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"Luftmengenmeßeinrichtung" Die Erfindung bezieht sich auf eine Luftmengenmeßeinrichtung
für Brennkraftmaschinen mit einer Kraftstoffmengendosierung in Abhängigkeit vom
Luftdurchsatz durch die Ansaugleitung, in der ein klappenartiges Stauorgan der Luftmengenmeßeinrichtung
exzentrisch um eine Drehwelle schwenkbar gelagert ist, dessen Gleichgewichtslage
von der Relation der darauf ausgeübten Druckdifferenz sowie Rückstellkraft abhängt
und ein Maß für den LuStdurchsatz bzw. die Kraftstoffdosierung ist.
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Der Kraftstoffdosierung in Abhängigkeit vom Luftdurchsatz durch die
Ansaugleitung dienende Stauorgane sind in verschiedenen Formen bekannt und werden
im allgemeinen als Dreh- bzw0 Stauklappe ausgebildet. Ein solches Drosselorgan sitzt
üblicherweise in der Ansaugleitung stromaufwärts von einer willkürlich betätigbaren
Drosselklappe und dient als Antriebsteil der Kraftstoffdosierung. Der zwischen der
Dreh- oder Stauklappe und der verstellbaren Drosselklappe herrschende Unterdruck
wirkt ständig gegen die Einwirkung von Rückstellkräften, beispielsweise von Federn,
im Sinne einer Öffnung des Stauorgans auf dieses ein, Die Rückstellkräfte werden
im allgemeinen so eingestellt,
daß der Unterdruck praktisch konstant
bleibt, Je größer die pro Zeiteinheit durch die Ansaugleitung geführte Luftmenge
ist, desto weiter öffnet sich das Drosselorgan, dessen Drehstellung somit ein Maß
für den Luftdurchsatz ist und unmittelbar für die Kraftstoffdosierung verwertet
werden kann.
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Nach dem DBP 1 191 177 ist das als Drehklappe ausgebildete Stauorgan
an einer exzentrischen Achse so angebracht, daß sich die Klappe unter der Einwirkung
des herrschenden Unterdrucks bzw. der Druckdifferenz zu öffnen sucht, Je nach der
Öffnungsstellung der Drehklappe steht ein mehr oder weniger großer Durchströmbereich
zur Verfügung, und die Rückstellung der Drehklappe erfolgt in einem Fall über ein
ein Drehmoment ausübendes Gegengewicht und im anderen Fall über eine Rückstellfeder0
An sich würde ein Öffnen der Drehklappe die herrschende Druckdifferenz zu senken
suchen, was jedoch durch das Gegengewicht bzw. die Rückstellfeder vermieden wird,
da sich zwischen der Rückstellkraft und der Öffnungskraft eine Gleichgewichtsstellung
bei bestimmtem Öffnungswinkel ergibt, Jede Drehstellung der Drehklappe entspricht
somit einer genauen Luftmenge .
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Die bekannten Dreh- bzw. Stau- oder Luftklappen für eine Luftmengenmessung
sind eben ausgebildet und geben über ihren Schwenkbereich mit zunehmender Klappendrehung
einen größeren Durchströmquerschnitt zwischen dem Rand der ebenen Klappe und den
gegenüberliegenden Leitungsbegrenzungen frei. Die wirksame Querschnittsverengung
liegt somit stets im Randbereich der ebenen Klappe und verlagert sich mit diesem
in Durchströmrichtung in Abhängigkeit vom Drehwinkel. Hierbei
entstehen
undefinierte Strömungen sowie stark variable Luftstromumlenkungen und bei einer
bestimmten Rückstellung eine feste, unveränderbare Abhängigkeit zwischen Drehwinkel
und Luftdurchsatz. Andere Abhängigkeiten lassen sich bei den übrigen gleichen Nachteilen
praktisch nur dadurch erzielen, daß aufwendige und gegebenenfalls nichtlineare Rückstelleinrichtungen
verwendet werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine
Luftmengenmeßeinrichtung der genannten Art mit einem klappenartigen, sohwenkbaren
Stauorgan so zu verbessern, daß unter Vermeidung der geschilderten Nachteile mit
einfachen Mitteln eine leichtere und schnellere Anpaßbarkeit an verschiedene Betriebserfordernisse
bzw. -abhängigkeiten zwischen dem Luftdurchsatz und dem Drehwinkel bzw0 der Kraftstoffdosierung
