DE4213114A1 - Versorgungsvorrichtung fuer einen motor mit interner verbrennung fuer die zufuhr von luft oder einem luft/kraftstoffgemisch - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Versorgungsvorrich­ tung für einen Motor mit interner Verbrennung für die Zufuhr von Luft oder einem Luft/Kraftstoffgemisch, insbesondere für den Einsatz in Fahrzeugen.

Die Vorrichtung zur Versorgung eines Motors mit interner Ver­ brennung mit Luft oder einem Luft/Kraftstoffgemisch weist im wesentlichen einen zylindrischen Versorgungskanal auf, in dem sich ein an einer Antriebswelle befestigter und von dieser gesteuerter, klappenförmiger Drosselschieber zur Regulierung der Luft- oder Luft/Kraftstoffgemischversorgung des Motors mit interner Verbrennung durch den Versorgungskanal befindet.

Der Drosselschieber ist baryzentrisch an der Welle befestigt, d. h. so, daß die Achse der Welle in der die Drosselklappe in zwei symmetrische Abschnitte teilenden Ebene liegt. Die Welle selbst weist Rückstellfedern außerhalb des Versorgungskanals auf, um eine vorbestimmte Leerlaufstellung des Drosselschie­ bers aufrechtzuerhalten.

Die Welle wird über Hebel und Seile von einem Gaspedal ge­ steuert, welches Rückstellfedern aufweist, um das Gaspedal in die Leerlaufstellung zurückzustellen.

Beim Betrieb sind die einzigen auf den Drehschieber ausgeüb­ ten äußeren Kräfte (Druck und Drehmoment) die Kräfte, die vom Hebel- und Seilantrieb über die tragende Welle auf den Dreh­ schieber übertragen werden, und die Kräfte, die durch die Rückstellfedern auf das Gaspedal und die Welle ausgeübt wer­ den. Infolge der baryzentrischen Lage der Welle in bezug auf die Drosselklappe ist das von der Differenz im Fluiddruck im Versorgungskanal strömungsaufwärts und strömungsabwärts auf den Drosselschieber ausgeübte Moment völlig wirkungslos.

Eine Vorrichtung eines Motors mit interner Verbrennung mit Luft oder einem Luft/Kraftstoffgemisch in der oben beschrie­ benen Ausführung weist eine Anzahl von Nachteilen auf.

Wenn das Fahrzeug mit konstanter Geschwindigkeit betrieben wird, ist der relativ geringe, von den Rückstellfedern auf das Gaspedal ausgeübte Rückstelldruck nicht ausreichend zur Abstützung des auf dem Gaspedal ruhenden Fahrerfußes, was zu einer Ermüdung des Fahrers führt, der ständig den auf das Gaspedal ausgeübten Druck zurücknehmen muß.

Wenn das Fahrzeug schnell, insbesondere aus niedriger Ge­ schwindigkeit heraus, beschleunigt wird, wächst der durch die Rückstellfedern auf das Gaspedal ausgeübte Rückstelldruck ständig, was die Beschleunigung vermindert und den Eindruck eines dürftigen Durchzugverhaltens des Fahrzeugs vermittelt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Versorgungsvorrichtung für einen Motor mit interner Verbrennung für die Zufuhr von Luft oder einem Kraftstoff/Luftgemisch, insbesondere für den Einsatz in Fahrzeugen, zur Verfügung zu stellen, die bei Be­ trieb mit konstanter Geschwindigkeit für ein ausreichendes Abstützen des Fahrerfußes auf dem Gaspedal sorgt und so Ermü­ dungen verhindert und die beim Beschleunigen, insbesondere aus niedriger Geschwindigkeit heraus, für eine sofortige Ver­ ringerung des Rückstelldrucks auf das Gaspedal sorgt, so eine schnelle Steuerung des Gaspedals ermöglicht und dadurch dem Fahrer ein positives Gefühl vom effektiven Durchzugsverhalten und der Beschleunigung des Fahrzeugs gibt.

