-
Die Erfindung betrifft Drosselkörpermechanismen für
Verbrennungsmotoren.
-
Elektronisch gesteuerte Drosselventile werden zum Steuern der in den
Ansaugstutzen von Verbrennungsmotoren eingelassenen Menge an
Verbrennungsluft erdacht. Diese Systeme werden typischerweise in der
Kraftfahrzeugtechnik als elektronische Drosselventilsteuerungssysteme
(ETC) bezeichnet, die einen Sensor für die Stellung eines
bedienerbetätigten Pedals verwendet, der bewirkt, die Absicht des Fahrers an ein
elektronisches Stellglied zur Positionierung des Drosselventils zu übertragen. Es
kann erwünscht sein, das Drosselventil zu Zeiten, in denen das Stellglied
nicht in betrieb ist, mechanisch in eine vorherbestimmte
"Vorgabestellung" zu positionieren, wodurch ein fortgesetzter Motorbetrieb
sichergestellt ist.
-
Eine erdachte Vorrichtung zur Vorgabepositionierung des Drosselventils
verwendet ein Drosselventil mit einem Bewegungsbereich, der sich
zwischen einer negativen Drosselklappenstellung über eine Null- oder
minimale Drosselklappenstellung, bei der die Luftströmung durch das
Drosselventil hindurch minimiert ist, zu einer maximalen oder weit offenen
Drosselstellung erstreckt, bei der die Luftströmung maximiert ist.
Während des Betriebes des elektronischen Stellgliedes wird die Drosselklappe
zwischen den Stellungen der minimalen und der maximalen Luftströmung
betrieben. Wenn das Stellglied nicht in Betrieb ist, ist es gestattet, daß ein
Vorspannungselement die Drosselklappe in die negative
Drosselklappenstellung bewegt, wodurch eine Vorgabemenge einer Luftströmung in den
Motor und daher ein fortgesetzter Motorbetrieb sichergestellt ist. Der
Drosselkörper für eine negative Stellung, der als eine Sprungkonstruktion
bezeichnet wird, umfaßt teuere Herstellungsverfahren, die durch
Toleranzen von Drosselbohrung/Ventilklappen auferlegt werden, die erforderlich
sind, um die Auslenkung der Drosselklappe durch die Stellung einer Null
betragenden oder minimalen Luftströmung zu gestatten.
-
Die DE-U-94 09 891 offenbart ein Luftsteuerungsventil mit zwei Federn, die
eine Kraft auf ein Drosselventil in Richtung einer Vorgabestellung des
Ventils ausüben, wenn sich das Ventil zwischen einer ersten Stellung
einer minimalen Luftströmung und der Vorgabestellung befindet, und eine
Kraft auf das Drosselventil in Richtung der Vorgabestellung ausüben,
wenn sich das Ventil zwischen einer zweiten Stellung einer maximalen
Luftströmung und der Vorgabestellung befindet. Die EP-A-0651147, die
nach dem Prioritätsdatum der vorliegenden Anmeldung veröffentlicht
wurde, offenbart ein Luftsteuerungsventil mit einer einzigen auf die
Drosselklappe wirkenden Feder, und einem Stellglied, das auf die Federenden
oberhalb einer ersten und einer zweiten Anschlagfläche wirkt.
-
Ein Luftsteuerungsventil gemäß der vorliegenden Erfindung ist durch die
in Anspruch 1 beschriebenen Merkmale gekennzeichnet.
-
Die vorliegende Erfindung offenbart ein Luftsteuerungsventil oder einen
Drosselkörper mit einem Ventil, das durch ein elektronisches
Drosselstellglied zwischen einer Stellung einer minimalen Luftströmung und einer
Stellung einer maximalen Luftströmung betätigt wird. Wenn das Stellglied
nicht in Betrieb ist, ordnet ein Vorgabemechanismus das Drosselventil in
einer Vorgabestellung zwischen der Minimum- und der Maximumstellung
an. Bei der Vorgabestellung gestattet eine bestimmte Luftströmung durch
das Ventil hindurch einen fortgesetzten Motorbetrieb.
