DE3205160C2

DE3205160C2 - Drosselklappe für eine im Querschnitt kreisförmige Ansaugleitung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3205160C2
Application number: DE19823205160
Authority: DE
Inventors: Theo Dipl.-Ing. 7107 Bad Wimpfen Seufer
Original assignee: Audi NSU Auto Union AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1982-02-13
Filing date: 1982-02-13
Publication date: 1984-05-30
Also published as: DE3205160A1

Abstract

Die Drosselklappe für eine im Querschnitt kreisförmige Ansaugleitung einer Brennkraftmaschine wird von einer Kugelzone gebildet wodurch die Drosselklappe in eine derartige Schließstellung gebracht werden kann, aus der sie zunächst über einen größeren Bereich geschwenkt werden muß, bevor die Freigabe des Durchströmquerschnittes der Ansaugleitung beginnt. Der vor der eigentlichen Freigabe des Durchströmquerschnittes liegende Verstellweg der Drosselklappe kann somit für die Betätigung von Schaltelementen genutzt werden. Mit einer einseitigen Verjüngung der Drosselklappe wird außerdem eine progressive Öffnungscharakteristik und eine gute Dosierbarkeit des Durchströmquerschnittes im unteren Betriebsbereich der Brennkraftmaschine erreicht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drosselklappe für eine im Querschnitt kreisförmige Ansaugleitung einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Derartige Drosselklappen, die mit Schaltelementen gekoppelt sind, werden vielfach bei Brennkraftmaschinen angewendet, bei denen in bestimmten Laststellungen der Drosselklappe entsprechende Funktionen der Brennkraftmaschine zugeordnet sein sollen. Aus der DE-AS 15 26 748 ist es beispielsweise bekannt, auf diese Weise einen Leerlauf kanal je nach Stellung der Drosselklappe über ein Schaltelement gesteuert entweder freizugeben oder zu verschließen. Während dieses Schaltvorganges tritt bei dieser Ausführung allerdings an der Drosselklappe eine Querschnittveränderung ein, die für die Funktion der Brennkraftmaschine unerwünscht ist. Bei der Zusammenwirkung von Drosselklappe und Schaltelementen wird jedoch in den meisten Fällen verlangt, daß bei einer einleitenden Betätigung der Drosselklappe aus der Schließstellung heraus bereits ein Schaltvorgang des Schaltelementes stattfindet, bevor sich die Drosselklappe überhaupt in Richtung auf ihre Offenstellung hin bewegt hat und den Durchströmquerschnitt des Ansaugkanals wirksam freigibt. Diese Forderung setzt allerdings voraus, daß für diese langen Schaltwege empfindlich ansprechende Schaltelemente Verwendung finden. Abgesehen davon, daß derartige Schaltelemente teuer sind, ist bei dem im allgemeinen verhältnismäßig rauhen Betrieb von Brennkraftmaschinen die Funktion solcher Schaltelemente und somit die Wirksamkeit auf die Dauer nicht sichergestellt. Eine andere Möglichkeit, dieses Problem zu lösen, ist in der DE-OS 15 76 632 beschrieben, wonach zum Gestänge zunächst ein Schaltelement betätigt und nach einem Totgang des Gestänges über ein Bauteil mit Langloch

ίο die Drosselklappe geschwenkt wird. Der Nachteil dieser Ausführung liegt jedoch in den mechanischen Obertragungsteilen, die bei einem gewissen Spiel klappern oder bei geringem Spiel klemmen können — also störanfällig sind und die Funktion der Einrichtung beein- -.nichtigen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Drosselklappe der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Art zu schaffen, von de· in ihrer Schließstellung ein Schaltelement zuverlässig betätigbar ist

L?i- rvuigduc wiiu uuicij uic ivici luiiäic ucs ivcfinZci-

chens des Patentanspruches 1 gelöst.