Durch die Erfindung wird eine Versorgungsvorrichtung für ei­ nen Motor mit interner Verbrennung mit Luft oder Luft/Kraft­ stoffgemisch geschaffen, die im wesentlichen einen Luft- oder Luft/Kraftstoffgemisch-Kanal aufweist, der von einem durch ein Gaspedal über einen Antrieb betätigten Drosselschieber reguliert wird, wobei der Drosselschieber eine von einer Wel­ le getragene Drehflügelklappe aufweist, die um eine senkrecht zur Längsachse des Kanals stehende Achse schwenkbeweglich ist, wobei ein vom Motor mit interner Verbrennung erzeugtes Vakuum im Kanalabschnitt strömungsabwärts vom Drosselschieber wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Achse der Welle in einem vorbestimmten Abstand von der Längsachse des Kanals befindet, so daß die drehbewegliche Welle durch den Luftdruck auf den Oberflächen der Drehflügelklappe einem Drehmoment ausgesetzt ist, wodurch die Drehflügelklappe geschlossen wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung einer Ausführungsform und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch den Drossel­ schieber in einer Versorgungsvorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein Diagramm des vom Vakuum strömungsabwärts vom Drosselschieber erzeugten Drehmoments als Funktion des Drosselschieberöffnungswinkels und für ver­ schiedene Werte des den Drosselschieber charakte­ risierenden Geometrieparameters (Exzentrizität);

Fig. 3 ein Diagramm des vom Vakuum erzeugten Drehmoments als Funktion des Drehschieberöffnungswinkels und für verschiedene konstante Motorgeschwindigkeiten;

Fig. 4 ein Diagramm des Gesamtdrehmoments auf den Dros­ selschieber als Funktion des Öffnungswinkels bei konstanter Motorgeschwindigkeit;

Fig. 5 ein Diagramm des Gesamtdrehmoments auf den Dros­ selschieber als Funktion des Öffnungswinkels und für verschiedene konstante Motorgeschwindigkeiten.

Eine Vorrichtung 1 zur Versorgung eines Motors mit interner Verbrennung mit Luft oder einem Luft/Kraftstoffgemisch, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, umfaßt einen im wesentlichen zy­ lindrischen Versorgungskanal 2 und einen im Versorgungskanal 2 schwenkbeweglichen, im wesentlichen klappenförmigen Dros­ selschieber 3.

Der Versorgungskanal 2 ist passend in einem Rohr 5 ausgebil­ det und steht normalerweise mit einem im wesentlich bekannten Luft- oder Luft/Kraftstoffgemisch-Krümmer (nicht gezeigt) am Motor mit interner Verbrennung in Verbindung.

Die Drosselklappe 3 ist getragen und gesteuert durch eine senkrecht zur Längsachse des Kanals 2 angeordnete Welle 4, die mit dem Gaspedal 6 durch einen im wesentlichen bekannten Antrieb mit einem Aufbau, der z. B. einen an der Welle 4 ange­ brachten Hebel 7, ein Seil 8 und eine Rückstellfeder 9 zum Rückstellen des Gaspedals 6 in die Leerlaufposition umfaßt, verbunden ist. Wenigstens eine Rückstellfeder 10 ist passend an der Welle 4 außerhalb des Kanals 2 befestigt.

Die Klappe des Drosselschiebers 3 ist oben und unten durch jeweils flache Oberflächen 11 und 12 bestimmt, und die Achse der Welle 4 liegt in einer dazu parallelen Ebene und ist gleich weit von der Oberfläche 11 und 12 entfernt. Weiterhin ist die Klappe des Drosselschiebers 3 exzentrisch an der Wel­ le 4 befestigt, d. h. in einem Abstand "e" in bezug auf die Längsachse "a" des Kanals 2.

Die Exzentrizität "e", von der die gewünschten Eigenschaften der Versorgungsvorrichtung abhängen, kann aus einem weiten Wertebereich entnommen werden, wie er weiter unten angegeben wird.

Die Versorgungsvorrichtung gemäß der Erfindung arbeitet auf die folgende Weise: Das im Einlaßkrümmer des Motors mit interner Verbrennung aus­ gebildete Vakuum ist strömungsabwärts vom Drosselschieber 3 wirksam. Bei einem bestimmten Drosselschieberöffnungswinkel α wirkt das Vakuum auf die untere Oberfläche 12, während die obere Oberfläche 11 im wesentlichen Atmosphärendruck ausge­ setzt ist.

Die auf die Oberfläche 11 und 12 wirkenden Drücke erzeugen deshalb zusammen ein von Null verschiedenes Moment auf die Welle 4, und zwar in eine Richtung, in der der Drosselschie­ ber 3 in seine geschlossene Stellung zurückgestellt wird. Dies hat seine Ursache darin, daß die Klappe des Drosselschie­ bers 3 exzentrisch an der Welle 4 befestigt ist, deren Achse so den Drosselschieber in zwei ungleiche Abschnitte teilt.

