der Motor dreht, dreht sich die
Drosselklappe 18 um den Mittelpunkt O der Drosselwelle 20 in
die Richtung A und erreicht dann die vollständig geschlossene Position, die
der Drosselklappe 18c1 entspricht, die durch die Punkt-Strich-Linie
angegeben ist, bei dem die Öffnungsfläche minimal
gemacht ist. In der vollständig geschlossenen
Position sind die Spalte δ1, δ2 im Betätigungsbereich
der Drosselklappe minimal gemacht. Somit ist die Öffnungsfläche, die
in der vollständig
geschlossenen Position mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Öffnen und
Schließen
einer Drosselklappe erreicht werden kann, minimal gemacht und deswegen
ist auch die Durchflussmenge der Einlassluft, die durch den Einlasskanal
strömt, minimal
gemacht.
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Infolge der kugelförmigen Ausnehmungen 26A, 27A,
die in der inneren Umfangsfläche
des Drosselkörpers 16 ausgebildet
sind, ist die Öffnungsfläche der
Spalte zwischen den kugelförmigen
Ausnehmungen 26A, 27A und der Drosselklappe 18 weniger
empfindlich auf Änderungen,
wenn die Drosselklappe 18 in Bereichen der kugelförmigen Ausnehmungen 26A, 27A positioniert
ist, und somit sind Änderungen
der Durchflussmenge der Einlassluft, die durch die Spalte strömt, verringert.
Bei der weiteren Drehung der Drosselklappe 18 erreicht
die Drosselklappe 18 die vollständig geöffnete Position, die der Drosselklappe 18fo entspricht,
die durch die Doppelpunkt-Strich-Linie angegeben ist, bei dem die Öffnungsfläche maximal
gemacht ist.
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Wenn die Lieferung von elektrischer
Energie an den Motor 17 unterbrochen wird, wird die Drosselklappe 18 durch
die Vorbelastungs kraft der Rückstellfeder 23 in
die Voreinstellungsposition zurückgeführt. Wenn
die Drosselklappe 18 in der Voreinstellungsposition in
Bereitschaft gehalten wird, werden zwischen den inneren Umfangsfläche des
Drosselkörpers 16 größere Spalte
aufrecht erhalten und es kann verhindert werden, dass die Drosselklappe 18 an
der inneren Umfangsfläche
des Drosselkörpers 16 infolge
der Ansammlung von viskosen Materialien, Eis usw. anhaftet. Es ist
außerdem
möglich,
ein selbstständiges
Fahren sicherzustellen und das Abwürgen der Maschine zu verhindern.
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Es erfolgt nun eine Beschreibung
des Unterschieds zwischen der dritten Ausführungsform, die in den 9 und 10 gezeigt ist, und der ersten Ausführungsform,
die in 1 gezeigt ist.
Es wird dabei angenommen, dass eine Richtung senkrecht zur Strömungsrichtung
FL der Einlassluft durch eine X-Achse repräsentiert wird, und die Strömungsrichtung
FL der Einlassluft durch eine Y-Achse repräsentiert wird. Es wird außerdem angenommen,
dass der Öffnungsgrad
(Winkel) der Drosselklappe, das in der Richtung der X-Achse ausgerichtet
ist, 0° beträgt, ein
Winkel Θ,
der durch die Drosselklappe gebildet wird, das näher zur vollständig geöffneten
Position in Bezug auf die X-Achse ausgerichtet ist, positiv (+)
ist, und ein Winkel, der durch die Drosselklappe gebildet wird, das
in der entgegengesetzten Richtung in Bezug auf die X-Achse ausgerichtet
ist, negativ (-) ist.
-
In der ersten Ausführung, die
in 1 gezeigt ist, kann
die Drosselklappe 18 in einem Bereich bewegt werden, in
dem der Winkel Θ positiv
(+) ist. Dann wird die erste kugelförmige Ausnehmung 26 in einem
Abschnitt der Wandoberfläche
des Einlasskanals 19 stromaufwärts von der Drosselwelle 20 ausgebildet
und die zweite kugelförmige
Ausnehmung 27 wird in einem Abschnitt der Wandoberfläche des Einlasskanals 19 stromabwärts von
der Drosselwelle 20 ausgebildet.