Die vorgeschlagene Ausbildung und Anordnung der Drosselklappe macht es möglich, daß die Drosselklappe aufgrund ihrer Kugelzonenform aus ihrer Schließstellung heraus zunächst in einem größeren Bereich innerhalb der kreisförmigen Ansaugleitung geschwenkt werden kann, bevor die Freigabe des Querschnittes der Ansaugleitung beginnt. Dieser vor der eigentlichen Freigabe des Querschnittes liegende Verstellweg der Drosselklappe kann für die zuverlässige und stets sichere Betätigung eines einfachen Schaltelementes genutzt werden. Erst wenn dieser Verstellweg durchlaufen ist, erfolgt bei einem weiteren Schwenken der Drosselklappe eine zunehmende Freigabe des Querschnittes der Ansaugleitung, wobei im Gegensatz zu den bekannten Ausführungen als ein weiterer Vorteil ein größerer Regelbereich erzielbar ist.

Die Drosselklappe kann ferner Jcrart ausgebildet sein, daß die eine Hälfte der Drosselklappe, die in der Offenstellung stromaufwärts der Welle liegt, sich ausgehend von der Welle keilförmig verjüngt. Durch diese Ausführung ergibt sich an der Umfangsfläche der in der Offenstellung stromaufwärts gerichteten Hälfte der Drosselklappe eine geringere Dicke als auf der anderen Hälfte, so daß beim Anströmen der Drosselklappe in der Offenstellung ein günstiger Strömungswiderstand erreicht wird. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die in der Schließstellung der Drosselklappe stromaufwärts gerichteten Seitenflächen beider Hälften der Drosselklappe in einer Ebene liegen. Mit dieser Ausführung tritt die weitere Wirkung ein, daß bei einer Schwenkbewegung aus der Schließstellung heraus der Querschnitt der Ansaugleitung zunächst an der Hälfte mit der geringeren Dicke und erst danach an der anderen Hälfte freigegeben wird. Dadurch ergibt sich eine progressive Öffnungscharakteristik, die eine besonders gute Dosierbarkeit des Querschnittes der Ansaugleitung im unteren Betriebsbereich der Brennkraftmaschine ermöglicht.

Um aus der Schließstellung der Drosselklappe heraus bis zur Freigabe des Querschnittes der Ansaugleitung einen ausreichenden Verstellweg für die Betätigung von Schaltelementen zu erzielen, ist es zweckmäßig, daß die Mittelebene der Drosselklappe in der Schließstellung mit der Querebene einen Winkel von etwa 6° einschließt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im fol-

genden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch die Ansaugleitung einer Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Drosselklappe, und

F i g. 2 ein Diagramm, aus dem der Anstellwinkel der Drosselklappe zu dem dadurch geänderten freien Querschnitt in der Ansaugleitung hervorgeht.

tn Fig. 1 ist enf vereinfachte Weise die Ansaugleitung 1 einer Brennkraftmaschine teilweise dargestellt, die einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, in Richtung des Pfeiles A durchströmt wird und zur willkürlichen Veränderung ihres Durchströmquerschnittes zwischen einer Schließ- und Osfenstellung eine von einer Kugelzone gebildete Drosselklappe 2 enthält. Die Drosselklappe 2 ist auf einer Welle 3 befestigt, die quer zur Mittelachse 4 der Ansaugleitung 1 in der Wandung der Ansaugleitung 1 schwenkbar gelagert ist, wobei die Welle 3 über einen nicht näher gezeigten, an ihrem einen Ende befestigten Hebel mit Gestänge betätigt wird. Ein weiterer, auf dem anderen Ende dc-r Welle 3 befestigter Schalthebel 5 wirkt mit einem Schaltelement -6 zusammen.