Die Kurven in Fig. 2 zeigen den vom Vakuum im Kanal 2 strö­ mungsabwärts vom Drosselschieber 3 erzeugten, schließenden Druck auf den Drosselschieber 3 als Funktion des Drosselschie­ beröffnungswinkels α (im Bereich von α_min bis α_max) und für verschiedene "e/d"-Verhältnisse ("d" entspricht dem Durchmes­ ser des Kanals 2). Wie Fig. 2 zeigt, nimmt das vom Vakuum erzeugte Drehmoment mit der Zunahme von α ab und für einen gegebenen Öffnungswinkel α mit der Zunahme des Verhältnisses "e/d" zu.

Die Kurven in Fig. 3 zeigen das vom Vakuum im Kanal 2 strö­ mungsabwärts vom Drosselschieber 3 erzeugte, schließende Drehmoment auf den Drosselschieber 3 als Funktion des Dros­ selschieberöffnungswinkels α (im Bereich von α_min bis α_max) und für verschiedene konstante Motorgeschwindigkeiten "n". Wie Fig. 3 zeigt, nimmt das vom Vakuum erzeugte Drehmoment mit der Zunahme von α ab und für einen bestimmten Öffnungswinkel α mit der Zunahme der Motorgeschwindigkeit "n" zu.

Zusätzlich zum vom Vakuum im Einlaßkrümmer erzeugten Drehmo­ ment, dessen Wirkung in Fig. 2 und 3 gezeigt ist, ist die Welle 4 des Drosselschiebers 3 auch einem von der Rückstell­ feder 9 und/oder 10 erzeugten, schließenden Drehmoment ausge­ setzt, wie in Fig. 4 gezeigt ist, worin die Kurve C₁ das aus­ schließlich vom Vakuum im Kanal 2 erzeugte, schließende Dreh­ moment auf Drosselschieber 3 als Funktion des Öffnungswinkels α darstellt (entspricht einer der in Fig. 3 dargestellten Kurve für eine vorbestimmte konstante Motorgeschwindigkeit "n"), Kurve C₂ das von den Rückstellfedern 9 und 10 erzeugte, schließende Drehmoment auf Welle 4, das mit dem Öffnungswin­ kel α stetig zunimmt, und Kurve C_tot das gesamte, für einen bestimmten Öffnungswinkel α vom Vakuum (Kurve C₁) und von den Rückstellfedern (Kurve C₂) erzeugte, schließende Drehmoment als Funktion des Öffnungswinkels α und für ein konstantes "e/d"-Verhältnis und eine konstante Motorgeschwindigkeit "n".

Wie Fig. 4 zeigt, ist bei konstanter Motorgeschwindigkeit das vom Vakuum im Kanal 2 strömungsabwärts vom Drosselschieber 3 erzeugte, schließende Drehmoment dem von den Rückstellfedern 9 und 10 erzeugten Drehmoment hinzuaddiert. Die Kurve C_tot zeigt deshalb die gemeinsame Wirkung des Vakuums und der Rückstellfedern auf Welle 4.

Fig. 5 zeigt eine Anzahl von Kurven C_tot, wie sie anhand Fig. 4 erläutert werden, für verschiedene Motorgeschwindigkeiten "n". Die Vorteile der Versorgungsvorrichtung gemäß der Erfin­ dung werden in Fig. 5 deutlich.

Angenommen, das Fahrzeug fährt mit einer konstanten Geschwin­ digkeit, die einer Motorgeschwindigkeit "n" entspricht, die mit der obersten Kurve in Fig. 5 dargestellt ist, und bei ei­ nem Drosselschieberöffnungswinkel, der dem Punkt P₁ auf die­ ser Kurve entspricht; am Punkt P₁ ist das Drehmoment auf die Welle 4 dann hoch genug, um zuverlässig den Fahrerfuß auf dem Gaspedal 6 abzustützen und so die Gefahr von Müdigkeitser­ scheinungen zu reduzieren.

Für den Fall, daß das Fahrzeug mit den Bedingungen am Punkt P₂ (niedrige Motorgeschwindigkeit "n" und kleiner Drossel­ schieberöffnungswinkel α) betrieben wird und daß der Fahrer mit dem Gaspedal 6 scharf beschleunigt, verändern sich die Betriebsbedingungen des Fahrzeugs so, wie sie mit der gestri­ chelten Linie in Fig. 5 gezeigt sind, bis ein stabiler Zu­ stand, wie z. B. an Punkt P₃, wiederhergestellt ist. Am Anfang fällt das Gesamt-Rückstelldrehmoment auf das Gaspedal 6 ab, da wegen der Trägheit des Motors mit interner Verbrennung die Motordrehzahl für eine gewisse Zeit konstant bleibt, so daß die Beschleunigung unterstützt und der Eindruck eines schnel­ len Durchzugs des Fahrzeugs gegeben wird, danach kehrt es allmählich zum Ausgangswert zurück, um ein ausreichendes Ab­ stützen des Fahrerfußes auf dem Gaspedal zu gewährleisten.

