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Hintergrund
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
Drosselklappen für
Verbrennungsmotoren, und besonders einen verbesserten Rückstellfeder-Aufbau
zur Verwendung mit elektronischen Drosselklappen. Elektronische
oder kabelgesteuerte Drosselklappen-Systeme zur Verwendung in Automobilen
und anderen durch Verbrennungsmotoren angetriebenen Systemen sind
in der Technik wohlbekannt. In derartigen Systemen ist das Gaspedal
nicht mechanisch mit der Drosselklappe verbunden (welche das durch
den Drosselklappen-Körper
hindurch zu der Verbrennungskammer strömende Luftvolumen steuert). Stattdessen
ist die Beschleunigungseingabe elektronisch mit einem Potentiometer
gekoppelt, welches zu einem elektrischen Motor gesendete, analoge
Eingabewerte delektiert. Der elektrische Motor ist über einen
Wellen- und Getriebeaufbau an die Drosselklappe gekoppelt. Der Motor
betätigt
die Drosselklappe, um sie gemäß der Beschleunigungseingabe
zu öffnen.
Die Beschleunigungseingabe wird typischerweise periodisch abgetastet
und gemittelt, um schnelle Beschleunigung und Verzögerung des
Motors zu verhindern. Eine Rückstellfeder,
wie etwa eine Druck- oder Drehfeder, ist mit der Ventilwelle verbunden,
um das Ventil geschlossen vorzuspannen. Wird keine Beschleunigungseingabe
empfangen, zum Beispiel wenn die Zündung ausgeschaltet ist, so
ist die Drosselklappe durch den Motor geschlossen und durch die Rückstellfeder
geschlossen vorgespannt. Im Fall des Verlusts der Motorleistung
arbeitet die Rückstellfeder
mit einer Hilfsfeder zusammen, um die Drosselklappe zu einer Zwischenstellung
zurückzustellen, was
es dem Fahrzeug erlaubt mit niedriger, konstanter Geschwindigkeit
gefahren zu werden. Ein derartiges elektronisches Drosselsystem
ist in U.S.-Patent 4,867,122 offengelegt.
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GB 2 248 272, auf welchem der vorab
beschreibende Abschnitt von Anspruch 1 beruht, beschreibt einen
Drosselklappen-Rückstellfeder-Aufbau
zur Verwendung mit einer Drosselklappe, die einen Hals und ein drehbar
in dem Hals befestigtes Ventil aufweist, um den Hals zu schließen und
zu öffnen.
Der Aufbau umfaßt
eine sich entlang einer Drehachse erstreckende und zur Drehung des
Ventils mit dem Ventil verbundene Welle, um so den Hals der Drosselklappe
zu öffnen
und zu schließen;
sowie eine mit der Drehachse konzentrische und ein erstes und ein
zweites sich axial erstreckendes Bein aufweisende Rückstellfeder.
Allgemein umgibt eine Führung
die Rückstellfeder
um die Drehachse herum und schränkt
eine Translationsbewegung der Rückstellfeder
ein.
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In typischen elektronischen Drosselklappen-Systemen
ist der Drosselklappen-Antriebsaufbau an einem Drosselkörper montiert
und von einer Gehäuseabdeckung
umgeben. Die Rückstellfeder muß wie benötigt montiert
und aufgezogen (oder gespannt) werden, um die Drosselklappe geschlossen vorzuspannen.