-
Andererseits kann die Drosselklappe 18 in der
dritten Ausführungsform,
die in 9 gezeigt ist, in
einem Bereich bewegt werden, in dem der Winkel Θ positiv (+) und negativ (–) ist.
Dann wird die erste kugelförmige
Ausnehmung 26A in einem Abschnitt der Wandoberfläche des
Einlasskanals 19 ausgebildet, der sowohl die stromaufwärts als
auch die stromabwärts
liegenden Seiten der Drosselwelle 20 überspannt, und die zweite kugelförmige Ausnehmung 27A wird
in einem Abschnitt der Wandoberfläche des Einlasskanals 19 ausgebildet,
der ebenfalls sowohl die stromaufwärts als auch die stromabwärts liegenden
Seiten der Drosselwelle 20 überspannt.
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Der Unterschied der Kennlinien zwischen der
ersten und der dritten Ausführungsform
wird unter Bezugnahme auf 11 beschrieben.
In 11 repräsentiert
die horizontale Achse den Winkel Θ der Drosselklappe und die
vertikale Achse repräsentiert die Öffnungsfläche. Eine
durchgehende Linie F1 repräsentiert
Kennlinien der ersten Ausführungsform, die
in 1 gezeigt ist, und
eine unterbrochene Linie F2 repräsentiert
Kennlinien der dritten Ausführungsform,
die in 9 gezeigt ist.
-
In der ersten Ausführungsform
von 1, die durch die
durchgehende Linie F1 repräsentiert wird,
beträgt
ein Winkel Θ11
der Drosselklappe in der Voreinstellungsposition z. B. 5°. Die Position
der minimalen Öffnungsfläche liegt
in einem Winkelbereich von Θ12
bis Θ13,
z. B. zwischen 17° und
23°. Ein Winkel Θmax der
Drosselklappe in der vollständig geöffneten
Position beträgt
z. B. 85°.
-
Andererseits beträgt in der dritten Ausführungsform
von 9, die durch die
unterbrochene Linie repräsentiert
wird, ein Winkel Θ21
der Drosselklappe in der Voreinstellungsposition z. B. 18°. Die Position
der minimalen Öffnungsfläche liegt
z. B. in einem Bereich von Θ22
bis Θ23,
z. B. von –3° bis 5°. Ein Winkel Θmax der
Drosselklappe in der vollständig
geöffneten
Position beträgt
z. B. 85°.
Außerdem ändert sich
in dem Bereich zwischen der Position Θ23 der minimalen Öffnungsfläche und
der vollständig
geöffneten
Position eine Rate, bei der sich die Öffnungsfläche in Bezug auf den Winkel
der Drosselklappe verändert,
bei einem Winkel Θ24.
-
Ein gewöhnlicher Steuerbereich, in
dem die Menge der Einlassluft, die durch den Einlasskanal strömt, unter
Verwendung der Vorrichtung zum Öffnen
und Schließen
einer Drosselklappe gesteuert wird, erstreckt sich von der Position
der minimalen Öffnungsfläche bis
zur vollständig
geöffneten
Position. In der ersten Ausführungsform,
die durch die durchgehende Linie F1 repräsentiert wird, erstreckt sich
ein gewöhnlicher
Steuerbereich THcontl von Θ13
bis Θmax
(von 23° bis
85°). In
der dritten Ausführungsform,
die durch die unterbrochene Linie F2 repräsentiert wird, erstreckt sich
ein gewöhnlicher Steuerbereich
THcont2 von Θ23
bis Θmax
(von 5° bis
85°). Demzufolge
ist der gewöhnliche
Steuerbereich THcont2 der dritten Ausführungsform, die in 9 gezeigt ist, breiter als
der gewöhnliche
Steuerbereich THcontl der ersten Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist. Mit dem gewöhnlichen
Steuerbereich THcont, der so eingestellt ist, dass er einen breiteren
Bereich umfasst, kann eine Änderung
der Öffnungsfläche, die
sich aus der Änderung
des Winkels der Drosselklappe um z. B. 1° ergibt, und somit eine Änderung
der Menge der Einlassluft verringert werden. Im Ergebnis kann die
Auflösung
bei der Steuerung der Maschinendrehzahl vergrößert werden.
