EP1254309B1 - Drosselklappenanordnung mit notlufteinrichtung - Google Patents

Drosselklappenanordnung mit notlufteinrichtung Download PDF

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EP1254309B1
EP1254309B1 EP00991068A EP00991068A EP1254309B1 EP 1254309 B1 EP1254309 B1 EP 1254309B1 EP 00991068 A EP00991068 A EP 00991068A EP 00991068 A EP00991068 A EP 00991068A EP 1254309 B1 EP1254309 B1 EP 1254309B1
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • 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
    • F02D2009/0201—Arrangements; Control features; Details thereof
    • F02D2009/0277—Fail-safe mechanisms, e.g. with limp-home feature, to close throttle if actuator fails, or if control cable sticks or breaks

Definitions

  • the present invention relates to a throttle valve arrangement with emergency air device for the intake system of an internal combustion engine.
  • Such an arrangement according to the preamble of claim 1 is known from US-A-6003554.
  • Such an emergency air device has the purpose to move the throttle in an emergency air position in case of failure of the drive of the throttle valve drive, in which the engine is supplied with sufficient air for a trip to a workshop or to another place (English: limp home).
  • such an emergency air device is formed for example by two external, opposing springs and associated attacks, which ensure that the throttle valve is moved to a position (Notluftwolf) in case of failure of the drive, the between the idle and open position is.
  • the disadvantage here is that the drive of the throttle must work against the force of this additional spring system.
  • the drive must therefore be designed to be larger than necessary in order to achieve a sufficient adjustment speed.
  • Even more critical is that the discontinuity results in a discontinuity in the adjustment and in the adjustment of the throttle valve, which requires a non-linear pilot control with appropriate regulatory effort.
  • the present invention is based on the object, a To provide throttle valve arrangement with emergency air device, which manages with the smallest possible driving force and allows a linear pilot control of the throttle.
  • the throttle is provided with an emergency air opening, the is normally closed by the additional flap. falls the drive off, then the additional flap of the return spring against the force of between the two flaps active auxiliary spring moves into the emergency air release position, in which the additional flap releases the emergency air opening.
  • the emergency air opening is sized so that the internal combustion engine despite closed throttle with sufficient air supplied is to allow emergency operation of the vehicle.
  • FIG. 1 Intake duct 1 shown by the combustion air of an internal combustion engine (not shown) is supplied.
  • the one by one Wall 2 limited intake passage 1 includes a throttle assembly in the form of a throttle valve 3 and an additional flap 4th
  • the two flap halves 5 and 6 existing throttle 3 is by means of a hollow shaft 7, consisting of two hollow Stub shafts, in the wall 2 of the intake passage 1 about an axis A rotatably mounted.
  • a hollow shaft 7 consisting of two hollow Stub shafts, in the wall 2 of the intake passage 1 about an axis A rotatably mounted.
  • an emergency air opening 8 is formed, which is normally is closed by the additional flap 4, as in the following will be explained in more detail.
  • the additional flap 4 is also rotatable about the axis A. To For this purpose, it has a shaft 9 which stubs in the hollow shaft the hollow shaft 7 of the throttle valve 3 rotatably mounted is.
  • the additional flap 4 is as a two-armed lever with a lever arm 10 in the form of a flap part and an opposite Lever arm 11 is formed.
  • the lever arm 10 and the lever arm 11 of the additional flap 4, as shown in Fig. 1 can be seen is at an angle to each other, so that the Additional flap 4 relative to the throttle valve 3 by a predetermined Emergency air release angle ⁇ is adjustable.
  • an additional spring 12 is arranged, the additional flap 4 relative to the throttle valve 3 in a Emergency air blocking position (Fig. 1) presses in the flap part the additional flap 4 closes the emergency air opening 8.
  • a motor drive 13 is provided, which has a schematically indicated in Fig. 2 Drive connection with the shaft 9 of the additional flap 4 is connected.
  • the drive 3 works against the effect a return spring 14, which also with the additional flap. 4 is drivingly connected to the throttle assembly to pretension in the closing direction.
