DE4035176A1 - Vorrichtung zum dosierten einspeisen von verbrannten gasen in den brennraum einer verbrennungskraftmaschine - Google Patents
Vorrichtung zum dosierten einspeisen von verbrannten gasen in den brennraum einer verbrennungskraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbe
griff von Anspruch 1.
Eine solche Vorrichtung ist aus dem Handbuch "Autoelektrik,
Autoelektronik am Ottomotor" der Firma Bosch bekannt. Die
Drosselklappe und das Sperrventil sind dabei mit voneinander
unabhängig betätigbaren Antriebsmitteln versehen. Die
bekannte Vorrichtung ist hierdurch äußerst teuer herzustel
len. Sie zeichnet sich außerdem durch eine nur wenig
befriedigende Betriebssicherheit aus.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß
sich bei kostengünstigerer Herstellbarkeit eine wesentlich
verbesserte Betriebssicherheit ergibt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Vorrichtung
der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merk
malen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestal
tungen nehmen die Ansprüche 2 bis 16 Bezug.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es vorgesehen,
daß die Antriebsmittel des Sperrventils und der Drossel
klappe durch eine gemeinsame Betätigungseinrichtung nur
gemeinsam betätigbar sind. Die Vorrichtung läßt sich
hierdurch kostengünstig herstellen und montieren. Sie
zeichnet sich außerdem durch eine ausgezeichnete Betriebs
sicherheit aus, wobei sich überraschenderweise bereits
dann eine deutliche Verminderung von umweltbelastenden
Abgasemissionen ergibt, wenn auf eine ergänzende Verwen
dung von elektronischen Steuereinrichtungen verzichtet
wird. Eine Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
empfiehlt sich dadurch insbesondere bei der Ausstattung
von solchen Verbrennungskraftmaschinen, bei denen einer
kostengünstigen Verfügbarkeit der benötigten Teile größere
Aufmerksamkeit gewidmet wird.
Die Ausbildung der Vorrichtung hängt maßgeblich von der
Gestaltung des Antriebsmittels von Sperrventil und Dros
selklappe ab. Im Normalfall ist davon auszugehen, daß die
Drosselklappe unverdrehbar auf einer Betätigungswelle
festgelegt und durch eine Relativverdrehung der Betäti
gungswelle im gewünschten Maße verstellbar ist. Bei
Sperrventilen ist es demgegenüber eher gebräuchlich, durch
eine geradlinige Hin- und Herbewegung eines Stellgliedes
eine Veränderung des Durchflußquerschnittes zu erzielen.
Das gemeinsame Betätigen eines solchen Sperrventils und
einer solchen Drosselklappe erfordert daher die Verwendung
von Betätigungsmitteln, die geeignet sind, eine hin- und
hergehende Bewegung in eine Drehbewegung umzuwandeln.
Diesbezüglich ist eine Vielzahl mechanischer Hilfsmittel
bekannt.
Durch die Verwendung eines Spindeltriebs besteht die
Möglichkeit, das Stellglied des Ventils auf einer Bewe
gungsachse anzuordnen, die eine Verlängerung der Ro
tationsachse der Drosselklappenwelle bildet. Die Her
stellung ist besonders einfach und es ergibt sich der
weitere Vorteil, daß das Gehäuse des Ventils in unmittel
barer Nähe des Ansaugrohres angebracht werden kann und
gegebenenfalls als integrierter Bestandteil desselben.
Bei einer Ausführung, bei der die Betätigungseinrichtung
als Kurventrieb gestaltet ist, resultiert eine verein
fachte Möglichkeit, die Öffnungscharakteristika der
Drosselklappe einerseits und des Ventils andererseits in
der Weise aneinander anzupassen, daß sich ein optimiertes
Betriebsverhalten der jeweiligen Verbrennungskraftmaschine
ergibt. Zweckmäßigerweise wird eine solche Kurvenscheibe
austauschbar befestigt, was es ermöglicht, eine ansonsten
identisch gestaltete Vorrichtung durch einfachen Austausch
der Kurvenscheibe für Verbrennungskraftmaschinen unter
schiedlicher Größe brauchbar zu machen.
Die Betätigungseinrichtung kann einen Zahnstangentrieb
umfassen, was es gestattet, große räumliche Entfernungen
zwischen der Drosselklappenwelle und dem Stellglied des
Ventils zu überbrücken. Ein ähnlicher Vorteil resultiert
bei einer Ausführung, bei der die Betätigungseinrichtung
durch einen Pleueltrieb gebildet ist. Im letztgenannten
Falle sind die Herstellkosten vergleichsweise geringer, es
ist jedoch erforderlich, eine statische Vorlast, beispiels
weise durch eine Druckfeder, zu erzeugen, um unerwünschtes
Spiel zu unterdrücken.