Die Drosselklappe 2 ist mit dem Außendurchmesser ihrer Kugelzone derart in die Ansaugleitung 1 eingesetzt, daß zwischen ihrer kugelförmigen Umfangsfläche 7 und der Wandung 8 der Ansaugleitung 1 ein Spalt von etwa 0,02 mm gebildet wird. Dadurch ergibt sich für die Drosselklappe 2 innerhalb der Ansaugleitung 1 sowohl eine weitgehende Dichtheit in ihrer Schließstellung als auch eine freie, nach allen Seiten mögliche Verschwenkbarkeit. Die Drosselklappe 2 kann deshalb in der gezeigten Schließstellung derart in eine Richtung geneigt sein, aus der sie beim Verschwenken in die Offenstellung mit ihrer Mittelebene 9 durch eine in die Schwenkachse der Welle 3 gelegte senkrecht zur Mittelachse 4 der Ansaugleitung 1 verlaufende Querebene 10 hindurch bewegt wird. In der gezeigten Schließstellung befindet sich die Drosselklappe 2 somit in einer Lage, in der die Mittelebene 9 m"\ der Querebene 10 beispielsweise einen Winkel β von 6° einschließt. In dieser Lage wird die Drosselklappe 2 derart von der Querebene 10 durchdrungen, daß die Querebene 10 jeweils an der der Welle 3 entferntesten Stelle der Drosselklappe 2 einerseits nahe der Kante 11 zwischen der Umfangsfläche 7 und der stromabwärts befindlichen Seitenfläche 2a und andererseits nahe der diagonal von dieser Kante liegenden Kante 12 zwischen der Umfangsfläche 7 und der stromaufwärts befindlichen Seitenfläche 2b verläuft. Diese Schließstellung wird durch den mit einem nicht dargestellten Anschlag zusammenwirkenden Schalthebel 5 festgelegt.

Die eine Hälfte der Drosselklappe 2, die in der strichpunktiert angegebenen Offenstellung stromaufwärts der Welle 3 Hegt, weist ausgehend von der Welle 3 eine keilförmige Verjüngung auf, wobei die stromaufwärts befindliche Seitenfläche 2b in einer Ebene liegt und die Kante 13 zwischen der Umfangsfläche 7 und der von der Verjüngung gebildeten und stromabwärts liegenden Seitenfläche 2c an ihrer von der Welle 3 entfernten Stelle von der Mittelebene 9 geschnitten wird.

Wenn die Drosselklappe 2 um den Winkel β von etwa 6" in die strichpunktiert angegebene Stellung geschwenkt wird, in der die Mittelebene 9 auf der Querebene 10 liegt, wird auch der Hebel 5 in die strichpunktierte Stellung bewegt. Dieser sich dadurch ergebende Verstellweg des Schaltiichels 5 ist ausreichend, um das als Beispiel dargestellte Schaltelement 6 zuverlässig zu betätigen und eine beliebige, auf die Stellung der Drosselklappe 2 bezogene Schaltfunktion auszulösen, bevor die Freigabe des Durchströmquerschnittes der Ansaugleitung 1 beginnt. Bei einem Weiterschwenken der

Drosselklappe 2 entfernt sich die untere Kante 13 der Verjüngung von der Querebene 10, wodurch sich zunächst auf dieser Seite der Drosselklappe 2 eine sichelförmige Durchströmöffnung bildet, mit der die Freigabe des Durchströmquerschnittes einsetzt. Wenn mit zunehmender Freigabe des Durchströmquerschnittes an der Kante 13 bei weiterer Schwenkbewegung darauf die Kante 12 auf der gegenüberliegenden Seite der Drosselklappe 2 die Querebene 10 schneidet, wird auch an dieser Seite ein sichelförmiger Durchströmquerschnitt freigegeben. Der Durchströmquerschnitt der Ansaugleitung 1 ist schließlich vollständig freigegeben, wenn die Mittelebene 9 der Drosselklappe 2 im wesentlichen parallel zur Mittelachse 4 der Ansaugleitung 1 verläuft — wie dies strichpunktiert angedeutet ist. Von der Schließstellung bis zur Offenstellung wird die Drosselklappe 2 somit insgesamt über einen Winkel λ <j<\ beispielsweise 96° geschwenkt.