Die Rückstellfeder
muß ausreichend aufgezogen
werden um Reibungskräfte
im Getriebe- und Motoraufbau zu überwinden,
wenn die Drosselklappe geschlossen wird. Während sie gespannt wird neigt
die Rückstellfeder
dazu sich zu bewegen und/oder zu entrollen, solange sie nicht an
ihrem Platz gesichert wird. Folglich muß es eine Sperre geben, an
welcher das freie Ende der Rückstellfeder angebracht
werden kann wenn sie einmal aufgezogen ist. Weil die Gehäuseabdeckung
noch nicht montiert ist, ist diese Sperre typischerweise ein einzelnes Bauteil
das zusätzliche
Montage erfordert, anstatt ein integrales Teil der Gehäuseabdeckung
zu sein. Darüber
hinaus kann sich – weil
die Feder aufgezogen wird bevor die Gehäuseabdeckung montiert wird – die Feder
entrollen wenn sie durch die Sperre nicht richtig gehalten wird,
oder wenn sie bei Montage der Gehäuseabdeckung angestoßen wird,
was es erfordert daß die
Feder neu eingestellt wird. Somit kann die Montage typischer Drosselklappen-Rückstellfedern
schwierig und zeitaufwendig sein.
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Dementsprechend besteht ein Bedarf
für einen
verbesserten Drosselklappen-Rückstellfeder-Aufbau, der leicht
montiert werden kann.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung stellt
einen elektronischen Drosselklappen-Rückstellfeder-Aufbau bereit,
der vollständig
montiert werden kann bevor die Rückstellfeder
gespannt wird. Speziell schließt der
Drosselplappen-Rückstellfeder-Aufbau
eine sich entlang einer Drehachse erstreckende und mit einem Ventil
verbundene Welle ein. Die Welle wird gedreht um das Ventil wie benötigt einzustellen,
um den Hals der Drosselklappe zu schließen und zu öffnen. Eine Rückstellfeder
ist konzentrisch mit der Drehachse positioniert und besitzt ein
erstes mit der Welle verbundenes Bein und ein zweites sich axial
erstreckendes Bein. Eine Führung,
im Allgemeinen konzentrisch mit der Drehachse, läßt eine Drehung der Rückstellfeder
um die Drehachse zu und schränkt
eine laterale Translationsbewegung der Rückstellfeder ein. Die Führung besitzt
eine bogenförmige
radiale Innenwand, die eine radial nach innen ragende Sperre begrenzt.
Eine Drehung des zweiten Beins, um der bogenförmigen Wand zu folgen und die
Sperre anzugreifen, spannt die Rückstellfeder.
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In einem Aspekt der Erfindung begrenzt
die bogenförmige
Wand eine Sperrnut, in welcher das zweite Bein angeordnet ist. Die
bogenförmige
Wand begrenz außerdem
einen Entlastungsschlitz mit ausreichendem Radius von der Drehachse
derart, daß das
zweite Bein darin positioniert werden kann bevor es gespannt wird.
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In einem anderen Aspekt der Erfindung
ist die Führung
als ein integraler Teil einer Abdeckung an einem an die Drosselklappe
angrenzenden Getriebegehäuse
gebildet. Vorzugsweise ist die Führung
eine in der Abdeckung eingespritzte, steife Struktur.
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In einem anderen Aspekt deckt eine
Kappe die Führung
und die Rückstellfeder
ab. Die Kappe besitzt Finger, die an der Führung angreifen um die Kappe
an Ort und Stelle zu halten. Die Kappe besitzt außerdem ein
Anschlag-Bauglied, das sich axial erstreckt und so angeordnet ist
um das zweite Bein daran zu hindern die Sperrnut zu verlassen und
die Rückstellfeder
freizugeben. Das Anschlag-Bauglied ist in einer Entfernung von weniger
als dem Durchmesser des zweiten Beins von einer Öffnung der Sperrnut positioniert.
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In noch einem anderen Aspekt der
Erfindung kann ein Aufziehwerkzeug verwendet um die Rückstellfeder
aufzuziehen, wenn der Drosselklappen-Körper montiert wurde. Das Aufziehwerkzeug schließt einen
Griff an einem Ende ein, das einem Körper gegenüber liegt der eine zentrale
Bohrung und eine radiale Aussparung aufweist. Im Gebrauch wird die
Bohrung des Aufziehwerkzeugs über
einem Ende der Welle angebracht, so daß die radiale Aussparung das
zweite Bein der Rückstellfeder
aufnimmt. Das Aufziehwerkzeug kann in einer Bewegung entgegen dem
Uhrzeigersinn um die Welle geführt
werden, um das zweite Bein entlang der bogenförmigen Wand zu bewegen, um
die Sperre anzugreifen.