Bei Verwendung von Ventilen, bei denen das Stellglied
durch eine Relativverdrehung betätigbar ist, besteht
demgegenüber die Möglichkeit, eine Schubstangenverbindung
zwischen der Drosselklappenwelle und der Welle des ent
sprechenden Stellgliedes des Ventiles vorzusehen. Dabei
besteht zugleich die Möglichkeit, in Abhängigkeit von den
radialen Abständen zwischen der jeweiligen Anlenkstelle
der Schubstange und der Drehachse des Stellgliedes die
Öffnungscharakteristika in gezielter Weise aneinander
anzupassen.
Bowdenzüge ermöglichen die Realisierung einer schwingungs
technischen Abkopplung des Ventils von der Drosselklappen
welle. Die Dauerhaltbarkeit wird hierdurch verbessert.
Eine Verwendung von Nockentrieben ist ebenfalls möglich.
Die Betätigungseinrichtung des Ventils kann einen Servoan
trieb umfassen, der auf der Grundlage einer elektrischen,
hydraulischen oder pneumatischen Kopplung durch die
Drosselklappe oder deren Antriebsmittel gesteuert ist. Die
Ansteuerungscharakteristik des Ventils läßt sich bei
solchen Ausführungen besonders einfach speziellen Erfor
dernissen des Anwendungsfalles anpassen.
Um während einer sehr langen Gebrauchsdauer der erfindungs
gemäßen Vorrichtung eine gleichbleibende Ansteuerungscha
rakteristik zu erhalten, hat es sich als vorteilhaft
bewährt, wenn das Sperrventil ein Schließglied aufweist,
das mit einem Ventilsitz in Eingriff bringbar ist, wobei
das Schließglied und/oder der Ventilsitz selbsthemmend auf
dem jeweils zugeordneten Antriebs- bzw. Haltemittel in
Bewegungsrichtung des Schließgliedes angeordnet sind, so
daß sich in der Offenstellung des Sperrventils stets ein
Übertrittsquerschnitt von übereinstimmender Größe ergibt.
Der Ventilsitz kann beispielsweise durch die Stirnseite
eines Rohres gebildet sein, welches sich achsparallel zur
Bewegungsrichtung des Schließgliedes erstreckt und das
mittels eines elastischen Dichtungselementes selbsthemmend
in einer umschließenden Bohrung aufgenommen ist. Auch beim
Auftreten von Anbackungserscheinungen im Bereich der
Stirnseite ergibt sich in diesem Falle unabhängig von der
Gebrauchsdauer stets ein übereinstimmender Öffnungsquer
schnitt. Eine entsprechende Befestigung ist selbstverständ
lich auch auf Seiten des Schließgliedes möglich. In diesem
Falle ist es lediglich erforderlich, das Schließglied als
solches unabhängig von seinem eigentlichen Antriebsmittel
auszubilden und an diesem entsprechend den vorstehenden
Darlegungen verschiebbar festzulegen.
Der Hilfsantrieb des Ventils kann ein Federelement umfas
sen, um einen Spielausgleich der zur Anwendung gelangenden
Betätigungsmittel zu bewirken. Zweckmäßigerweise ist die
Feder dabei als Druckfeder gestaltet und so angeordnet,
daß sie bei einer Entlastung eine Überführung des Stell
gliedes des Ventils in eine Geschlossenstellung bewirkt.
Es besteht auch die Möglichkeit, die Drosselklappe und das
Sperrventil durch eine elektrische Welle zu verbinden und
auf diese Weise gemeinsam betätigbar zu machen. Der in
diesem Falle zur Anwendung gelangende Hilfsantrieb kann
mindestens einen signalbetätigbaren Servo-Motor umfassen,
wobei der Servo-Motor signalleitend mit einem Betriebs
kenndaten der Verbrennungskraftmaschine bestimmenden
Steuergerät verbunden ist. Hierdurch läßt sich erreichen,
daß sich eine optimale Ansteuerung des Sperrventils auch
dann ergibt, wenn die tatsächlichen Betriebsdaten der
Verbrennungskraftmaschine in erheblichem Maße von den
normalen Gegebenheiten abweichen, was beispielsweise bei
einer Betriebsstörung der Fall sein kann.