erzielbar ist. Außerdem soll sich eine in größerem Maße definierte Strömung mit
dem Ergebnis einer verbesserten Reproduzierbarkeit einstellen.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird bei einer Luftmengenmeße inrichtung
der genannten Art vorgeschlagen, daß das Stauorgan als Kurvenklappe mit in bezug
auf die Drehwelle in Umfangsrichtung kurvenförmig veränderlichen Radialabmessungen
ausgebildet ist. Im Gegensatz zur bekannten ebenen Dreh- bzw. Stauklappe ermöglicht
die erfindungsgemäße Kurvenklappe unabhängig von der Wahl der Rückstellmittel eine
Einstellung des Funktionszusammenhangs zwischen Drehwinkel und Luftdurchsatz, da
in Abhängigkeit vom Drehwinkel stets unterschiedliche Umfangsbereiche der Kurvenklappe
mit ungleichen Radialabmessungen zur Beeinflussung des wirksamen Durchströmquerschnittes
herangezogen werden. Je nach
der Kurvenform des Stauorgans lassen
sich in Durchströmrichtung festliegende Querschnittsverengungen variabler Größe
erzielen, wodurch sich gegenüber einer ebenen Drehplatte eine wesentliche definiertere
Strömung ergibt. Das gilt auch unter Berücksichtigung der Kurvenform als solcher,
da die Luftstromumlenkung durch die Querschnittsverengung wesentlich gezielter und
gleichmäßiger erfolgen kann0 Abgesehen von den günstigeren Strömungsverhältnissen
ermöglicht die erfindungsgemäße Luftmengenmeßeinrichtung somit eine bessere, vielseitigere
und entsprechend anpaßbare Regelung der Kraftstoffdosierung, indem die bekannte
Drehklappe durch eine Kurvenklappe geeigneter Formgebung ersetzt wird0 Damit bei
zunehmender Verdrehung der Kurvenklappe stets größere Durchströmquerschnitte freigegeben
werden, nehmen die Radialabmessungen des Stauorgans entgegen der Öffnungsrichtung
ab. Wenn diese Abnahme kontinuierlich erfolgt, ergeben sich besonders günstige,
definierte sowie wirbelfreie Strömungsverhältnisse selbst bei großen Luftdurchsätzen.
Sofern es aus strömungstechnischen Gegebenheiten oder Herstellungsgründen erwünscht
ist, kann die Abnahme der Radialabmessungen auch stufenförmig erfolgen0 Insbesondere
lassen sich derartige Kurvenklappen im allgemeinen einfacher herstellen, da sie
nur ebene Bearbeitungsoberflächen haben, Eine besonders einfache Kurvenklappe ergibt
sich bei Verwendung von unter Winkelabstand angeordneten ebenen Klappenteilen unterschiedlicher
Radialabme ssungen, die radial zur Drehwelle verlaufen und an einem auf der Drehwelle
drehbaren Trägerglied sitzen können.
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Die Umhüllende der sternförmig angebrachten ebenen Klappenteile ergibt
wiederum eine Kurve, deren Form der erwünschten Abhängigkeit zwischen dem Drehwinkel
und dem Luftdurchsatz anzupassen ist. Je nach dem Winkelabstand bzw, der Anzahl
der ebenen Klappenteile läßt sich eine mehr oder weniger starke Anpassung an die
erwünschte bzw. eine durchgehende Kurve erzielen, und zwar mit sehr einfachen sowie
gewichtssparenden Maßnahmen, Bei einer praktischen Ausführungsform sitzt das Stauorgan
in einem in die Saugleitung einsetzbaren Leitungszwischenglied, das zur Erzielung
eines großen Regelbereiches stromauf und/oder stromab von der Drehwelle an deren
Leitungsseite Ausbuchtungen für das Stauorgan aufweisen kann0 Hierdurch können auch
ohne wesentliche Vergrößerung der Gesamtabmessungen die extremen Drehstellungen
der Kurvenklappe voll ausgenutzt werden, indem der jeweils gegenüberliegende Klappenbereich
in die zugehörige Ausbuchtung eingreift.
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Auch lassen sich bei entsprechend flachen Kurvenformen bzw. in Umfangsrichtung
geringfügig abnehmenden Radialabmessungen gegenüber einer einzigen ebenen Drehklappe
wesentlich größere Drehwinkel und somit Verstellwege für die Beeinflussung der Kraftstoffdosierung
erzielen.