  • the works formed by the additional flap 3 and the emergency air opening 8 Emergency air device as follows: If the drive 13 no torque exerts more, the return spring 14 moves the throttle 3 on the additional flap 4 and the auxiliary spring 12 in Closing direction (clockwise of Fig. 1) until the throttle 3 on the wall 2 of the intake duct 1 or another firm stop strikes. Because the force of the return spring 14 is greater than the force of the auxiliary spring 12 is moved the return spring 14, the additional flap 4 under compression the additional spring 12 continues until the emergency air opening 8 of the Additional flap 4 is released.
  • the additional opening 8 is dimensioned so that now sufficient Combustion air through the emergency air opening 8 of the internal combustion engine is supplied to an emergency operation of the internal combustion engine to allow for a trip to a workshop or the like.
  • the shaft 9 of the additional flap 3 a sensor 15 for detecting the rotational angle of the additional flap. 3 assigned.
  • the shaft 7 is the throttle 3 is a sensor 16 for detecting the rotation angle of Throttle 3 assigned.
  • the angle of rotation of the additional flap 4 equal to the angle of rotation of the throttle valve 3 plus the angle ⁇ is, can be determined by subtraction of the signals two sensors 15 and 16 determine the angle ⁇ . This allows a monitoring of the emergency air release angle.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drosselklappenanordnung mit Notlufteinrichtung für das Ansaugsystem einer Brennkraftmaschine.
Ein solche Anordnung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus der US-A-6003554 bekannt.
Eine derartige Notlufteinrichtung hat den Zweck, bei Ausfall des Antriebes des Drosselklappenantriebes die Drosselklappe in eine Notluftstellung zu bewegen, in der die Brennkraftmaschine mit ausreichend Luft für eine Fahrt in eine Werkstatt oder zu einer anderen Stelle versorgt wird (englisch:limp home). Im Stand der Technik (siehe z.B. US 5 975 051) wird eine derartige Notlufteinrichtung beispielsweise von zwei externen, gegensinnig wirkenden Federn und zugehörigen Anschlägen gebildet, die dafür sorgen, daß bei Ausfall des Antriebes die Drosselklappe in eine Stellung (Notluftstellung) bewegt wird, die zwischen der Leerlauf- und Öffnungsstellung liegt.
Nachteilig hierbei ist, daß der Antrieb der Drosselklappe gegen die Kraft dieses zusätzlichen Federsystemes arbeiten muß.
Der Antrieb muß daher größer als erforderlich ausgelegt werden, um eine ausreichende Verstellgeschwindigkeit zu erzielen. Noch kritischer ist, daß sich durch die Notlaufstellung eine Unstetigkeit im Verstellweg und in der Verstellbewegung der Drosselklappe ergibt, was eine nicht lineare Vorsteuerung mit entsprechendem Regelungsaufwand erfordert.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drosselklappenanordnung mit Notlufteinrichtung zu schaffen, die mit einer möglichst kleinen Antriebskraft auskommt und eine lineare Vorsteuerung der Drosselklappe ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 definierte Erfindung gelöst.
Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Drosselklappenanordnung ist die Drosselklappe mit einer Notluftöffnung versehen, die von der Zusatzklappe normalerweise geschlossen wird. Fällt der Antrieb aus, so wird die Zusatzklappe von der Rückstellfeder entgegen der Kraft der zwischen den beiden Klappen wirksamen Zusatzfeder in die Notluft-Freigabestellung bewegt, in der die Zusatzklappe die Notluftöffnung freigibt. Die Notluftöffnung ist so bemessen, daß die Brennkraftmaschine trotz geschlossener Drosselklappe mit ausreichend Luft versorgt wird, um einen Notbetrieb des Fahrzeuges zu ermöglichen.
Bei normalem Betrieb der Drosselklappenanordnung werden die Drosselklappe und die Zusatzklappe vom Antrieb gemeinsam bewegt, ohne daß eine Kraft außer der Kraft der ohnehin vorhandenen Rückstellfeder überwunden werden muß. Daher braucht der Antrieb nicht größer dimensioniert zu werden, als dies für den Betrieb einer Drosselklappe ohne Notlufteinrichtung erforderlich ist. Ferner gibt es keine Unstetigkeit im Verstellweg der Drosselklappenanordnung, so daß eine lineare Vorsteuerung der Drosselklappenanordnung ermöglicht wird. Der der Drosselklappenanordnung zugeordnete Regler arbeitet daher deutlich unkritischer als im Stand der Technik.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:
  • Fig. 1 eine schematische Längsschnittansicht einer Drosselklappenanordnung und
  • Fig. 2 eine Querschnittsansicht der Drosselklappenanordnung in Fig. 1.