Der Hilfsantrieb kann einen Elektromagneten umfassen. Er
läßt sich in einem solchen Falle kostengünstig erhalten
und besonders einfach ansteuern.
Die Antriebseinrichtung des Sperrventils kann mit einer
Einrichtung zum relativ verzögerten Öffnen und zum dros
selklappensynchronen Schließen versehen sein. Eine solche
Einrichtung kann beispielsweise durch einen unsymmetri
schen Strömungsmitteldämpfer gebildet sein. Entsprechende
Strömungsmitteldämpfer sind an sich bekannt. Sie gelangen
beispielsweise im Bereich der Radfederung von Kraftfahr
zeugen zur Anwendung.
Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend anhand der
als Anlage beigefügten Skizze weiter verdeutlicht:
Die Skizze zeigt in schematischer Darstellung eine Vor
richtung zum dosierten Einleiten von Verbrennungsgasen in
den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine 22 mit einem
Ansaugrohr 6, in dem eine Drosselklappe 3 angeordnet ist
und einem Abgasrohr 23, wobei das Ansaugrohr 6 und das
Abgasrohr 23 durch eine Leitung 20 mit einem darin enthal
tenen Sperrventil 1 verbunden sind und wobei dem Sperrven
til 1 und der Drosselklappe 3 Antriebsmittel zur Überfüh
rung in eine Offenstellung zugeordnet sind. In dem Ansaug
rohr 6 ist eine Drosselklappe 3 angeordnet, welche unver
drehbar an dem Außenumfang einer Drosselklappenwelle 14
festgelegt ist. Die Drosselklappenwelle 14 ist außerhalb
des Ansaugrohres 6 mit einem Zahnkranz versehen, der mit
einer Zahnstange 16 in Eingriff steht. Diese ist durch ein
Gestänge 12 mit dem Fahrpedal 24 verbunden und in eine
hin- und hergehende Relativbewegung versetzbar, wobei sich
eine Relativverdrehung der Drosselklappenwelle 14 ergibt
und damit zugleich eine Veränderung der Zuordnung der
Drosselklappe zu der sie umschließenden Wandung des
Ansaugrohres 6. Das je Zeiteinheit durch das Ansaugrohr 6
durchsetzbare Gasvolumen läßt sich hierdurch nach Bedarf
verändern.
An der Zahnstange 16 ist eine Kurvenscheibe 17 befestigt.
Diese ist mit einer Kurvenbahn 13 versehen, welche mit
einer Rolle 25 des Stellgliedes 15 des Sperrventiles 1 im
Eingriff steht. Die Andrückung der Rolle 25 an die Kurven
bahn 13 bewirkt eine Andrückfeder 10, welche einerseits
auf einem in radialer Richtung nach außen vorspringenden
Ansatz des Stellgliedes 15 abgestützt ist und andererseits
auf einem Bestandteil des Gehäuses 11 des Sperrventils 1.
Das Schließglied 29 des Sperrventils 1 wird hierdurch bei
einer Relativverschiebung des Stellgestänges 12 nach links
selbsttätig in eine Offenstellung überführt. In Abhängig
keit von der Gestalt der Kurvenbahn 13 gelangt es hierbei
definiert in eine Offenstellung, wodurch je Zeiteinheit
eine Abgasmenge definierter Größe aus dem Abgasrohr 23 in
das Ansaugrohr 6 überführt wird. In Abhängigkeit von der
Ausbildung der Kurvenbahn 13 lassen sich die diesbezüg
lichen Gegebenheiten den Erfordernissen des speziellen
Anwendungsfalles angleichen. Das Verhältnis des der
Verbrennungskraftmaschine 22 je Zeiteinheit durch das
Ansaugrohr 6 zugeführten Gemisches aus Frisch- und Abgasen
läßt sich hierdurch im erforderlichen Maße verändern.