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In einer bevorzugten Form besitzt
eine elektronische Drosselklappen-Einheit eine Drosselklappen-Kammer
mit einem Hals, in welchem ein drehbares Ventil angeordnet ist um
den Hals zu schließen und
zu öffnen,
und einen in einem an die Drosselklappen-Kammer angebrachten Gehäuse enthaltenen
Motor- und Getriebeaufbau. Der Motor- und Getriebeaufbau treibt
eine Welle an, die an einem Ende an das Ventil angeschlossen ist
und am anderen Ende an eine Rückstellfeder,
die eine Mehrzahl in einem sich axial erstreckenden Bein endender
Windungen aufweist. Die Führung
schließt
eine steife, mit einer Abdeckung zu dem Gehäuse integrale Platte ein, die
eine Öffnung
aufweist durch welche hindurch das Bein der Rückstellfeder angeordnet wird. Die Öffnung ist
durch eine innere, bogenförmige Oberfläche begrenzt,
die sich zu einem Sperrschlitz spiralförmig radial nach innen erstreckt.
Die Führung beschränkt eine
laterale Translationsbewegung der Rückstellfeder. Das Federbein
kann gefertigt sein um der bogenförmigen Oberfläche zu folgen
und dadurch die Rückstellfeder
zu spannen, um das Ventil geschlossen vorzuspannen. Das Federbein
in dem Sperrschlitz anzuordnen hält
die Rückstellfeder
unter Spannung.
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Somit erlaubt es der Rückstellfeder-Aufbau der
vorliegenden Erfindung daß die
Rückstellfeder und
der Drosselklappen-Körper
montiert werden bevor die Rückstellfeder
aufgezogen wird. Die integrale Führung
hält die
Feder zurück
und stellt ein schnelles und einfaches Mittel bereit um die Rückstellfeder
zur richtigen Spannung aufzuziehen. Eine Staubkappe deckt die Rückstellfeder
ab, um Schutt abzuhalten, und besitzt ein Anschlag-Bauglied welches
die Rückstellfeder
daran hindert sich von der Sperre zu lösen.
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Diese und noch andere Vorteile der
vorliegenden Erfindung werden aus der Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
offensichtlich sein die folgt.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine perspektivische Ansicht einer elektronischen Drosselklappen-Einheit,
in welcher ein elektronischer Drosselklappen-Rückstellfeder-Aufbau der vorliegenden
Erfindung verwendet werden kann;
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2 ist
eine explodierte Montageansicht der elektronischen Drosselklappen-Einheit
von 1;
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3 ist
eine perspektivische Rückseiten-Ansicht
einer Gehäuseabdeckung,
an welcher ein Rückstellfeder-Aufbau
befestigt ist;
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4 ist
eine entlang der Linie 4-4 von 1 aufgenommene
Querschnittsansicht, die jene zwischen Wänden des Gehäuses angeordnete
Führung
und die gespannte Rückstellfeder
zeigt;
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5 ist
eine vergrößerte Vorderansicht, die
ein genaues Nockenprofil einer Rückstellfeder-Führung und
die Rückstellfeder
von einer Anfangsstellung zu einer aufgezogenen Stellung hin aufgezogen
zeigt;
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6 ist
eine perspektivische Ansicht eines Aufziehwerkzeugs, das verwendet
wird um die Rückstellfeder
aufzuziehen;
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7 ist
eine entlang der Linie 7-7 von 5 aufgenommene
Querschnittsansicht, gezeigt mit dem Aufziehwerkzeug von 6;
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8 ist
eine Seitenansicht einer zur Abdeckung der Rückstellfeder an dem Drosselklappen-Gehäuse anzubringenden
Staubkappe;
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9 ist
ein Ansicht der Staubkappe von 8 von
unten;
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10 ist
eine teilweise Querschnittsansicht ähnlich 7, die jedoch das Anschlag-Bauglied der
Staubkappe die Rückstellfeder
in einer aufgezogenen Stellung verriegelnd zeigt; und
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11 ist
eine entlang der Linie 11-11 von 10 aufgenommene
Querschnittsansicht.