-
Ferner kann, wie in 11 gezeigt ist, bei Betrachtung des Bereichs
der Öffnungsfläche Aidle, die
bei der Leerlaufsteuerung verwendet wird, eine Änderung der Öffnungsfläche, die
sich aus der Änderung
des Winkels der Drosselklappe um 1° ergibt, und somit eine Änderung
der Durchflussmenge der Einlassluft ebenfalls verringert werden.
Folglich kann in gleicher Weise die Auflösung bei der Steuerung der
Leerlaufdrehzahl vergrößert werden.
-
Darüber hinaus reicht in der dritten
Ausführungsform
von 9, die durch die
unterbrochene Linie F2 repräsentiert
wird, die Position der minimalen Öffnungsfläche vom Winkel Θ22 zum Winkel Θ23 (von –3° bis 5°) und der
gewöhnliche
Steuerungsbereich THcont2 erstreckt sich von Θ23 bis Θmax (von 5° bis 85°). In dem Bereich, in dem eine Änderung der
Durchflussmenge der Einlassluft klein ist, stellt deshalb die dritte
Ausführungsform
eine Position (Θ23)
des minimalen Öffnungsgrads
in der Steuerung ein und besitzt einen Bereich (von Θ22 bis Θ23), in
welchem sich die Durchflussmenge der Einlassluft nicht ändert, selbst
wenn die Drosselklappe aus der Position (Θ23) weiter in die Schließrichtung
gedreht wird. Mit anderen Worten, die Kennlinien der dritten Ausführungsform
sind so eingestellt, dass selbst dann, wenn die Drosselklappe in
einen Zustand gebracht wird, in dem es in der Steuerung die Position des
minimalen Öffnungsgrads
während
der Maschinensteuerung überschreitet,
Betriebsstörungen,
wie etwa ein abrupter Anstieg der Maschinendrehzahl und ein Abwürgen der
Maschine, verhindert werden.
-
Mit dieser dritten Ausführungsform
kann, wie oben beschrieben wurde, zusätzlich zu den Vorteilen, die
mit der ersten Ausführungsform
erreicht werden, die Auflösung
bei der Steuerung der Maschi nendrehzahl vergrößert werden. Außerdem kann
die Auflösung
bei der Steuerung der Leerlaufdrehzahl vergrößert werden.
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Somit kann die dritte Ausführungsform
eine Vorrichtung zum Öffnen
und Schließen
einer Drosselklappe mit den nachfolgend angegebenen Vorteilen schaffen.
Wenn die Mittel zum Antreiben der Vorrichtung zum Öffnen und
Schließen
einer Drosselklappe keine Antriebskraft erzeugen, kann die Drosselklappe
in einer Voreinstellungsposition gehalten werden. Wenn die Drosselklappe
von der Voreinstellungsposition in die vollständig geöffnete Position gedreht wird,
kann die Drosselklappe außerdem
schnell betätigt
werden, ohne dass seine Bewegungsrichtung umgekehrt wird. Während des
Maschinenbetriebs wird eine gute Steuerungsleistung erreicht, da
die Vorspannungskraft, die an die Drosselklappe angelegt wird, in
dem Betätigungsbereich
der Drosselklappe nicht umgekehrt wird. Der Voreinstellungsmechanismus
besitzt einen einfacheren Aufbau und kann somit bei einer besseren
Anbringungsmöglichkeit
an einem Fahrzeug angebracht werden. Da außerdem die Vorrichtung zum Öffnen und
Schließen einer
Drosselklappe der dritten Ausführungsform
lediglich eine Rückstellfeder
zum Vorbelasten der Drosselklappe in die Schließrichtung enthält, können die
Federbelastungs-Kennlinien in vereinfachter Weise durch eine Kennlinie
definiert werden und deswegen ist die Steuerungsfähigkeit
verbessert.
-
Anschließend wird eine Vorrichtung
zum Öffnen
und Schließen
einer Drosselklappe für
eine Brennkraftmaschine gemäß einer
vierten Ausführungsform
der Erfindung unter Bezugnahme auf die 12 und 13 beschrieben.