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Das Rückstellvermögen des Steuerorgans kann von seiner Massenverteilung
in bezug auf die Drehwelle und/ oder von einer äußeren Krafteinwirkung bestimmt
werden. Während bei der ersten Alternative jegliche zusätzliche Rückstellglieder
entfallen können, bezieht sich die zweite Alternative auf gesonderte Rückstellorgane,
wie Federn od.dglO Beide Maßnahmen haben
Vorteile und können gegebenenfalls
auch gleichzeitig angewendet werden. Unter Berücksichtigung dieser Maßnahmen wird
zweckmäßigerweise die Kurvenform des Steuerorgans an den erwünschten Klappendrehwinkelverlauf
in Abhängigkeit vom Luftdurchsatz angepaßt. Eine große Vielseitigkeit und Anpaßbarkeit
läßt sich erreichen, wenn das Stauorgan austauschbar ist0 Hierdurch läßt sich die
Luftmengenmeßeinrichtung mit Stauorganen verschiedener Kurvenform kombinieren.
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Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, daß die Radialabmessungen
des Stauorgans zumindest teilweise variabel sind, was insbesondere im Fall der Ausbildung
mit mehreren ebenen Klappenteilen gilt, die gegebenenfalls teleskopartig verlängerbar
oder radial verschiebbar sind. Hierdurch läßt sich ein bestimmtes Stauorgan mit
wenigen Handgriffen zu verschiedenartigen Kurvenklappen umgestalten.
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Durch den großen Regelbereich kann es vorkommen, daß insbesondere
bei größeren Öffnungsstellungen nur kleine Stellkräfte des Stauorgans für die Kraftstoffdow
sierung zur Verfügung stehen, Insbesondere in diesem Fall ist es zweckmäßig, wenn
die Stellkraft pneumatisch verstärkt wird, was durch Ausnutzung der Drücke vor und
hinter dem Stauorgan erfolgen kann. Selbstverständlich sind auch andere Verstärkungsmaßnahmen
oder gar berührungsfrei arbeitende Glieder zur Erzeugung der Stellkraft in Abhängigkeit
vom Drehwinkel, beispielsweise elektrischer oder optischer Natur, denkbar.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele
näher erläutert, In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Luftmengenmeßeinrichtung
nach der vorliegenden Erfindung, deren Kurvenklappe in Umfangsrichtung in bezug
auf eine Drehwelle kontinuierlich abnehmende Radialabmessungen aufweist; Figo 2
eine Luftmengenmeßeinrichtung mit stufenförmig abgesetzten Radialabmessungen der
Kurvenklappe; und Fig, 3 eine Luftmengenmeßeinrichtung, deren Kurvenklappe am Umfang
radial unterschiedlich weit vorstehende ebene Klappenteile zur Bildung einer Kurvenform
aufweist, Gemäß Fig. 1 ist in eine Ansaugleitung 10, 12 ein Leitungszwischenstück
14 einer Luftmengenmeßeinrichtung mittels Schrauben 16 eingesetzt. Im Zwischenstück
14 befindet sich eine quer zu seiner Längsachse und exzentrisch angebrachte Welle
18, die drehbar von einer Lagerhülse 20 eines Stauorgans in Form einer Kurvenklappe
22 umfaßt wird0 Die Kurvenklappe ist unter dem Einfluß der sich stromaufwärts und
stromabwärts einstellenden Drücke bzw0 des sich hieraus ergebenden Druckunterschiedes
um die Drehwelle 18 in Pfeilrichtung verdrehbar0 Die Größe des sich gegenüber der
dargestellten Schließstellung ergebenden Drehwinkels hängt bei vorgegebener Rückstellkraft
durch die Massenverteilung der Kurvenklappe 22 in bezug auf die Drehwelle 18 oder
durch äußere Krafteinwirkung vom LuStdurchsatz in Pfeilrichtung ab. Der Drehwinkel
der Kurvenklappe 22 ist somit ein Maß für den Luftdurchsatz und die einzustellende
Kraftstoffdosierung, die über nicht dargestellte mechanische, elektrische, optische
od.dglç Verbindungen in Abhängigkeit vom Drehwinkel vorgenommen wird.
