EP0848154A2 - Quantitätsgesteuerte Brennkraftmaschine mit einem System zur Einleitung von Zusatzluft - Google Patents

Quantitätsgesteuerte Brennkraftmaschine mit einem System zur Einleitung von Zusatzluft Download PDF

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EP0848154A2
EP0848154A2 EP97120047A EP97120047A EP0848154A2 EP 0848154 A2 EP0848154 A2 EP 0848154A2 EP 97120047 A EP97120047 A EP 97120047A EP 97120047 A EP97120047 A EP 97120047A EP 0848154 A2 EP0848154 A2 EP 0848154A2
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throttle
internal combustion
throttle valve
air
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Josef Krowiorz
Bernd Plodek
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Bayerische Motoren Werke AG
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Definitions

  • the invention relates to a quantity-controlled internal combustion engine with at least a throttle device provided in the intake tract and with a System for introducing additional air into the intake ducts of the individual Internal combustion engine cylinder, with a control element for influencing the Additional air volume is provided.
  • the technical environment is based on the DE 40 41 628 A1 referenced.
  • the mixture can be prepared in this way in front of and in the cylinder can be significantly improved.
  • the Additional air can be introduced via so-called air-coated fuel injection valves take place, as shown in DE 40 41 628 A1. It it is also possible, the additional air via a separate, for example nozzle-like initiate trained inlet opening in each cylinder intake port. This can also be used to increase the charge movement and Improvement of the combustion properties through targeted introduction an additional amount of air in the inlet channel or in the combustion chamber good conditions be created for an improved combustion process. This results in cheaper fuel consumption and higher residual gas compatibility and thus lower exhaust emissions, as well as an improved Smooth running of the internal combustion engine.
  • a separate control element can be provided which supplies the additional air system with an intake air flow or prevents the introduction of intake air into the additional air system.
  • this control element is designed as a separate air shut-off valve, which, however, can only release or shut off the additional air system.
  • the amount of intake air actually entering the auxiliary air system is determined via the delivery rate of a separate air pump.
  • this is relatively complex since not only a large number of components but also separate control logic is required.
  • auxiliary air system which introduces an auxiliary air flow into the intake ducts of the individual internal combustion engine cylinders, directly from the intake tract of the internal combustion engine, but it is also necessary here to control the amount of auxiliary air flow provide separate control body.
  • the above separate control body is extreme in terms of its operation easy to design if the actuation of the control element is practically together with the actuation of the throttle body.
  • This coupling is preferred the actuation so designed that starting from a closed position both the control element and the throttle element in the event of a load increase initially only the control unit opens and thereby the system to supply additional air with intake air while the throttle body the intake tract for supplying the intake ducts with intake air only releases with a further increase in load.
  • This allows the so-called additional air system in its main operating area, namely the low load area the internal combustion engine, which have the greatest possible effect.
  • the control element arrives after a certain opening path of the throttle body back into its Closed position. This is the function of the control body for supply the so-called. Additional air system designed such that this system no additional air into the intake ducts of the individual internal combustion engine cylinders is initiated when or after the throttle body one has reached a certain degree of opening and the intake air flow of the internal combustion engine at a higher part-load operating point or full-load operating point the same essentially via the throttle body in the Internal combustion engine suction system arrives. This is because in these mentioned operating points ideal inflow conditions of the intake air into the intake ducts.
  • the intake tract of a quantity-controlled, multi-cylinder Internal combustion engine 2 designated.
  • Components of the intake tract 1 are, as usual, an intake air filter 3, an air mass meter 4, a Quantity control throttle body 5, and a suction system 6, these individual elements of course through air lines are interconnected. Partly the direction of flow of the intake air represented by arrows.
  • the suction system 6 has a collecting volume 6a and several Intake ducts 6b leading from the collecting volume 6a to the individual cylinders the internal combustion engine 2 lead.
  • Part of the intake tract 1 is a so-called.
  • Additional air system 7, via which in the individual intake ducts 6b of the intake system 6 additional air flows can be initiated by the intake air flow of the internal combustion engine 2 are branched off. This can be done at any point in the Intake tract 1, however, preferably downstream of the air mass meter 4 So-called air branch 7a can be provided, from which an air line 7b into the Proximity of the suction system 6, where it leads into individual inlet nozzles 7c, from each of which opens into an intake duct 6b, branches.
  • suitable bores or Slits may be provided in the intake ducts 6b.
  • this auxiliary air system 7 is used for improvement the mixture preparation in the intake channels 6b, in which of course additionally open fuel injection valves, not shown (can).
  • a control element 8 is also provided, with the aid of the control element 8 that supplied to the auxiliary air system 7 or that of the internal combustion engine 2
  • the additional air quantity supplied via the additional air system 7 can be changed.
  • control member 8 is in the Throttle body 5 integrated, as will be explained in more detail below.
  • the throttle body 5 as one in a throttle body 5a an axis of rotation 5b pivotable throttle valve 5c - and thus as in Internal combustion engines usual - trained.