Es wird angemerkt, dass ein Einlasskanal der Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer
Drosselklappe für
eine Brennkraftmaschine gemäß der vierten
Ausführungsform
dieselbe radiale Schnittstruktur wie die in der 3B gezeigte Struktur besitzt. Außerdem sind
Kennlinien der Vorrichtung zum Öffnen
und Schließen
einer Drosselklappe für
eine Brennkraftmaschine gemäß der vierten
Ausführungsform
in 11 durch F3 gezeigt.
-
12 ist
eine Schnittansicht einer Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer
Drosselklappe für
eine Brennkraftmaschine gemäß einer
vierten Ausführungsform
der Erfindung. 13 ist
eine vergrößerte Ansicht
eines wesentlichen Teils von 12.
Es wird angemerkt, dass die gleichen Zeichen wie jene in den 9 und 10 die gleichen Komponenten bezeichnen.
-
Wie in 12 gezeigt
ist, sind in einer Wandoberfläche
eines Einlasskanals 19 längs Abschnitten von kugelförmigen Stellen
die ersten und zweiten Ausnehmungen 26B, 27B ausgebildet,
die durch erste und zweite äußeren Umfangskanten 18A, 18B einer
Drosselklappe 18 gezeichnet werden, wenn sich die Drosselklappe 18 dreht.
Wie in 13 genauer gezeigt
ist, ist die erste kugelförmige Ausnehmung 26B in
einer Zone einer inneren Umfangsfläche eines Drosselkörpers 16 ausgebildet,
die der ersten äußeren Umfangskante 18A der
geöffneten
und geschlossenen Drosselklappe 18 gegenüberliegt,
d. h. sie ist in einem Abschnitt einer imaginären zylindrischen Oberfläche 30 ausgebildet,
die die Wandoberfläche
des Einlasskanals 19 bildet, damit sie sowohl die stromaufwärts liegende
Seite als auch die stromabwärts
liegende Seite einer Drosselwelle 20 überspannt. Außerdem ist
die zweite kugelförmige Ausnehmung 27B in
einem Abschnitt der Wandoberfläche
des Einlasskanals 19 ausgebildet, der der zweiten äußeren Umfangskante 18B gegenüber liegt und
ist so angeordnet, dass sie sowohl die stromaufwärts liegende Seite als auch
die stromabwärts
liegende Seite der Drosselwelle 20 über spannt. Um eine minimale Öffnungsfläche sicher
zu schaffen, wenn die äußeren Umfangskanten
der Drosselklappe 18 so positioniert werden, dass sie den
kugelförmigen
Ausnehmungen 26B, 27B gegenüber stehen, ist die Bogenlänge jeder
kugelförmigen
Ausnehmung 26B, 27B so eingestellt, dass sie größer als
die Dicke der Drosselklappe 18 ist, wie in einem axialen
Schnitt eines Einlassrohrs ersichtlich ist.
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Zur inneren Umfangsseite der imaginären zylindrischen
Oberfläche 30 sind
ein Vorsprung 28B, der die erste kugelförmige Ausnehmung 26B enthält, und
ein Vorsprung 29B, der die zweite kugelförmige Ausnehmung 27B enthält, in der
Wandoberfläche des
Einlasskanals 19 ausgebildet. Somit sind die kugelförmigen Ausnehmungen 26B, 27B in
entsprechenden Abschnitten der Vorsprünge 28B, 29B ausgebildet.
-
Diese vierte Ausführungsform unterscheidet sich
von der dritten Ausführungsform,
die in den 9 und 10 gezeigt ist, in Folgendem.
Die erste kugelförmige
Ausnehmung 26B besitzt im Wesentlichen dieselbe Bogenlänge wie
die der ersten kugelförmigen
Ausnehmung 26A, die in den 9 und 10 gezeigt ist. Die zweite
kugelförmige
Ausnehmung 27B besitzt jedoch eine kürzere Bogenlänge als
die der zweiten kugelförmigen
Ausnehmung 27A, die in den 9 und 10 gezeigt ist.
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Kennlinien dieser vierten Ausführungsform werden
nun unter Bezugnahme auf 11 beschrieben.