    • In der Zeichnung ist in schematischer Weise ein Teil eines Ansaugkanales 1 dargestellt, durch den Brennluft einer Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) zugeführt wird. Der von einer Wand 2 begrenzte Ansaugkanal 1 enthält eine Drosselklappenanordnung in Form einer Drosselklappe 3 und einer Zusatzklappe 4.
    Die aus zwei Klappenhälften 5 und 6 bestehende Drosselklappe 3 ist mittels einer Hohlwelle 7, bestehend aus zwei hohlen Wellenstummeln, in der Wand 2 des Ansaugkanals 1 um eine Achse A drehbar gelagert. In der Klappenhälfte 6 der Drosselklappe 3 ist eine Notluftöffnung 8 gebildet, die normalerweise von der Zusatzklappe 4 verschlossen wird, wie im folgenden noch genauer erläutert wird.
    Die Zusatzklappe 4 ist ebenfalls um die Achse A drehbar. Zu diesem Zweck weist sie eine Welle 9 auf, die in den Hohlwellenstummeln der Hohlwelle 7 der Drosselklappe 3 drehbar gelagert ist. Die Zusatzklappe 4 ist als zweiarmiger Hebel mit einem Hebelarm 10 in Form eines Klappenteils und einem gegenüberliegenden Hebelarm 11 ausgebildet. Der Hebelarm 10 und der Hebelarm 11 der Zusatzklappe 4 sind, wie in Fig. 1 zu sehen ist, unter einem Winkel zueinander angeordnet, so daß die Zusatzklappe 4 relativ zu der Drosselklappe 3 um einen vorgegebenen Notluft-Freigabewinkel α verstellbar ist. Zwischen dem Hebelarm 11 der Zusatzklappe 4 und der Klappenhälfte 5 der Drosselklappe 3 ist eine Zusatzfeder 12 angeordnet, die die Zusatzklappe 4 relativ zu der Drosselklappe 3 in eine Notluft-Sperrstellung (Fig. 1) drückt, in der das Klappenteil der Zusatzklappe 4 die Notluftöffnung 8 verschließt.
    Zum Verstellen der Klappenanordnung ist ein motorischer Antrieb 13 vorgesehen, der über eine in Fig. 2 schematisch angedeutete Antriebsverbindung mit der Welle 9 der Zusatzklappe 4 verbunden ist. Der Antrieb 3 arbeitet entgegen der Wirkung einer Rückstellfeder 14, die ebenfalls mit der Zusatzklappe 4 in Antriebsverbindung steht, um die Drosselklappenanordnung in Schließrichtung vorzuspannen.
    Die Funktionsweise der bisher beschriebenen Klappenanordnung ist wie folgt: Bei normal arbeitender Drosselklappenanordnung wird die von der Rückstellfeder 14 auf die Zusatzklappe 4 ausgeübte Rückstellkraft über die Zusatzfeder 12 auf die Drosselklappe 3 übertragen, wodurch die Drosselklappe 3 im Uhrzeigersinn (in Fig. 1) in ihre Leerlaufstellung gedrückt wird, welche durch den Antrieb 13 vorgegeben ist. Die Zusatzfeder 12 hält hierbei die Zusatzklappe 4 in der in Fig. 1 dargestellten Notluft-Sperrstellung, in der das Klappenteil der Zusatzklappe 4 die Notluftöffnung 8 der Drosselklappe 3 verschließt. Um die Drosselklappe 3 in Öffnungsrichtung (entgegen dem Uhrzeigersinn in Fig. 1) zu verstellen, übt der Antrieb 13 entgegen der Kraft der Rückstellfeder 14 ein entsprechendes Drehmoment auf die Zusatzklappe 4 aus, die die Drosselklappe 3 durch unmittelbare Anlage des Hebelarmes 10 an der Klappenhälfte 6 in Öffnungsrichtung mitnimmt. Hierbei wird die Zusatzklappe 4 durch die Zusatzfeder 12 weiterhin in ihrer Notluft-Sperrstellung gehalten.
    Kommt es zu einem Ausfall des Antriebes 13, so arbeitet die von der Zusatzklappe 3 und der Notluftöffnung 8 gebildete Notlufteinrichtung wie folgt: Wenn der Antrieb 13 kein Drehmoment mehr ausübt, bewegt die Rückstellfeder 14 die Drosselklappe 3 über die Zusatzklappe 4 und die Zusatzfeder 12 in Schließrichtung (im Uhrzeigersinn der Fig. 1), bis die Drosselklappe 3 an der Wand 2 des Ansaugkanals 1 oder einem anderen festen Anschlag anschlägt. Da die Kraft der Rückstellfeder 14 größer als die Kraft der Zusatzfeder 12 ist, bewegt die Rückstellfeder 14 die Zusatzklappe 4 unter Kompression der Zusatzfeder 12 weiter, bis die Notluftöffnung 8 von der Zusatzklappe 4 freigegeben wird.
    Die Zusatzöffnung 8 ist so dimensioniert, daß nun ausreichend Brennluft durch die Notluftöffnung 8 der Brennkraftmaschine zugeführt wird, um einen Notbetrieb der Brennkraftmaschine für eine Fahrt zu einer Werkstatt oder dergl.zu ermöglichen. Sobald der Antrieb 13 wieder funktionsfähig ist, kann die Drosselklappe 3 erneut in der oben beschriebenen Weise betätigt werden.
    Wie in Fig. 2 angedeutet, ist der Welle 9 der Zusatzklappe 3 ein Sensor 15 zum Erfassen des Drehwinkels der Zusatzklappe 3 zugeordnet. In der gleichen Weise ist der Welle 7 der Drosselklappe 3 ein Sensor 16 zum Erfassen des Drehwinkels der Drosselklappe 3 zugeordnet. Da der Drehwinkel der Zusatzklappe 4 gleich dem Drehwinkel der Drosselklappe 3 plus dem Winkel α ist, läßt sich durch Differenzbildung der Signale der beiden Sensoren 15 und 16 der Winkel α bestimmen. Dies erlaubt eine Überwachung des Notluft-Freigabewinkels.

    Claims (10)

    1. Drosselklappenanordnung mit Notlufteinrichtung für das Ansaugsystem einer Brennkraftmaschine, welche aufweist:
      eine Drosselklappe (3) und eine Zusatzklappe (4), die in einem Ansaugkanal (1) der Brennkraftmaschine um eine gemeinsame Achse (A) drehbar sind,
      und einen Antrieb (13) zum gemeinsamen Verstellen der Drosselklappe (3) und Zusatzklappe (4) entgegen der Kraft einer Rückstellfeder (14) in Öffnungsrichtung,
      wobei die Zusatzklappe (4) relativ zu der Drosselklappe (3) um einen vorgegebenen Notluft-Freigabewinkel (α) drehbar ist, derart, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzklappe (4) bei Ausfall des Antriebes (13) aus einer Notluft-Sperrstellung, in der die Zusatzklappe (4) eine die Drosselklappe (3) durchdringende Notluftöffnung (8) verschließt, durch die Rückstellfeder (14) entgegen der Kraft einer zwischen den beiden Klappen wirksamen Zusatzfeder (12) in eine Notluft-Freigabestellung bewegt wird, in der die Zusatzklappe (4) die Notluftöffnung (8) freigibt, so daß die Brennkraftmaschine mit ausreichend Brennluft für einen Notbetrieb versorgbar ist.
    2. Drosselklappenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (13) und die Rückstellfeder (14) mit der Zusatzklappe (4) in Antriebsverbindung stehen und die Zusatzklappe (4) die Kraft des Antriebes (13) und der Rückstellfeder (14) auf die Drosselklappe (4) überträgt.
    3. Drosselklappenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselklappe (3), die Zusatzklappe (4) und die Zusatzfeder (12) so angeordnet und ausgebildet sind, daß die Übertragung der Kraft des Antriebes (13) auf die Drosselklappe (3) durch unmittelbare Anlage zwischen den beiden Klappen und die Übertragung der Kraft der Rückstellfeder (14) auf die Drosselklappe (3) über die Zusatzfeder (12) erfolgt.
    4. Drosselklappenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft der Rückstellfeder (4) größer als die der Zusatzfeder (12) ist.
    5. Drosselklappenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselklappe (3) bei Ausfall des Antriebes (13) durch die Rückstellfeder (14) über die Zusatzklappe (4) und die Zusatzfeder (12) gegen einen festen Anschlag andrückbar ist, worauf die Rückstellfeder (14) die Zusatzklappe (4) entgegen der Kraft der Zusatzfeder (12) in die Notluftfreigabestellung bewegt.
    6. Drosselklappenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselklappe (3) und die Zusatzklappe (4) durch konzentrische Wellen (7, 9) in einer Wand (2) des Ansaugkanales (1) drehbar gelagert sind.
    7. Drosselklappenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzklappe (4) als doppelarmiger Hebel ausgebildet ist, dessen einer Hebelarm (10) als die Notluftöffnung (8) verschließendes Klappenteil ausgebildet ist und dessen anderer Hebelarm (11) gegenüber dem Klappenteil um einen Winkel entsprechend dem Notluft-Freigabewinkel (α) geneigt ist.
    8. Drosselklappenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Sensor (15) zum Erfassen des Drehwinkels der Drosselklappe (3).
    9. Drosselklappenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Sensor (16) zum Erfassen des Drehwinkels der Zusatzklappe (4).
    10. Drosselklappenanordnung nach den Ansprüchen 8 und 9, gekennzeichnet durch Mittel zum Erfassen des Notluft-Freigabewinkels (α) durch Bilden der Differenz zwischen den Drehwinkeln der Drosselklappe (3) und der Zusatzklappe (4).
    EP00991068A 2000-02-10 2000-12-14 Drosselklappenanordnung mit notlufteinrichtung Expired - Lifetime EP1254309B1 (de)

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    DE10005786 2000-02-10
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    EP1254309A1 EP1254309A1 (de) 2002-11-06
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