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Eine Umfangskurve 24 der Kurvenklappe 22 erstreckt sich entsprechend
Fig0 1 um etwa ein Viertel der Lagerhülse 20 und verläuft kontinuierlich, d.h. der
Abstand ihrer Kurvenpunkte von der Drehwelle 18 nimmt, im vorliegenden Fall entgegen
der Öffnungsrichtung der Kurvenklappe 22, kontinuierlich ab. In den Extremstellungen
der Kurvenklappe 22 greifen die Endbereiche in seitliche Ausbuchtungen 36bzw 0 38
des Leitungszwischengliedes 14 ein, so daß sich ein großer Regelbereich erzielen
läßt. Verschiedene Drehstellungen der Kurvenklappe 22 sind durch gestrichelte und
strichpunktierte Linien angedeutet. Es ist ersichtlich, daß die wirksame Querschnittsverengung
gegenüber einer ebenen Drehklappe in Strömungsrichtung weitgehend festliegt, da
in Abhängigkeit vom Drehwinkel stets unterschiedliche Umfangsbereiche der Kurvenklappe
22 zur Querschnittsverengung herangezogen werden0 Je nach der Kurvenform läßt sich
die Abhängigkeit zwischen Drehwinkel und Luftdurchsatz den erwünschten Betriebserfordernissen
anpassen und auch über einen großen Regelbereich einhalten. Im übrigen erfolgt durch
die Kurvenklappe 22 eine definierte Luftströmung ohne Wirbelbildung mit dem Ergebnis
einwandfrei reproduzierbarer Verhältnisse0 In Fig. 2 sind wie auch in Fig. 3 alle
Fig. 1 entsprechenden Teile mit denselben Bezugs ziffern versehen.
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Im Unterschied zur Kurvenklappe 22 aus Fig0 1 weist die Kurvenklappe
26 gemäß Fig0 2 eine stufenförmig abgesetzte Außenkante 28 auf, die aus nur ebenen
Begrenzungsflächen besteht und somit beispielsweise durch Fräsen leicht herstellbar
ist0 Aus den verschiedenen gestrichelt sowie strichpunktiert dargestellten End-
und Zwischenstellungen der Kurvenklappe 26 ergibt
sich, daß diese
ähnlich wie die Kurvenklappe 22 gemäß Fig. 1 arbeitet. Eine weitergehende Anpassung
an einen kontinuierlichen Kurvenverlauf, der keineswegs unbedingt erforderlich ist,
läßt sich durch eine ErhOhung der Stufenanzahl der Umfangskurve 24 erzielen.
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Andererseits sind Fälle denkbar, bei denen derartige Stufen für ein
bestimmtes Betriebsverhalten, beispielsweise mit Schwellwerteigenschaften, erwünscht
sind, so daß ein kontinuierlicher oder weitgehend kontinuierlicher Kurvenverlauf
nicht möglich ist0 Alle diese Grenz- oder Zwischenfälle lassen sich mit einer derartigen
Stufenkurve erreichen, Bei der Ausführungsform gemäß Fig, 3 ist die die Drehwelle
18 umgebende Lagerhülse 20 mit einem Trägerglied 30 verbunden, das seinerseits am
Umfang unter Winkelabstand angeordnete sowie radial verlaufende ebene Klappenteile
32 trägt. Diese weisen eine unterschiedliche Radiallänge auf, so daß ihre Enden
34 einzelne Kurvenpunkte einer durch die Anzahl der ebenen Klappenteile 32 gebildeten
Kurve darstellen. Während der erwünschte Kurvenverlauf durch Einstellung der Radialsprünge
sowie der Anzahl und des Winkelabstandes der ebenen Klappenteile 32 erzielbar ist,
kann eine Annäherung an eine kontinuierliche Kurve durch eine Verkleinerung des
Winkelabstandes der Klappenteile bzw0 durch eine Vergrößerung der Anzahl derselben
erfolgen. Auch bei dieser Ausführungsform ergeben sich somit zahlreiche Variationsmöglichkeiten,
und zwar in sehr einfacher und materialsparender Weise, da lediglich ebene, dünne
Klappenteile unter gegenseitigem Abstand zu einer Kurvenklappe vereint werden.
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Obwohl es nicht näher dargestellt ist, sollten die in Fig. 1 bis 3
dargestellten Kurvenklappen austauschbar sein, damit unter Verwendung desselben
Leitungszwischengliedes 14 sowie anderer Komponenten eine wahlweise Anpassung des
Betriebsverhaltens der Luftmengenmeßeinrichtung durch entsprechende Kurvenwahl erfolgen
kann. Noch günstiger ist es jedoch, wenn die Radialabmessungen der Kurvenklappe
zumindest teilweise variabel sind, damit eine Anpassung desselben Stauorgans an
unterschiedliche Betriebserfordernisse möglich ist. Dies kann beispielsweise bei
der Ausführungsform gemäß Fig. 3 durch in verschiedenen Radiallagen festlegbare
ebene Klappenteile 32 erzielt werden, deren Enden 34 somit Kurvenpunkte verschiedenartiger
Umfangskurven einnehmen können0 Auch lassen sich die Ausführungsformen aus Fig.
1 oder 2 entsprechend verändern, indem beispielsweise an ein oder mehreren Umfangsstellen
normalerweise versenkte und im Bedarfsfall herausziehbare Klappenteile angebracht
werden0