Aus dem in F i g. 2 gezeigten Diagramm ist die sich bei dem obigen Ausführungsbeispiel ergebende Öffnungscharakteristik der Drosselklappe 2 ersichtlich. Hierbei i.; auf der Abszisse D der Schwenkwinkel λ der Drosselklappe 2 und auf der Ordinate G der freie Querschnitt in mm² aufgetragen, während aus der Kurve Q der von der Drosselklappe 2 freigegebene Durchströmquerschnitt der Ansaugleitung 1 hervorgeht. Demnach erfolgt bei einer Betätigung der Drosselklappe 2 aus der Schließstellung S heraus zunächst keine zusätzliche Freigabe des Durchströmquerschnittes, wobei der anfänglich waagrecht verlaufende Abschnitt der Kurve Q dem Winkel β von 6° entspricht. Darauffolgend steigt die Kurve Q ganz allmählich an und geht schließlich in einem progressiv zunehmenden Verlauf steil nach oben und erreicht in der Offenstellung Vder Drosselklappe 2, die bei 96° liegt, ihren höchsten Wert. Aus dem Verlauf der Kurve Q kann entnommen werden, daß im unteren Betriebsbereich der Brennkraftmaschine, also im Schwenkbereich der Drosselklappe 2 von der Freigabe bis zu etwa 45° eine besonders gute Dosierbarkeit des Durchströmquerschnittes der Ansaugleitung » und somit des Gasdurchsatzes möglich ist. Das heißt, daß in etwa der Hälfte des Schv/enkwinkels λ der Drosselklappe 2 ein verhältnismäßig geringer Gasdurchsatz beherrschbar ist.

Die vorgeschlagene Drosselklappe 2 ist nicht nur auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann beispielsweise die Drosselklappe 2 im Querschnitt eine andere Form aufweisen, so z. B. die Form eines Trapezes haben oder eine größere Dicke. Ebenso kann ae: Anstellwinkel β vergrößert werden, wodurch sich ein längerer Verstellweg für die Betätigung eines Schaltelementes ergibt. Die Drosselklappe 2 kann aber auch von einer unsymmetrischen Kugelzone gebildet werden, d. h. daß die Mittelebene der Drosselklappe seitlich versetzt verläuft. Außerdem ist es möglich, daß

bo von dem Schalthebel 5 mehrere Schaltelemente beeinflußt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Drosselklappe für eine im Querschnitt kreisförmige Ansaugleitung einer Brennkraftmaschine, die zur willkürlichen Veränderung des Durchströmquerschnittes der Ansaugleitung zwischen einer Schließ- und Offenstellung auf einer quer zur Mittelachse der Ansaugleitung in der Wandung der Ansaugleitung gelagerten Welle befestigt ist und in der Schließstellung ihre Mittelebene mit einer durch ihre Schwenkachse gelegten, senkrecht zur Mittelachse der Ansaugleitung verlaufenden Querebene einen Winkel einschließt und in der Offenstellung ihre Mittelebene im wesentlichen parallel zur Mittelachse der Ansaugleitung verläuft, und die mit mindestens einem auf ihre Stellung ansprechenden Schaltelement in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselklappe (2) von einer Kugelzone gebildet und derart in der Ansaugleitung

(i) angeordnet iSi, daß Sich ihre nriHtcicucIie \z>) u6üTt Verschwenken der Drosselklappe (2) von der Schließstellung in die Offenstellung durch die Querebene (10) hindurchbewegt.

2. Drosselklappe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Hälfte der Drosselklappe (2), die in der Offenstellung stromaufwärts der Welle (3) liegt, sich ausgehend von der Welle (3) keilförmig verjüngt.

3. Drosselklappe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichne! daß die in der Schließstellung der Drosselklappe (2) stromaufwärts gerichteten Seitenflächen (2b) beider Hälften der Drosselklappe (2) in einer Ebene liegen.

4. Drosselklappe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelebene (9) der Drosselklappe (2) in der Schließstellung mit der Querebene (10) einen Winkel (ß) von etwa 6° einschließt.