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Genaue Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Auf eine elektronische Drosselklappen-Einheit,
in welcher der Drosselklappen-Rückstellfeder-Aufbau der vorliegenden
Erfindung benutzt werden kann, wird in den Abbildungen allgemein
durch Bezugsnummer 10 Bezug genommen. Unter Bezug auf die 1 und 2 schließt eine Drosselklappen-Einheit 10 als
primäre
Bauteile einen Ventilkammer-Körper 12 ein,
der einen zylindrischen Bohrungshals 14 aufweist, der in
Reihe mit einem Luft-Ansaugweg (nicht gezeigt) und einer Verbrennungskammer
(nicht gezeigt) verbunden ist. Ein geeigneter Stellungssensor 16 ist
an einer Seite des Ventilkammer-Körpers 12 angebracht,
und ein Getriebegehäuse 18 ist
an einem gegenüberliegenden Ende
angebracht, die eine entfernbare Abdeckung 20 aufweist.
Der Stellungssensor 16 und Getriebegehäuse 18 schließen entsprechend Öffnungen 22 und 24 ein,
die Öffnungen
(nicht gezeigt) in dem Ventilkammer-Körper 12 entsprechen,
durch welche hindurch eine Ventilwelle 26 angeordnet ist.
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Auf diese Weise greift ein rechteckiges
Ende 28 der Welle 26 den Stellungssensor 16 an,
der in der Lage ist die Rotationsbewegung der Welle 26 zu
delektieren. Ein Mittelabschnitt 30 der Welle 26 schließt einen
axialen Schlitz 32 ein, der ein scheibenartiges Ventil 34 aufnimmt,
welches einen etwas geringeren Durchmesser als der Hals 14 des
Ventilkammer-Körpers 12 besitzt.
Zwei Befestigungen 36 sichern das Ventil 34 an
Welle 26. An dem anderen rechteckigen Ende 37 ist
ein halbkreisförmiges
Wellenzahnrad 38 an der Welle 26 angebracht, welches
an einem Drehzahlreduktions-Zahnrad 40 angreift. Das Reduktions-Zahnrad 40 wird
von einem geeigneten bidirektionalen Elektromotor 42 (siehe 3) durch Eingriff mit einem
gezahnten Ritzel 44 (siehe 3)
angetrieben. Der Motor 42 ist innerhalb von Motorgehäuse 46 an
die Getriebegehäuse-Abdeckung 20 angebracht
angeordnet.
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Unter Bezug auf 1–4 endet eine Rückstellfeder 48,
vorzugsweise eine mehrere Windungen aufweisende spiralförmige Drehfeder,
in vorderen 50 und hinteren 52 Beinen, die sich allgemein axial
erstrecken und scharf nach innen gebogen sind. Das hintere Bein 52 ist
innerhalb einer Bohrung 54 in dem Wellenzahnrad 38 angeordnet
(siehe 2). Das vordere
Bein 50 erstreckt sich in eine Wandöffnung 56 in der Getriebegehäuse-Abdeckung 20 hinein,
die mit der Ventilwelle 26 konzentrisch ist.
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Unter Bezug auf 4 und 5 ist
die Getriebegehäuse-Abdeckung 20 um
eine steife Führungsplatte 58 herum
angegossen, die eine an der Wandöffnung 56 angrenzende
Nockenöffnung 60 aufweist. Die
Nockenöffnung 60 ist
durch eine exzentrische, bogenförmige
innere Wand 62 begrenzt und schließt einen Entlastungsschlitz 64 ebenso
ein wie eine Sperrnut 66, die an eine sich radial nach
innen erstreckende Sperre 68 angrenzt. Die Nockenöffnung 60 erstreckt
sich von dem Entlastungsschlitz 64 in einer dem Uhrzeigersinn
entgegengesetzten Richtung spiralförmig nach innen zu der Sperre 68,
und besitzt nahe der Sperre 68 ein zunehmend rampenartiges Profil 70.