-
Das Luftsteuerungsventil umfaßt ein Gehäuse mit einem
Ansaugluftdurchgang oder einer Drosselbohrung, in der ein Drosselventil angeordnet
ist. Das Drosselventil ist zwischen einer Minimum- und einer
Maximumstellung drehbar, um dadurch die Menge an Luft zu dosieren, die durch
die Drosselbohrung hindurch und in den Motor gelangt. Eine
Drosselwelle, an der eine Drosselklappe angebracht ist, wird von dem elektronischen
Stellglied zu einem gewünschten Ort zwischen den Stellungen der
minimalen und der maximalen Luftströmung angetrieben. Wie es oben
erwähnt ist, liegt die Vorgabestellung zwischen der Minimum- und der
Maximumventilstellung.
-
Es ist wünschenswert, daß in allen Fällen, in denen das Stellglied nicht in
Betrieb ist, das Drosselventil in der Vorgabestellung positioniert ist, um
einen fortgesetzten Motorbetrieb bei einer Vorgabeluftströmung
sicherzustellen. Ein Vorspannungselement ist an der Drosselwelle an Stellen
zwischen der Stellung der minimalen Luftströmung und der Vorgabestellung
und an Stellen zwischen der Vorgabestellung und der Stellung der
maximalen Luftströmung wirksam, um das Drosselventil in die
Vorgabestellung zurückzuführen. Sollte das Stellglied in diesem Bewegungsbereich
außer Betrieb gehen, wird das Vorspannungselement das Ventil in die
Vorgabestellung zurückführen.
-
Infolge der auf die Drosselventilwelle ausgeübten Vorspannung wird das
Drosselventil von allen Stellen innerhalb seines Betriebsbereiches in
Richtung einer Vorgabestellung vorgespannt. Erfindungsgemäß wird die
Vorspannung des Drosselventils in Richtung der Stellung der
Vorgabeluftströmung mit einer einzigen Feder erreicht.
-
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist unten lediglich
beispielhaft anhand der begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
-
Fig. 1 eine Teilschnittansicht eitler
Luftsteuerungsventilanordnung für einen Verbrennungsmotor ist, die die
Merkmale der vorliegenden Erfindung ausführt,
-
Fig. 2 eine Seitenansicht der Luftsteuerungsventilanordnung,
teilweise im Schnitt, von Fig. 1 ist,
-
Fig. 3 eine schematische Ansicht eines Drosselventils des
Luftsteuerungsventils von Fig. 1 ist, die den
Bewegungsbereich des Ventils veranschaulicht,
-
Fig. 4, 5 und 6 schematische Darstellungen der Arbeitsweise der
Luftsteuerungsventilanordnung von Fig. 1 sind, und
-
Fig. 7, 8 und 9 schematische Darstellungen der Arbeitsweise der
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind, wie sie
in der Luftsteuerungsventilanordnung von Fig. 1
ausgeführt ist.
-
In Fig. 1 ist eine Luftsteuerungsventilanordnung gezeigt, die allgemein als
10 gekennzeichnet ist, die ein Drosselkörpergehäuse 12 mit einem
Luftströmungsdurchgang oder einer Drosselbohrung 14 aufweist, die sich
durch dieses hindurch erstreckt. Die Drosselbohrung 14 leitet Luft in das
Ansaugsystem eines Verbrennungsmotors (nicht gezeigt). Ein Drosselventil
16, das eine an einer Welle 20 angebrachte Drosselklappe 18 umfaßt, ist
drehbar innerhalb der Drosselbohrung 14 des Drosselkörpergehäuses 12
angebracht. Lager 22 unterstützen die Drosselventilwelle 20 in dem
Gehäuse 12 und definieren eine Drosselventilachse 24, um die herum das
Ventil 16 rotiert, um die Strömung von Luft durch die Drosselbohrung 14
hindurch zu dosieren. Fig. 3 veranschaulicht den vollen
Bewegungsbereich des Drosselventils 16 in der Bohrung 14. Das Ventil ist aus einer
Stellung einer minimalen Luftströmung "A" zu einer Stellung einer
maximalen Luftströmung "B" drehbeweglich. Zwischen der Minimum- und der
Maximumdrosselventilstellung liegt eine Vorgabestellung "C". Die
Vorgabestellung "C" betrifft eine im voraus festgelegte, bestimmte Luftströmung,
die einen fortgesetzten Motorbetrieb gestatten wird, sollte der
Stellmechanismus, der dazu verwendet wird, das Drosselventil zu positionieren,
außer Betrieb gelangen.
-
Mit der Drosselwelle 20 steht ein elektronisches Stellglied 26 in
Wirkverbindung. Das Stellglied treibt das Drosselventil 16 auf der Grundlage einer
Bedienereingabe an, um das Drosselventil zwischen den Stellungen der
minimalen "A" und der maximalen "B" Luftströmung zu positionieren.
-
Nach den Fig. 1, 2, 4 und 5 umfaßt das Drosselkörpergehäuse 12 einen
Gehäuseabschnitt für eine Drosselklappenrückstellfeder 28, der eine
Innenwand 30 und einen Boden 32 umfaßt, durch den hindurch sich das
Ende 34 der Drosselventilwelle 20 zur Anbringung an dem Stellglied 26
erstreckt. Ein Vorspannungselement, wie eine spiralförmig gewickelte
Torsionsfeder 36, ist innerhalb des Federgehäuseabschnitts 28 des
Drossel
körpergehäuses 12 angeordnet. Die Feder 36 umgibt das Ende 34 der
Drosselventilwelle 20 in einer koaxialen Beziehung zu dieser und umfaßt
ein erstes und ein zweites Ende 38 bzw. 40. Eine Unterstützung für die
Federwicklungen kann durch eine Buchse bereitgestellt werden, die
zwischen der Drosselwelle 20 und den Wicklungen angeordnet ist.
-
Das Federelement 36 ist innerhalb des Federgehäuses 28 in Drehrichtung
vorbelastet, indem die Federenden 38, 40 in entgegengesetzte Richtungen
um die Drosselventilachse 24 in Richtung der Federvorspannung gedreht
sind. Die Vorbelastung der Feder 36 wird aufrechterhalten, indem es
gestattet wird, daß jedes Federende 38, 40 an einem Anschlag 42 in dem
Federgehäuseabschnitt 28 anschlägt. Bei der in den Fig. 4, 5 und 6
gezeigte Ausführungsform schlagen die Federenden 38, 40 an voneinander
abgewandten Seiten 44, 46 des Gehäuseanschlags 42 an, was dazu führt,
daß eine Federkraft Fa auf die Seite 44 des Gehäuseanschlags 42 in der
Richtung im Gegenuhrzeigersinn, wie in den Figuren betrachtet, einer
Drehung um Achse 24 herum ausgeübt wird, und eine Federkraft Fb auf
die Seite 46 des Gehäuseanschlags 42 in der Richtung im Uhrzeigersinn
einer Drehung um Achse 24 herum ausgeübt wird.
-
Ein Federstellzapfen 48 steht von der Drosselwelle 20 des Drosselventils
16 ab und ist zur Positionierung zwischen den Federenden 38, 40 in ihren
Stellungen an dem Gehäuseanschlag 42 ausgestaltet, wobei die Stellung
als die Vorgabedrosselklappenstellung "C" bezeichnet ist. In der
Vorgabestellung ist die Drosselventilklappe 18 innerhalb der Drosselbohrung 14
angeordnet, um es zu gestatten, daß eine bestimmte Vorgabeluftmenge in
den Einlaß des Motors strömen kann, wodurch ein fortgesetzter
Motorbetrieb ohne eine Drosselklappenbewegung gestattet ist, wie in dem Fall,
daß das Stellglied nicht in Betrieb ist. In der Vorgabestellung "C" ist ein
neutraler Zustand oder ein Zustand mit einer Kraft von Null auf den
Stellzapfen der Drosselventilfeder 48 vorhanden, wobei die Federenden 38,
40 auf voneinander abgewandte Seiten 44, 46 des Gehäuseanschlags 42
gesetzt sind und der Zapfen 48 dazwischen angeordnet ist.
-
Während des Stellgliedbetriebes und der Positionierung des Drosselventils
16 wird das Stellglied 26 die Drosselventilwelle 20 und die angebrachte
Drosselventilklappe 18 über einen Bewegungsbereich drehen, der sich
zwischen der Stellung der minimalen Luftströmung "A" und der Stellung
der maximalen Luftströmung "B" erstreckt, wobei der Bewegungsbereich
die Vorgabestellung "C" umfaßt. In dem Bewegungsbereich zwischen der
Stellung der minimalen Luftströmung "A" und der Stellung der
Vorgabeluftströmung "C", der in Fig. 5 gezeigt ist, wird das erste Federende 38 von
seiner Sitzstellung an dem Gehäuseanschlag 42 wegbewegt. In diesem
Bewegungsbereich wird eine Kraft Fa auf den Federstellzapfen 48
ausgeübt und bewirkt, daß der Zapfen in die Vorgabestellung "C" zurückkehrt.
Wenn das Stellglied in dem Bewegungsbereich zwischen der Stellung der
minimalen Luftströmung "A" und der Vorgabestellung "C" nicht in Betrieb
ist, wird dies dazu führen, daß der Drosselventilzapfen 48 und das
zugehörige Drosselventil 16 unter der Kraft Fa in die Vorgabestellung "C"
bewegt werden, die von dem Federende in der Richtung im
Gegenuhrzeigersinn ausgeübt wird. Sobald der Zapfen 48 der Drosselwelle 20 in die
Vorgabestellung "C" zurückgekehrt ist, wird dieser daran gehindert, sich von
der Vorgabestellung "C" wegzubewegen, durch die Wirkung der beiden
Federenden 38, 40 auf den Gehäuseanschlag 42 und die Kräfte Fa und Fb,
die auf diesen in entgegengesetzten Richtungen ausgeübt werden und
dazu dienen, den Zapfen 48 dazwischen festzuhalten, wie es in Fig. 2 gezeigt
ist. Ähnlich wird bei dem zweiten Bewegungsbereich zwischen der Stellung
der Vorgabeluftströmung "C" und der Stellung der maximalen
Luftströmung "B", wie er in Fig. 6 gezeigt ist, das Federende 40 von seiner
Sitzstellung an der Seite 46 des Gehäuseanschlags 42 wegbewegt. In diesem
Bewegungsbereich wird eine Kraft Fb auf den Ventilwellenzapfen 48
ausgeübt und bewirkt, daß der Zapfen in die Vorgabestellung "C"
zurückkehrt. Wenn das Stellglied in dem Bewegungsbereich zwischen der
Stellung der Vorgabeluftströmung "C" und der Stellung der maximalen
Luftströmung "B" nicht in Betrieb ist, wird dies dazu führen, daß das
Drosselventil 16 in die Vorgabestellung "C" unter der von dem Federende 40 in
der Richtung im Uhrzeigersinn ausgeübten Kraft Fb bewegt wird. Ähnlich
wird, sobald der Zapfen 48 der Drosselwelle 20 in die Vorgabestellung "C"
zurückgekehrt ist, dieser daran gehindert, sich von der Vorgabestellung
"C" wegzubewegen, durch die Wirkung der beiden Federenden 38, 40 auf
den Gehäuseanschlag 42 und die Kräfte Fa und Fb, die auf diesen in
entgegengesetzten Richtungen ausgeübt werden und dazu dienen, den Zapfen
48 dazwischen festzuhalten.
-
Es ist für die Arbeitsweise der vorliegenden Erindung nicht wesentlich,
daß das erste und das zweite Ende des Federelements, wie bei dem obigen
Beispiel, an einem gemeinsamen Gehäuseanschlag angeordnet sind. Die
in den Fig. 7, 8 und 9 gezeigte Ausführungsform der Erfindung verwendet
ein Drosselkörpergehäuse 12' mit einem ersten und einem zweiten
Gehäuseanschlag 50, 52, die in um einen Bogen herum getrennten Stellungen
um die Drosselventilwellenachse herum angeordnet sind. Im vorbelasteten
Zustand stehen die Enden 38', 40' des Federelements 36' jeweils getrennt
mit den jeweiligen Gehäuseanschlägen 50, 52 in Eingriff. Das erste
Federende 38' steht mit dem ersten Gehäuseanschlag 50 in Eingriff und übt
ei
ne Kraft Fa in der Richtung im Gegenuhrzeigersinn aus, wie in den
Figuren betrachtet, während das zweite Federende 40' mit dem zweiten
Gehäuseanschlag 52 in Eingriff steht und eine Kraft Fb in der Richtung im
Uhrzeigersinn ausübt. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist die
Vorgabestellung des Drosselventils über einen Bogen zwischen den
Anschlägen 50, 52 hinweg definiert, und der Federstellzapfen 48', der von der
Drosselventilwelle absteht, wird ähnlich den Bogen zwischen seinen
Stellflächen 54, 56 umfassen. Obwohl der Zapfen 48' in den Figuren als ein
einstückiger Körper veranschaulicht ist, ist zu berücksichtigen, daß
mehrere Zapfen mit Flächen 54, 56, die in einer festen Beziehung zueinander
rotieren, gleichermaßen für die vorliegende Anwendung geeignet sind.
-
Während des Stellgliedbetriebes und der Positionierung des Drosselventils
wird das Stellglied das Drosselventil über einen Bewegungsbereich
drehen, der sich zwischen der Stellung der minimalen Luftströmung "A" und
der Stellung der maximalen Luftströmung "B" erstreckt, wobei der
Bewegungsbereich die Vorgabestellung "C" umfaßt. In dem Bewegungsbereich
zwischen der Stellung der minimalen Luftströmung "A" und der Stellung
der Vorgabeluftströmung "C", der in Fig. 8 gezeigt ist, wird das erste
Federende 38' von seiner Sitzstellung an dem Gehäuseanschlag 50
wegbewegt. In diesem Bewegungsbereich wird eine Kraft Fa auf den
Federstellzapfen 48' ausgeübt und bewirkt, daß der Zapfen in die Vorgabestellung
"C" zurückkehrt. Wenn das Stellglied in dem Bewegungsbereich zwischen
der Stellung der minimalen Luftströmung "A" und der Vorgabestellung "C"
nicht in Betrieb ist, wird dies dazu führen, daß der Drosselventilzapfen 48'
und das zugehörige Drosselventil unter der von dem Federende in der
Richtung im Gegenuhrzeigersinn ausgeübten Kraft Fa in die
Vorgabestellung "C" bewegt werden. Sobald der Zapfen 48' in die Vorgabestellung "C"
zurückgekehrt ist, wird er daran gehindert, sich von der Vorgabestellung
"C" wegzubewegen, durch die Wirkung der beiden Federenden 38', 40' auf
die Gehäuseanschläge 50, 52 und die Kräfte Fa und Fb, die auf diesen in
entgegengesetzten Richtungen ausgeübt werden und dazu dienen, den
Zapfen 48' dazwischen festzuhalten. Ähnlich wird in dem
Bewegungsbereich zwischen der Stellung der Vorgabeluftströmung "C" und der Stellung
der maximalen Luftströmung "B", der in Fig. 9 gezeigt ist, das zweite
Federende 40' von seiner Sitzstellung an dem Gehäuseanschlag 52 wegbewegt.
In diesem Bewegungsbereich wird eine Kraft Fb auf den
Ventilwellenzapfen 48' ausgeübt und bewirkt, daß der Zapfen in die Vorgabestellung "C"
zurückkehrt. Wenn das Stellglied in dem Bewegungsbereich zwischen der
Stellung der Vorgabeluftströmung "C" und der Stellung der maximalen
Luftströmung "B" nicht in Betrieb ist, wird dies dazu führen, daß der
Drosselventilzapfen 48' unter der von dem Federende 40' in der Richtung
im Uhrzeigersinn ausgeübten Kraft Fb in die Vorgabestellung "C" bewegt
wird. Ähnlich wird, sobald der Zapfen 48' der Drosselwelle in die
Vorgabestellung "C" zurückgekehrt ist, dieser daran gehindert, sich von der
Vorgabestellung "C" wegzubewegen, durch die Wirkung der beiden
Federenden 38', 40' auf die Gehäuseanschläge 50, 52 und die Kräfte Fa und Fb,
die auf diesen in entgegengesetzten Richtungen ausgeübt werden und
dazu dienen, den Zapfen 48' dazwischen festzuhalten.
-
Die offenbarte Erfindung stellt ein Luftsteuerungsventil für einen
Verbrennungsmotor bereit, bei dem das Drosselventil über ein elektronisches
Stellglied positioniert wird. Eine Vorgabeposition, die eine bestimmte
Luftströmung in den Motor bereitstellt, wird durch die Verwendung einer
einzigen Feder erreicht. Die Vorgabestellung der Drossel liegt zwischen der
Stellung der minimalen und der maximalen Luftströmung des
Drosselventils.