Eine Punkt-Strich-Linie F3 repräsentiert
die Kennlinien dieser vierten Ausführungsform, die in den 9 und 10 gezeigt ist.
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In der vierten Ausführungsform,
die durch die Punkt-Strich-Linie F3 repräsentiert wird, beträgt ein Winkel Θ31 der Drosselklappe
in der Voreinstellungsposition z. B. –13°. Die Position der minimalen Öffnungsfläche liegt
in einem Winkelbereich von Θ32 bis Θ33, z. B.
von –3° bis 5°. Ein Winkel Θmax der Drosselklappe
in der vollständig
geöffneten
Position beträgt
z. B. 85°.
Ein gewöhnlicher
Steuerbereich THcont3 ist derselbe wie der gewöhnliche Steuerbereich THcont2
in der dritten Ausführungsform,
die in den 9 und 10 gezeigt ist.
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Beim Vergleichen mit der dritten
Ausführungsform
der 9 und 10, die durch die unterbrochene
Linie F2 repräsentiert
wird, besteht ein erster Unterscheidungspunkt in den Winkeln Θ31, Θ21 der Drosselklappe
in der Voreinstellungsposition. Mit anderen Worten, die Drosselklappe
kann in der vierten Ausführungsform,
die in den 9 und 10 gezeigt ist, schneller
in die Voreinstellungsposition bewegt werden. Außerdem ist es dann, wenn die
Drosselklappe über
die Position der maximalen Öffnungsfläche bewegt
wird, die im Bereich II von 8 auftritt,
möglich,
eine Zeit zu verkürzen,
die für
die Bewegung der Drosselklappe benötigt wird. Der zweite Unterscheidungspunkt
besteht darin, dass die Auflösung
bei der Steuerung des Drosselklappenwinkels in dem Bereich (von Θ33 bis Θ34), in
dem die Öffnungsfläche klein
ist, niedriger ist als die in der dritten Ausführungsform, die in den 9 und 10 gezeigt ist, die Auflösung bei
der Steuerung des Drosselklappenwinkels jedoch in dem Bereich (von Θ34 bis Θmax), in dem
die Öffnungsfläche groß ist, höher ist
als in der dritten Ausführungsform,
die in den 9 und 10 gezeigt ist. Es ist demzufolge
möglich,
die Auflösung
bei der Steuerung der Maschinendrehzahl in einem Drehzahlbereich,
der höher
als die Leerlaufdrehzahl ist, d. h. in einem Fahrbereich eines Fahrzeugs,
das mit einer gewöhnlichen
Brennkraftmaschine ausgerüstet
ist, zu verbes sern. Als dritter Unterscheidungspunkt ermöglicht diese
vierte Ausführungsform
wegen des Formunterschieds in der inneren Umfangsoberfläche des
Drosselkörpers 16 zwischen 12 und 9, dass der Drosselkörper durch eine einfachere
Bearbeitung gebildet wird und somit die Herstellbarkeit verbessern
kann.
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Bei dieser vierten Ausführungsform
kann, wie oben beschrieben wurde, zusätzlich zu den Vorteilen, die
bei der dritten Ausführungsform
erreicht werden, die Zeit, die für
die Bewegung der Drossel über
die Position der minimalen Öffnungsfläche benötigt wird,
verkürzt
werden. Außerdem
kann die Auflösung
bei der Steuerung der Maschinendrehzahl in dem Fahrbereich des Fahrzeugs
vergrößert werden. Es
ist ferner möglich,
den Drosselkörper
einfacher zu bearbeiten und die Herstellbarkeit zu verbessern.
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Anschließend wird eine Vorrichtung
zum Öffnen
und Schließen
einer Drosselklappe für
eine Brennkraftmaschine gemäß einer
fünften
Ausführungsform
der Erfindung unter Bezugnahme auf die 14 bis 16 beschrieben.
Es wird angemerkt, dass ein Einlasskanal der Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer
Drosselklappe für
die Brennkraftmaschine gemäß der fünften Ausführungsform
denselben radialen Schnittaufbau wie der in 3B gezeigte Einlasskanal besitzt. Außerdem sind
Kennlinien der Vorrichtung zum Öffnen
und Schließen
einer Drosselklappe für
die Brennkraftmaschine gemäß der fünften Ausführungsform
in 11 durch F4 gezeigt.
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14 ist
eine Schnittansicht einer Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer
Drosselklappe für
eine Brennkraftmaschine gemäß einer
fünften Ausführungsform
der Erfindung. 15 ist
eine Draufsicht der Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer
Drosselklappe für
die Brennkraftmaschine gemäß der fünften Ausführungsform
der Erfindung. 16 ist
eine vergrößerte Ansicht
eines wesentlichen Teils von 14.
Es wird angemerkt, dass gleiche Zeichen wie in den 9 und 10 die
gleichen Komponenten bezeichnen.
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Wie in 14 gezeigt
ist, sind in einer Wandoberfläche
eines Einlasskanals 19 längs Abschnitten der kugelförmigen Stelle
erste und zweite kugelförmige
Ausnehmungen 26C, 27C ausgebildet, die durch erste
und zweite äußere Umfangskanten 18A, 18B einer
Drosselklappe 18 gezeichnet werden, wenn sich die Drosselklappe 18 dreht.
Wie in 16 genauer gezeigt
ist, ist die erste kugelförmige Ausnehmung 26C in
einer Zone einer inneren Umfangsoberfläche eines Drosselkörpers 16 ausgebildet,
die der ersten äußeren Umfangskante 18A der geöffneten
und geschlossenen Drosselklappe 18 gegenüberliegt,
d. h. sie ist in einem Abschnitt einer imaginären zylindrischen Oberfläche 30,
die die Wandoberfläche
des Einlasskanals 19 bildet, so ausgebildet, dass sie sowohl
die stromaufwärts
liegende Seite als auch die stromabwärts liegende Seite einer Drosselwelle 20 überspannt.
Außerdem
ist die zweite kugelförmige
Ausnehmung 27C in einem Abschnitt der Wandoberfläche des
Einlasskanals 19 ausgebildet, der der zweiten äußeren Umfangskante 18B gegenüberliegt
und sowohl die stromaufwärts
liegende Seite als auch die stromabwärts liegende Seite der Drosselwelle 20 überspannt.
Um eine minimale Öffnungsfläche sicher
zu schaffen, wenn die äußeren Umfangskanten
der Drosselklappe 18 so positioniert werden, dass sie den
kugelförmigen
Ausnehmungen 26C, 27C gegenüberstehen, ist die Bogenlänge jeder kugelförmigen Ausnehmung 26C, 27C so
eingestellt, dass sie größer als
die Dicke der Drosselklappe 18 ist, wie in einem axialen
Schnitt eines Einlassrohrs ersichtlich ist.
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Zur inneren Umfangsseite der imaginären zylindrischen
Oberfläche 30 sind
ein Vorsprung 28C, der die erste kugelförmige Ausnehmung 26C enthält, und
ein Vorsprung 29C, der die zweite kugelförmige Ausnehmung 27C enthält, an der
Wandoberfläche des
Einlasskanals 19 ausgebildet. Somit sind die kugelförmigen Ausnehmungen 26C, 27C in
entsprechenden Abschnitten der Vorsprünge 28C, 29c ausgebildet.
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Diese fünfte Ausführungsform unterscheidet sich
von der dritten Ausführungsform,
die in den 9 und 10 gezeigt ist, in Folgendem.
Die erste kugelförmige
Ausnehmung 26C besitzt im Wesentlichen dieselbe Form wie
die der ersten kugelförmigen Ausnehmung 26A,
die in den 9 und 10 gezeigt ist. Die zweite
kugelförmige
Ausnehmung 27C besitzt jedoch eine Nut 31, die
in einem Teil davon ausgebildet ist. Wie in 15 gezeigt ist, besitzt die Nut 31 eine
Form mit halbkreisförmigem
Querschnitt. Deswegen wird dann, wenn die Drosselklappe 18 in
der Voreinstellungsposition ist, die durch die mit durchgehender
Linie in 16 gezeigte
Drosselklappe 16de angegeben ist, ein Spalt δ1 zwischen
der ersten kugelförmigen
Ausnehmung 26C und der ersten äußeren Umfangskante 18A der
Drosselklappe 18 gebildet, während ein Spalt δ2, der größer als
der Spalt δ1 ist,
zwischen der zweiten kugelförmigen
Ausnehmung 27C und der zweiten äußeren Umfangskante 18B der
Drosselklappe 18 gebildet wird. Dadurch kann in der Voreinstellungsposition
eine ausreichende Öffnungsfläche sichergestellt
werden.