Der Entlastungsschlitz 64 befindet sich bei einem ausreichenden
Radius; derart, daß das
vordere Bein 50 dort hinein paßt bevor es gespannt oder aufgezogen
wird.
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Um die Feder aufzuziehen wird das
vordere Bein 50 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht, so daß es der
bogenförmigen
inneren Wand 62 an der Sperre 68 vorbei folgt,
bis es in der Sperrnut 66 (wie durch den Pfeil in 5 gezeigt) zur Ruhe kommt. Weil
das hintere Bein 52 an der Bohrung 54 fixiert
ist spannt eine Drehung des vorderen Beins 50 die Rückstellfeder 48,
um die Drosselklappe 34 geschlossen vorzuspannen. Wenn
das vordere Bein 50 positioniert ist um die Sperre 68 anzugreifen,
wird die Rückstellfeder 48 auf
die ritchtige Spannung aufgezogen um die innere Reibung innerhalb
des Motors 42 ebenso wie die Reibung zwischen den Zähnen der Zahnräder zu überwinden.
Während
dieser Wert variieren kann, ohne vom Gegenstand der Erfindung abzuweichen,
wird die Rückstellfeder
bevorzugt auf 0,25 ft lbs eingestellt.
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Die Rückstellfeder 48 kann
per Hand ebenso aufgezogen werden wie unter Verwendung einer Zange
oder eines speziell konstruierten Aufziehwerkzeugs. Unter Bezug
auf 6 besitzt ein bevorzugte
Aufziehwerkzeug 70 einen T-förmigen Griff 72, der mit
einem Körper 74 verbunden
ist, der eine axiale Bohrung 76 und einen radialen Schlitz 78 aufweist. Unter
Bezug auf 7 ist die
axiale Bohrung 76 von einer Größe um über das rechteckige Ende 37 der Ventilwelle 26 zu
passen, und der radiale Schlitz 78 ist von einer Größe um das
vordere Bein 50 zu fassen. Das Aufziehwerkzeug 70 kann
um das Ventilwellen-Ende 37 und den inneren Durchmesser
der Wandöffnung 56 in
der Getriebegehäuse-Abdeckung 20 geführt werden.
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Unter Bezug auf 8–11 deckt eine kreisförmige Staubkappe 80 die
mit Wand versehene Öffnung 56 in
der Getriebegehäuse-Abdeckung 20 ab. Die
Staubkappe 80 besitzt an ihrem äußeren Umfang sich axial erstreckende
Vorsprünge 82 und 84,
die innerhalb von entsprechenden Aussparungen 86 und 88 in
der Wand der Öffnung 56 angeordnet
sind. Dies stellt sicher daß das
sich abwärts
erstreckende Anschlag-Bauglied 90 mit der Sperrnut 66 von
ihrer Öffnung
her in einem Abstand von weniger als dem Durchmesser des vorderen
Beins 50 (siehe 8 und 10) ausgerichtet ist. Dies
hindert das vordere Bein 50 daran sich unbeabsichtigt von
der Sperre 68 zu lösen.