Die Vorteile der Erfindung ergeben sich deutlich aus der vor­ stehenden Beschreibung. Wenn das Fahrzeug bei konstanter Ge­ schwindigkeit betrieben wird, ist der Fahrerfuß auf dem Gas­ pedal ausreichend abgestützt. Wenn das Fahrzeug beschleunigt wird, insbesondere aus niedriger Geschwindigkeit heraus, nimmt das Rückstelldrehmoment dagegen ab und damit der auf das Gaspedal 6 zum weiteren Gasgeben erforderliche Druck und vermittelt so den Eindruck eines schnellen Durchzugs des Fahrzeugs.

Tests haben gezeigt, daß bei einem zylindrischen Kanal 2 und einem kreisförmigen Drosselschieber 3 ein e/d-Verhältnis (Ex­ zentrizität zu Kanaldurchmesser) im Bereich zwischen 0,05 und 0,3 die besten Resultate erzielt.

Die Exzentrizität "e" ist passend gewählt, wenn das vom Luft­ druck erzeugte Drehmoment (dargestellt z. B. durch Kurve C₁ in Fig. 4) auf die Welle 4 groß ist im Vergleich mit dem von den Rückstellfedern 9 und 10 erzeugten (dargestellt z. B. durch Kurve C₂ in Fig. 4), wenigstens wenn der Drosselschieber 3 aus der geschlossenen Stellung (α_min) in eine Stellung in der Mitte zwischen α_min und α_max gedreht ist. Dies sorgt für eine Lage, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist, worin das Drehmoment auf dem Drosselschieber 3 hauptsächlich vom Vakuum strömungsab­ wärts vom Drosselschieber erzeugt wird und nur zu einem be­ grenzten Teil von den Rückstellfedern 9 und 10.

Claims (3)

1. Versorgungsvorrichtung für einen Motor mit interner Ver­ brennung für die Zufuhr von Luft oder einem Luft/Kraftstoff­ gemisch, die im wesentlichen einen Luft- oder Luft/Kraft­ stoffgemisch-Kanal (2) aufweist, der von einem durch ein Gas­ pedal (6) über einen Antrieb betätigten Drosselschieber (3) reguliert wird, wobei der Drosselschieber eine von einer Wel­ le (4) getragene Drehflügelklappe (3) aufweist, die um eine senkrecht zur Längsachse ("a") des Kanals (2) stehende Achse schwenkbeweglich ist, wobei ein vom Motor mit interner Ver­ brennung erzeugtes Vakuum im Kanalabschnitt strömungsabwärts vom Drosselschieber (3) wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Achse der Welle (4) in einem bestimmten Abstand ("e") von der Längsachse ("a") des Kanals (2) befindet, so daß die drehbewegliche Welle (4) durch den Luftdruck auf den Oberflächen der Drehflügelklappe (3) einem Drehmoment ausge­ setzt ist, wodurch die Drehflügelklappe (3) geschlossen wird.

2. Versorgungsvorrichtung nach Anspruch 1, worin der Kanal (2) einen kreisförmigen Abschnitt aufweist und die Drehflü­ gelklappe im wesentlichen scheibenförmig ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Verhältnis ("e/d") aus Abstand ("e") zu Durchmesser ("d") der Scheibe (3) im Bereich zwischen 0,05 und 0,3 liegt.

3. Versorgungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, worin der Antrieb wenigstens eine Rückstellfeder (9) aufweist, um einer Verschiebung des Gaspedals (6) zum Öffnen des Drosselschie­ bers (3) entgegenzuwirken, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand ("e") zwischen der Achse der Welle (4) und der Achse ("a") des Kanals (2) so gewählt ist, daß das vom Luftdruck erzeugte Drehmoment auf die Welle (4) größer ist als das von der Rückstellfeder erzeugte, wenigstens wenn der Drosselschie­ ber (3) aus der geschlossenen Stellung in eine Stellung in der Mitte zwischen der geschlossenen und der maximal geöffne­ ten Stellung gedreht ist.