Um im langfristigen Gebrauch eine unveränderliche Öffnungs
charakteristik des Sperrventils 1 zu erreichen ist es bei
dem gezeigten Ausführungsbeispiel vorgesehen, das zugehörige
Schließglied 29 und den zugehörigen Ventilsitz 28 in
Öffnungsrichtung selbsthemmend, jedoch verschiebbar auf
den zugehörigen Tragteilen abzustützen. Hierzu ist das
Schließglied 29 mittels elastisch verformter Dichtringe 26
aus wärmebeständigem Werkstoff auf einem sich parallel zur
Öffnungsrichtung erstreckenden, säulenförmigen Abschnitt
des Stellgliedes 15 abgestützt und der durch die Stirnseite
eines Rohres gebildete Ventilsitz 28 in gleicher Weise
mittels zweier elastischer Dichtringe 27 in einer sich
parallel zur Öffnungsrichtung erstreckenden Bohrung des
Gehäuses 11. In Abhängigkeit vom Umfang der sich bei länge
rer Dauer der Benutzung ergebenden Anbackungen im Bereich
der miteinander in Eingriff bringbaren Flächen des Schließ
gliedes 29 und des Ventilsitzes 28 resultiert ein entspre
chend große Relativverschiebung beider Teile in der
Schließstellung, wodurch sich bei der anschließenden
Betätigung eine völlig unveränderte Öffnungscharakteristik
ergibt. Ein entsprechender Effekt läßt sich ebenfalls
erreichen, wenn nur eines der beiden Teile relativ ver
schiebbar abgestützt ist.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Hilfsantrieb
4 für das Sperrventil 1 vorgesehen. Dieser besteht aus
einem auf der Zahnstange 16 abgestützten Elektromagneten,
der mit der Kurvenscheibe 17 verbunden ist und es ermög
licht, diese in Abhängigkeit von besonderen Gegebenheiten
parallel zur Längsrichtung der Zahnstange 16 zu verschieben
und auf diese Weise die Öffnungcharakteristik des Sperrven
tils 1 in bezug auf die Drosselklappe 3 zu verändern und
besonderen Gegebenheiten anzupassen. Für die Erzielung
eines optimalen Betriebsverhaltens ist diese Möglichkeit
von großem Vorteil. Sie ist gegebenenfalls verzichtbar und
die Kurvenscheibe in diesem Falle in starrer Weise an der
Zahnstange 16 befestigt.
Claims (16)
1. Vorrichtung zum dosierten Einspeisen von verbrannten
Gasen in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine
mit einem Ansaugrohr, in dem eine Drosselklappe
angeordnet ist und einem Abgasrohr, wobei das Ansaug
rohr und das Abgasrohr durch eine Leitung mit einem
darin enthaltenen Sperrventil verbunden sind und
wobei dem Sperrventil und der Drosselklappe Antriebs
mittel zur Überführung in eine Offenstellung zugeordnet
sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel
(4) des Sperrventils (1) und der Drosselklappe (3)
durch eine gemeinsame Betätigungseinrichtung gemeinsam
betätigbar sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Betätigungseinrichtung einen Spindeltrieb
umfaßt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Betätigungseinrichtung einen Kurventrieb
umfaßt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Betätigungseinrichtung einen Zahnstangentrieb
umfaßt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Betätigungseinrichtung einen Pleueltrieb
umfaßt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Betätigungseinrichtung eine Schubstangenver
bindung umfaßt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Betätigungseinrichtung einen Bowdenzug
umfaßt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Betätigungseinrichtung einen Nockenantrieb
umfaßt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeich
net, daß die Betätigungseinrichtung einen Hilfsantrieb
(4) für das Sperrventil (1) umfaßt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß das Sperrventil (1) ein Schließglied (29) aufweist,
das mit einem Ventilsitz (28) in Eingriff bringbar
ist und daß das Schließglied (29) und/oder der
Ventilsitz (28) selbsthemmend auf den jeweils zugeord
neten Tragteilen in Bewegungsrichtung des Schließglie
des (29) angeordnet sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der Hilfsantrieb (4) ein Federelement (10)
aufweist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der Hilfsantrieb (4) einen signalbetätigbaren
Servo-Motor umfaßt und daß der Servo-Motor signallei
tend mit einem Betriebskenndaten der Verbrennungs
kraftmaschine bestimmenden Steuergerät verbunden ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß der Hilfsantrieb (4) einen Elektromagneten
umfaßt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß das Steuergerät mit Sensoren zur kontinuierlichen
Erfassung von Kenndaten des Verbrennungsmotors
versehen ist sowie mit einer Abgleicheinrichtung zur
Optimierung des Signals in Abhängigkeit von dem
jeweiligen Wert der Kenndaten.
15. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Antriebseinrichtung des Sperrventils
(1) mit einer Einrichtung zum relativ verzögerten
Öffnen und zum bewegungssynchronen Schließen der
Drosselklappe (3) versehen ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung durch einen unsymmetrischen Strö
mungsmitteldämpfer gebildet ist.
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