Die Staubkappe 80 besitzt außerdem axiale Finger 92 und 94,
die in ihrer Position und Größe so gewählt sind
daß geneigte
Vorderkanten 96 und 98 durch die Führungsplatte 58 entsprechend
nach innen gezwungen werden, wenn die Staubkappe 80 montiert
wird. Die Vorderkanten enden in entsprechenden Lippen 100 und 102,
die eine hintere Oberfläche 104 der
Führungsplatte 58 in
einer Schnapp-Passung angreifen (siehe 10), um die Staubkappe 80 an
Ort und Stelle zu halten. Die Staubkappe 80 wird entfernt
indem die Vorsprünge 82 und 84 radial
nach außen
gebogen werden, so daß sie
von den entsprechenden Aussparungen 86 und 88 frei
sind; und indem die Staubkappe 80 gedreht wird, bis die
Finger 92 und 94 von der Führungsplatte 58 frei
sind. Die Staubkappe 80 besitzt außerdem eine umlaufende Nut 110,
die ein elastisches Dichtungs-Bauglied 112 enthält, das
die mit Wand versehene Öffnung 56 in
der Getriebegehäuse-Abdeckung 20 abdichtet
und Schutt und Flüssigkeit
daran hindert in das Gehäuse
einzutreten.
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Im Betrieb empfängt der Elektromotor 42 durch
eine Motor-Steuereinheit (ECU, Engine Control Unit; Motor-Steuereinheit)
(nicht gezeigt) verarbeitete Beschleunigungssignale in Reaktion
auf das Niederdrücken
eines Gaspedals (nicht gezeigt). Betätigung des Motors 42 treibt
das Reduzierzahnrad 40 an, welches das an der Ventilwelle 26 angebrachte
Wellenzahnrad 38 angreift. Die Ventilwelle 26 dreht
das Ventil 34 im Uhrzeigersinn, um den Hals 14 der
Drosselklappe zu öffnen
und es Luft zu erlauben zur Verbrennungskammer hindurchzutreten.
Während
einer Beschleunigung zieht der Motor 42 die Rückstellfeder 48 – wegen
des Eingriffs des hinteren Beins 52 an dem drehenden Wellenzahnrad 38 – weiter
auf. Der Stellungssensor 16 detektiert die Drehung der
Welle 26 und gibt Ventilstellungs-Daten an die ECU weiter,
welche die Ventilstellungs-Daten verarbeitet und – in Verbindung
mit den Beschleunigungssignalen – verwendet um den Motor 42 zu
steuern.
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Wenn das Gaspedal freigegeben wird
signalisiert die ECU dem Mσtor 42 die
Richtung umzukehren und das Ventile 34 zur geschlossenen
Stellung hin zu drehen, was es der Rückstellfeder 48 erlaubt sich
aufzurollen. Wenn die Motorzündung
abgebrochen wird stellt der Motor 42 das Ventil 34 zu
einer vollständig
geschlossenen Stellung zurück,
und die Rückstellfeder 48 spannt
es geschlossen vor. Im Falle eines Leistungsverlusts von Motor 42 kann
eine Hilfsfeder (nicht gezeigt) verwendet werden um der Rückstellfeder 48 entgegenzuwirken,
um das Ventil 34 bei einer Zwischenstellung zu haben und
es dem Fahrzeug zu erlauben bei einer niedrigen, konstanten Geschwindigkeit
zu arbeiten. Als solches ist die Rückstellfeder 48 gewählt um eine
ausreichende Federrate aufzuweisen um das Ventil 34 geschlossen vorzuspannen
wenn der Motor nicht arbeitet; welche es der Rückstellfeder 48 aber
erlaubt mit der Hilfsfeder wie beschrieben zusammen zu arbeiten.
Darüber hinaus
tastet die ECU das Gaspedal-Signal periodisch ab, um den Vorgang
zu glätten
und eine abrupte Beschleunigung und Verzögerung zu verhindern.
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Die vorliegende Erfindung kann andere,
in den zuvor erwähnten
bevorzugten Ausführungsformen
nicht speziell beschriebene Aspekte einschließen, und das obige ist in keiner
Weise beabsichtigt den Bereich der Erfindung zu beschränken. Um
die Öffentlichkeit
vom vollen Umfang der vorliegenden Erfindung in Kenntnis zu setzen
muß auf
die folgenden Patentansprüche
Bezug genommen werden: