EP0341386A2 - Steuervorrichtung für Brennkraftmaschinen - Google Patents

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EP0341386A2
EP0341386A2 EP89103703A EP89103703A EP0341386A2 EP 0341386 A2 EP0341386 A2 EP 0341386A2 EP 89103703 A EP89103703 A EP 89103703A EP 89103703 A EP89103703 A EP 89103703A EP 0341386 A2 EP0341386 A2 EP 0341386A2
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EP
European Patent Office
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throttle valve
main
air intake
intake duct
diaphragm
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Günter Härtel
Hans-Jürgen Müller
Hans-Dieter Esch
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D9/00—Controlling engines by throttling air or fuel-and-air induction conduits or exhaust conduits
    • F02D9/02—Controlling engines by throttling air or fuel-and-air induction conduits or exhaust conduits concerning induction conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F02D11/06—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance
    • F02D11/08—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance of the pneumatic type
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    • F02D2009/0201—Arrangements; Control features; Details thereof
    • F02D2009/0274—Arrangements; Control features; Details thereof one being controlled by pressure in intake conduit, e.g. for slowly opening the throttle as the other valve is suddenly opened

Definitions

  • the invention relates to a control device for internal combustion engines with an air intake duct according to the preamble of patent claim 1.
  • a similar device is known for example from DE-OS 33 45 127 and has an additional throttle valve arranged downstream of the main throttle valve, with which a sudden acceleration of the vehicle is to be avoided in order to avoid the load change shock in vehicles driven by internal combustion engines when the accelerator pedal is depressed quickly.
  • the additional throttle valve can also be arranged upstream of the main throttle valve, with doubts as to the functionality of these designs. The description shows that the additional throttle valve leaves a slightly larger intake cross-sectional area than the main throttle valve in its idle position.
  • the load change shock is still noticeable when the internal combustion engine is warm, especially from idling or part-load operation, since if the accelerator pedal is depressed quickly or the main throttle valve is opened quickly, air can be sucked in by the engine immediately through the partially opened additional throttle valve.
  • the invention is based on the object, starting from a device mentioned in the preamble of claim 1, to design it in such a way that, with the simplest design of the device, a load change shock in all operating areas is avoided with certainty.
  • the drawing shows an air intake duct section 1 of an internal combustion engine (not shown), hereinafter called a throttle valve connector, which has a main throttle valve with shaft 2, which is connected to the accelerator pedal via the parts (not shown in the drawing) of the lever / pulley and Bowden cable. It can be opened by the driver by pressing the accelerator pedal against the force of a spring acting in the closing direction.
  • An additional throttle valve with shaft 3 is arranged upstream, which is kept fully open in the rest position by the force of a compression spring 6 in the stop position (stop not shown in the drawing).
  • the force of the compression spring 6 is transmitted via a plate of a diaphragm 5 and via a diaphragm rod 14 which is firmly connected to the diaphragm plate to a suspension point of the lever 13 which is rigidly connected to the shaft of the additional throttle valve 3.
  • a membrane space in which the compression spring 6 is arranged is connected to the atmosphere (clean air side of the air filter) via an opening 17.
  • a diaphragm space 8 arranged on the opposite side of the diaphragm 5 is connected via a throttle 12 and a connecting line 9 to the air intake duct section 18 of the main throttle 2 and the additional throttle valve 3 in the valve neck 1.
  • a check valve consisting of a closing body 10 and a compression spring 11, in the event that the pressure in the air intake duct section 18 between the main throttle 2 and the additional throttle valve 3 is higher than in the diaphragm chamber 8. If the pressure difference is reversed and the pressure is equal, the check valve is closed. Depending on the sign of the pressure difference, a connection cross-section of different sizes is thus available for pressure equalization between the membrane space 8 and the air intake duct section 18. This ensures that the pressure equalization takes place at different speeds.
  • the respective negative pressure prevailing in the diaphragm space 8 acts via the diaphragm 5, the diaphragm rod 14 and the lever 13 likewise in the opening direction on the additional throttle valve 3.
  • Another part of the device consisting of a cylinder with piston 16, is acted upon via a connecting line 7 with intake manifold pressure which prevails in an air intake duct section 19 downstream of the main throttle valve 2.
  • Atmospheric pressure prevails on the opposite side of the piston 16.
  • the piston 16 is connected to the lever 13 via a piston rod 15.
  • the force acting on the piston depending on the intake manifold pressure acts in the direction of closing the additional throttle valve 3.
  • the area of the piston 16 must be selected in relation to the effective surface of the diaphragm 5 at least so large that with the main throttle 2 largely closed and the high intake manifold vacuum that occurs Additional throttle valve is also largely closed. If the surface of the piston 16 is oversized in relation to the minimum requirement, a corresponding negative pressure is established between the flaps in the state of equilibrium.
  • the air throughput increases in the desired manner with a delay, which also results in an increase in the intake manifold pressure.
  • the device acting in the closing direction with the piston 16 thus loses its effectiveness.
  • the additional throttle valve also opens fully (delayed), as a result of which no throttle effect is exerted.
  • the additional throttle valve 3 also assumes a partially open position in the equilibrium state (after pressure equalization between the diaphragm space 8 and the pressure between the flaps), provided that the effect of the forces on the diaphragm 5 does not exceed the effect of the force on the piston 16 .
  • the force of compression spring 6 determines from which intake manifold pressure the additional throttle valve is fully opened. In the area of large opening angles of the main throttle 2, the opening of the additional throttle valve 3 thus leads the opening of the main throttle 2.
  • a membrane can preferably also be provided instead of the piston (not shown in the drawing).
  • the compression spring 6 such as acting as a torsion spring on the additional throttle valve or on the piston, if this is advantageous for structural or other reasons.
  • the arrangement of the piston 16, including the attachment point of the piston rod 15 in the lever 13, is also freely selectable. If the directions of action are retained, the mode of operation of the device is not changed.

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Abstract

Es sind bereits Steuervorrichtungen mit einem Luftansaugkanal bekannt, in dem eine mit dem Gaspedal gekoppelte Hauptdrosselklappe und eine Zusatzdrosselklappe angeordnet sind, um den Lastwechselstoß bei einem schnellen Durchtreten des Gaspedals zu vermindern. Bei diesen Vorrichtungen ist ein Lastwechselstoß bei betriebswarmer Brennkraftmaschinen aus Leerlauf- oder Teillastbetrieb heraus immer noch spürbar. Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung weist zur überwindung des Nachteils die Merkmale auf, daß die Betätigungsvorrichtung durch eine Membranvorrichtung (4) gebildet ist, deren Membrane (5) dem Druck im Luftansaugkanalabschnitt (1) zwischen der Haupt-(2) und Zusatzdrosselklappe (3) ausgesetzt ist und eine in Öffnungsrichtung der Zusatzdrosselklappe wirkende Feder (6) aufweist, und daß eine weitere Membran- oder Kolbenvorrichtung (16) an die Zusatzdrosselklappe angreift und diese in Abhängigkeit des im Luftansaugkanalabschnitt stromab der Hauptdrosselklappe herrschenden Drucks in Schließrichtung belastet. Mit der Erfindung ist bei einfachem Aufbau der Vorrichtung ein Lastwechselstoß mit Sicherheit vermieden und ein Einsatz der Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug möglich geworden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für Brennkraftmaschinen mit einem Luftansaugkanal nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Eine ähnliche Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE-OS 33 45 127 bekannt und weist eine stromab der Hauptdrosselklappe angeordnete Zusatzdrossel­klappe auf, mit der zur Vermeidung des Lastwechselstoßes bei von Brennkraft­maschinen angetriebenen Fahrezeugen bei schnellem Druchtreten des Gaspedals eine stoßartige Beschleunigung des Fahrzeugs vermieden werden soll. Alternativ ist in der Druckschrift angegeben, daß die Zusatzdrosselklappe auch stromauf der Hauptdrosselklappe angeordnet sein kann, wobei Zweifel an der Funktionsfähigkeit dieser Ausführungen bestehen. Aus der Beschreibung geht hervor, daß die Zusatzdrosselklappe eine geringfügig größere Ansaug-­Querschnittsfläche freiläßt als die Hauptdrosselklappe in ihrer Leerlauf­stellung.
  • Da die Leerlaufstellung der Hauptdrosselklappe jedoch motortemperaturabhängig variiert, ist anzunehmen, daß die Einstellung der Zusatzdrosselklappe die größtmögliche Ansaug-Querschnittsfläche berücksichtigt.
  • Hierdurch ist der Lastwechselstoß bei betriebswarmer Brennkraftmaschine, ins­besondere aus Leerlauf- oder Teillastbetrieb heraus immer noch spürbar, da bei schnellem Durchtreten des Gaspedals bzw. schneller Öffnung der Hauptdros­selklappe sofort Luft durch die teilweise geöffnete Zusatzdrosselklappe vom Motor angesaugt werden kann.
  • Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einer im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Vorrichtung, diese derart zu gestalten, daß bei einfachstem Aufbau der Vorrichtung, ein Lastwechselstoß in allen Betriebsbereichen mit Sicherheit vermieden ist.
  • Diese Aufgabe ist durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
    Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen genannt. Mit der Erfindung erzielbare Vorteile sind in der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels genannt.
  • Die Zeichnung zeigt einen Luftansaugkanalabschnitt 1 einer nicht dargestellten Brennkraftmaschinen, im folgenden Drosselklappenstutzen genannt, der eine Haupt­drosselklappe mit Welle 2 aufweist, welche über die zeichnerisch nicht darge­stellten Teile Hebel/Seilscheibe und Bowdenzug mit dem Gaspedal verbunden ist. Sie kann vom Fahrer durch Druck auf das Gaspedal gegen die Kraft eine in Schließrichtung wirkenden Feder geöffnet werden. Stromaufwärts ist eine Zu­satzdrosselklappe mit Welle 3 angeordnet, welche in Ruhestellung durch die Kraft einer Druckfeder 6 in Anschlagstellung (Anschlag zeichnerisch nicht dar­gestellt) voll geöffnet gehalten wird.
  • Die Kraft der Druckfeder 6 wird über einen Teller einer Membrane 5 und über eine mit dem Membranteller fest verbundene Membranstange 14 auf einen Einhänge­punkt des Hebels 13, welcher starr mit der Welle der Zusatzdrosselklappe 3 verbunden ist, übertragen. Ein Membranraum, in welchem die Druckfeder 6 ange­ordnet ist, ist über eine Öffnung 17 mit der Atmosphäre (Reinluftseite des Luftfilters) verbunden. Ein auf der Gegenseite der Membrane 5 angeordneter Membranraum 8 ist über eine Drossel 12 und eine Anschlußleitung 9 mit dem Luft­ansaugkanalabschnitt 18 der Hauptdrossel 2 und der Zusatzdrosselklappe 3 im Klappenstutzen 1 verbunden. Eine weitere parallele, aber weitgehend ungedros­selte Verbindung zur Drossel 12 ist durch ein Rückschlagventil, bestehend aus einem Schließkörper 1o und einer Druckfeder 11, für den Fall gegeben, daß der Druck im Luftansaugkanalabschnitt 18 zwischen der Hauptdrossel 2 und der Zu­satzdrosselklappe 3 höher ist als im Membranraum 8. Bei umgekehrter Druckdif­ferenz und bei Druckgleichheit ist das Rückschlagventil geschlossen. Je nach dem Vorzeichen der Druckdifferenz steht damit ein unterschiedlich großer Ver­bindungsquerschnitt für den Druckausgleich zwischen dem Membranraum 8 und dem Luftansaugkanalabschnitt 18 zur Verfügung. Damit wird erreicht, daß der Druck­ausgleich unterschiedlich schnell vonstatten geht. Der jeweils im Membranraum 8 herrschende Unterdruck wirkt über die Membrane 5, die Membranstange 14 und den Hebel 13 ebenfalls in öffnender Richtung auf die Zusatzdrosselklappe 3.
  • Ein weiterer Teil der Einrichtung, bestehend aus einem Zylinder mit Kolben 16, wird über eine Anschlußleitung 7 mit Saugrohrdruck beaufschlagt, der in einem Luftansaugkanalabschnitt 19 stromab der Hauptdrosselklappe 2 herrscht.
  • An der Gegenseite des Kolbens 16 herrscht Atmosphärendruck. Der Kolben 16 ist über eine Kolbenstange 15 mit dem Hebel 13 verbunden. Die je nach Saug­rohrdruck am Kolben wirksam werdende Kraft wirkt in Richtung Schließen der Zusatzdrosselklappe 3. Die Fläche des Kolbens 16 muß im Verhältnis zur wirk­samen Fläche der Membrane 5 mindestens so groß gewählt werden, daß bei weit­gehend geschlossener Hauptdrossel 2 und dem dabei auftretenden hohen Saug­rohrunterdruck die Zusatzdrosselklappe ebenfalls weitgehend geschlossen wird. Wird die Fläche des Kolbens 16 - bezogen auf die Mindestanforderung - über­dimensioniert, so stellt sich zwischen den Klappen im Gleichgewichtszustand ein entsprechender Unterdruck ein. Damit wird erreicht, daß im Falle eines schnellen Öffnens der Hauptdrossel 2, der Luftdurchsatz im Klappenstutzen zunächst nur geringfügig ansteigt, da die weitgehend geschlossene Zusatzdros­selklappe 3 eine hohe Drosselwirkung ausübt. Mit dem Öffnen der Hauptdrossel 2 wird der Druck im Raum zwischen den Klappen auf den Saugrohrdruck abgesenkt und ein Druckausgleich über die Anschlußleitung 9 und die Drossel 12 zum Mem­branraum 8 eingeleitet. Dadurch verstärkt sich die Kraft an der Membran 5 in Richtung öffnen, ohne daß sich die in Gegenrichtung wirkende Kraft am Kolben 16 erhöht. Dieses Ungleichgewicht der Kräfte führt zum Öffnen der Zusatzdros­selklappe 3, wobei die Öffnungsgeschwindigkeit durch die Größe des freien Querschnittes der Drossel 12 und die Dimensionierung der Druckfeder 6 bestimmt wird. Mit dem gedämpften Öffnen der Zusatzdrosselklappe 3 steigt der Luftdurch­satz in der gewünschten Weise verzögert an, was auch einen Anstieg des Saug­rohrdruckes zur Folge hat. Damit verliert die in Schließrichtung wirkende Ein­richtung mit dem Kolben 16 zunehmend an Wirkung. Für den Fall, daß die Haupt­drossel 2 voll geöffnet wird, öffnet die Zusatzdrosselklappe ebenfalls voll (verzögert), wodurch keine Drosselwirkung mehr ausgeübt wird. Bei Teilöffnung der Hauptdrossel 2 nimmt die Zusatzdrosselklappe 3 im Gleichgewichtszustand (nach Druckausgleich zwischen dem Membranraum 8 und dem Druck zwischen den Klap­pen) ebenfalls eine teilweise geöffnete Position ein, sofern nicht die Wirkung der Kräfte an der Membran 5 die Wirkung der Kraft am Kolben 16 übersteigt. Bei gegebenem Flächenverhältnis von Membrane 5 zum Kolben 16 wird durch die Kraft der Druckfeder 6 bestimmt, ab welchem Saugrohrdruck die Zusatzdrosselklappe voll geöffnet wird. Im Bereich großer Öffnungswinkel der Hauptdrossel 2 eilt somit die Öffnung der Zusatzdrosselklappe 3 der Öffnung der Hauptdrossel 2 voraus.
  • Ergänzend sei noch vermerkt,daß zur Vermeidung von Leckagen am Kolben 16, anstelle des Kolbens vorzugsweise ebenfalls eine Membrane vorgesehen wer­den kann (zeichnerisch nicht dargestellt). Desweiteren sind andere Anord­nungen der Druckfeder 6, wie z.B. als Drehfeder an der Zusatzdrosselklappe oder auf den Kolben wirkend denkbar, wenn dies aus baulichen oder sonstigen Gründen vorteilhaft ist. Ebenfalls ist die Anordnung des Kolbens 16 ein­schließlich des Einhängepunktes der Kolbenstange 15 in den Hebel 13 frei wählbar. Sofern die Wirkrichtungen erhalten bleiben wird dadurch die Wir­kungsweise der Einrichtung nicht verändert.

Claims (3)

1. Steuervorrichtung für Brennkraftmaschinen mit einem Luftansaugkanal, in dem eine mit einem Gaspedal gekoppelte Hauptdrosselklappe und stromauf davon eine Zusatzdrosselklappe angeordnet sind, wobei die Öffnung der Zusatzdrosselklappe durch eine Betätigungsvorrichtung in Abhängigkeit von der Belastung des Motors, unabhängig von der willkürlichen Verstellung der Hauptdrosselklappe erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungs­vorrichtung durch eine Membranvorrichtung gebildet ist, deren Membrane (5) dem Druck im Luftansaugkanalabschnitt (18) zwischen der Haupt- und Zusatz­drosselklappe (2,3) ausgesetzt ist und eine in Öffnungsrichtung der Zusatz­drosselklappe (3) wirkende Feder (6) aufweist, und daß eine weitere Membran- oder Kolbenvorrichtung (16) an die Zusatzdrossel­klappe (3) angreift und diese in Abhängigkeit des im Luftansaugkanalabschnitt (19) stromab der Hauptdrosselklappe (2) herrschenden Drucks in Schließrich­tung belastet.
2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Luft­ansaugkanalabschnitt (18) zwischen Haupt- und Zusatzdrosselklappe (2,3) ver­bundene Membranraum (8) in Zuge der Anschlußleitung (9) ein Rückschlagven­til (1o) aufweist.
3. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Rückschlagventil (1o) zwischen Anschlußleitung (9) und Membranraum (8) eine Drossel (12) angeordnet ist.
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