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Kennlinien dieser fünften Ausführungsform werden
nun unter Bezugnahme auf 11 beschrieben.
Eine Doppelpunkt-Strich-Linie F4 repräsentiert die Kennlinien dieser
fünften
Ausführungsform,
die in den 14 bis 16 gezeigt ist.
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In der fünften Ausführungsform, die durch die Doppelpunkt-Strich-Linie F4 repräsentiert
wird, beträgt
ein Winkel Θ41
der Drosselklappe in der Voreinstellungsposition z. B. 5°. Die Position
der minimalen Öffnungsfläche liegt
in einem Winkelbereich von Θ42 bis Θ43, z. B.
von 12° bis
17°. Ein
Winkel Θmax
der Drosselklappe in der vollständig
geöffneten
Position beträgt
z. B. 85°.
Ein gewöhnlicher
Steuerbereich THcont4 ist schmaler als die gewöhnlichen Steuerbereiche THcont2,
THcont3 in den dritten und vierten Ausführungsformen, die in den 9 bis 13 gezeigt sind, ist jedoch breiter als
der gewöhnliche
Steuerbereich THcontl in der ersten Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist.
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Beim Vergleichen mit der ersten Ausführungsform
von 1, die durch eine
durchgehende F1 repräsentiert
wird, besteht ein erster Unterscheidungspunkt darin, dass die Winkel Θ11, Θ41 der Drosselklappe
in der Voreinstellungsposition gleich sind, aber die Winkelbereiche
der Position der minimalen Öffnungsfläche zwischen Θ11 und Θ12 und zwischen Θ41 und Θ42 unterscheiden
sich voneinander. Im Einzelnen beträgt der Bereich von Θ11 bis Θ12 in der
ersten Ausführungsform,
die durch die durchgehende Linie F1 repräsentiert wird, 12°, während der
Bereich von Θ41
bis Θ42
in der dritten Ausführungsform,
die durch die Doppelpunkt-Strich-Linie F4 repräsentiert wird, 7° beträgt. Der
Grund besteht darin, dass die Öffnungsfläche abrupt
vergrößert werden
kann und eine ausreichende Durchflussmenge in der Voreinstellungsposition
sichergestellt werden kann, da die Nut 31 in einem Abschnitt
der zweiten kugelförmigen
Ausnehmung 27C ausgebildet ist. Folglich kann die Drosselklappe
schneller von der Position der minimalen Öffnungsfläche zur Voreinstellungsposition
bewegt werden. Als ein zweiter Unterscheidungspunkt kann der gewöhnliche
Steuerbereich THcont4 breiter eingestellt werden kann als der gewöhnliche
Steuerbereich THcont 1 in der ersten Ausführungsform,
die durch die durchgehende Linie F1 repräsentiert wird, und deswegen
kann die Auflösung
bei der Steuerung der Maschinendrehzahl in einem Fahrbereich eines
Fahrzeugs, das mit einer gewöhnlichen
Brennkraftmaschine ausgerüstet
ist, vergrößert werden.
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Wie oben beschrieben wurde, kann
bei der fünften
Ausführungsform,
zusätzlich
zu den Vorteilen, die bei der ersten Ausführungsform erreicht werden,
die Zeit, die für
das Bewegen der Drosselklappe in die Voreinstellungsposition benötigt wird,
verkürzt werden.
Außerdem
kann die Auflösung
bei der Steuerung der Maschinendrehzahl im Fahrbereich des Fahrzeugs
vergrößert werden.
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Wie oben beschrieben wurde, kann
die Drosselklappe gemäß der Erfindung
mit einem einfachen Mechanismus in der Voreinstellungsposition gehalten
werden, wenn keine Kräfte
zum Antreiben der Drosselklappe erzeugt werden, und die Drosselklappe
kann schnell von der Voreinstellungsposition zur vollständig geöffneten
Position bewegt werden.