  • the throttle valve 5c is pivoted slightly in the direction of the arrow 9 and consequently performs a slight opening movement, the air branch 7a is released, so that at least some of the intake air brought in by the air mass meter 4 into the additional air System 7 and can get more precisely into the air line 7b of the same.
  • the flow path for the intake air through the throttle valve connector 5a directly into the collection volume 6a of the intake system 6 is still largely blocked, also due to the spherical shape of the inner wall of the throttle valve connector 5a in the area of the throttle valve 5c.
  • this inner wall section of the throttle valve connector 5a in the region of the throttle valve 5c is preferably designed as a spherical zone.
  • control element in the embodiment of FIG. 1 just explained 8 is arranged as an attachment 8 'on the throttle valve 5c itself each time the throttle valve 5c is actuated Actuation of the control element 8, in the desired manner. It is namely desired that the control member when the throttle valve 5c is closed 8 is closed, so that no intake air flow in the auxiliary air system 7 can reach. If the throttle valve opens slightly 5c, however, should initially only include the auxiliary air system 7 Intake air are supplied while a further opening movement takes place the throttle valve 5c also the complete intake system 6, d. H. the collection volume 6a of the same is to be supplied with intake air.
  • control element 8 shown, after its actuation mechanically to the actuation of the throttle element 5 or the throttle valve 5c is coupled. It is therefore not necessary for the control element 8, with the help of which the intake air supply of the Additional air system 7 is controlled to provide a separate actuation.
  • FIG. 2 A preferred such system with a register throttle body 10 is shown in Figure 2 and in the other figures 3 to 6d further trained.
  • the control element 8 is - as in FIG. 2 shows - downstream of the air branch 7a in the air line 7b of the additional air system 7 provided.
  • the control body provides 8, so to speak, the first stage of the register throttle valve connector 10 represents, while the trained as a conventional throttle valve 5c and in a duct piece 10b, which is part of the throttle valve connector 10 is arranged throttle body 5 forms the second stage.
  • the throttle valve 5c and the control member 8 which is designed as a roller segment slide 8a and is arranged in a channel piece 10a of the register throttle valve connector 10, which is part of the air line 7b, are located on a common rotary shaft 11 By rotating this rotary shaft 11 about its axis of rotation, both the throttle valve 5c and the control element 8 or the roller segment slide 8a can thus be pivoted in or against the direction of the arrow 9.
  • Figures 2, 3 clearly show the structure of the register throttle valve connector 10, which contains both the throttle element 5 in an associated channel piece 10b and (adjacent) the control element 8 in the associated channel piece 10a.
  • the guidance of the section CC in FIG. 3 makes it clear that in the illustration in FIG. 2 the duct section 10b is located behind the duct section 10a. Accordingly, the lower half of the throttle valve 5c is shown in dashed lines in FIG. 2.
  • the throttle element 5 or the throttle valve 5c is first in FIG a closed position shown in FIG. 2.
  • the control element 8 or the roller segment slide 8a deviates from at idle operating point the representation in Fig. 2 an intermediate position between fully open (this is shown in Fig.2) and completely closed (this is in the figures 6a, 6b). This leads on the one hand and the good meterability due to the cheaper mixture preparation on the other hand to an improved Idle quality.
  • the load is increased from the idling operating point Internal combustion engine initiated, it is based on the still closed Position of the throttle element 5 by rotating the rotary shaft 11 in addition to the control element 8 or the roller segment slide 8a also the throttle valve 5c is pivoted according to the direction of arrow 9.
  • the Control member 8 By the Control member 8, the free cross section of the duct piece 10a is increased and finally assumes the position shown in Fig. 2. This can be based on by far the largest part of the air branch 7a from the air mass meter 4 introduced intake air into the auxiliary air system 7 get more precisely via the air line 7b thereof to the nozzles 7c.
  • the throttle valve 5c is moved further in the direction of an opening movement (arrow direction 9), after which the throttling function of the throttle valve 5c is reduced to such an extent that the majority of the intake air flow directly through the duct section 10b into the intake system 6 that is, in the collection volume 6a thereof. Then the internal combustion engine is operated at a higher part-load operating point or under full load. Since in these operating points no additional air is to get into the intake ducts 6b via the additional air system 7, this further opening movement of the throttle valve 5c according to arrow direction 9 goes hand in hand with a closing movement of the control element 8.
  • the roller segment slide 8a After a certain opening path of the throttle element 5, the roller segment slide 8a, which is also pivoted further in the direction of the arrow 9, reaches a position closing the channel piece 10a, the left half of the roller segment slide 8a in FIG. 2 now blocking the channel piece 10a, whereas in the starting position explained above, 6a, 6b this shut-off was carried out with the right half of the roller segment slide 8a.
  • the control element 8 is also actuated in the desired manner.
  • the control member 8 is also closed when the throttle valve 5c is closed, so that no intake air flow can get into the additional air system 7.
  • the additional air system 7 is to be supplied with intake air, while only when the throttle valve 5c opens further does the complete intake system 6, ie the collection volume 6a thereof, are to be supplied with intake air.
  • This is also possible in a simple manner with this control element 8 after its actuation is mechanically coupled to the actuation of the throttle element 5 (the throttle valve 5c).
  • control element 8 is to assume its closed position again, which is also ensured in a simple manner due to the design described. It is therefore not necessary to provide a separate actuation for the control element 8, with the aid of which the intake air supply of the additional air system 7 is controlled.
  • FIGS. 6a to 6d Possible structural embodiments for the control element 8 according to the exemplary embodiment according to FIGS. 2, 3 are shown in FIGS. 6a to 6d.
  • the sectional representations in each case through the channel piece 10a show different shapes for the control element 8. Analogously to FIG. 2, this is formed in FIGS. 6a, 6b as a roller segment slide 8a, the segment of the corresponding roller extending over different angular ranges. As a result, it can thus be determined at what angle of rotation of the rotary shaft 11 the additional air system 7 is opened or closed.
  • FIG. 6a, 6d Possible structural embodiments for the control element 8 according to the exemplary embodiment according to FIGS. 2, 3 are shown in FIGS. 6a to 6d.
  • the sectional representations in each case through the channel piece 10a show different shapes for the control element 8. Analogously to FIG. 2, this is formed in FIGS. 6a, 6b as a roller segment slide 8a, the segment of the corresponding roller extending over different angular ranges.
  • the control element 8 is designed as a roller rotary valve 8b with a central passage 8c which, depending on the angular position of the roller rotary valve 8b, can coincide with the duct piece 10a and thus releases the auxiliary air system 7, or else blocks it when the central passage 8c lies outside the duct section 10a.
  • the control element 8 being designed as a rotary flap 8d, which is arranged in a correspondingly enlarged section 10a 'of the channel piece 10a such that, as can be seen, the right and left sides of the rotary flap 8d are offset from one another in the enlarged section 10a 'opening channel pieces 10a are either connected to each other or interrupted by the rotary flap 8d.
  • FIGS. 4 and 5 A further exemplary embodiment of a register throttle valve connector 10 with a throttle element 5 and a control element 8, which can be actuated together in the desired manner, is shown in FIGS. 4 and 5.
  • the control element 8 which is designed analogously to FIGS. 6a-6d and is arranged in a channel piece 10a in the register throttle valve connector 10, has its own rotary shaft 11a, which is initially independently rotatable by the rotary shaft 11b of the throttle valve 5c or the throttle element 5.
  • the two rotary shafts 11a and 11b are arranged coaxially to one another, ie the rotary shaft 11a carrying the control element 8 runs within the hollow rotary shaft 11b which actuates the throttle element 5.
  • the rotary shaft 11a or the rotary shaft 11 is actuated by an electric servomotor 14, the pinion 14a of which meshes with a toothed-disk segment 15 seated on the rotary shaft 11 / 11a.
  • an electric servomotor 14 the pinion 14a of which meshes with a toothed-disk segment 15 seated on the rotary shaft 11 / 11a.
  • the two rotary shafts 11a, 11b are additionally functionally connected to one another via an entrainment device 13 that enables an initial freewheeling, such that - starting from the closed position of the throttle element 5 and the control element 8 - in one by a servomotor 14 initiated rotational movement of the control element rotary shaft 11a, the rotary shaft 11b of the throttle element 5 initially does not move and is only taken along by the rotary shaft 11a after a certain opening movement of the control element in the sense of a rotational movement now also opening the throttle element 5.
  • a drive plate 13b which is connected in a rotationally fixed manner to the rotary shaft 11b and which has a slot 13c which extends over a certain angular segment and into which a drive pin 13a which is connected to the toothed disk segment 15 of the rotary shaft 11a engages.
  • the slot 13c in the drive plate 13b enables the initial freewheeling;
  • the driving pin 13a comes to a stop on the driving plate 13b at the other end of the slot 13c, the rotary shaft 11b and thus the throttle element 5 are taken along in the sense of an opening movement when the driving pin 13a is rotated or swiveled in the direction of the arrow 9.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine quantitätsgesteuerte Brennkraftmaschine (2) mit zumindest einem im Ansaugtrakt (1) vorgesehenen Drosselorgan (5) sowie mit einem System (7) zur Einleitung von Zusatzluft in die Ansaugkanäle (6b) der einzelnen Brennkraftmaschinen-Zylinder, wobei ein Steuerorgan (8) zur Beeinflussung der Zusatzluftmenge vorgesehen ist. Die Betätigung des Steuerorganes (8) erfolgt zusammen mit der Betätigung des Drosselorganes (5), wobei ausgehend von einer Schließposition sowohl des Steuerorganes (8) als auch des Drosselorganes (5) bei einer Lasterhöhung zunächst nur das Steuerorgan (8) öffnet und hierdurch das System (7) zur Einleitung von Zusatzluft mit Ansaugluft versorgt, während das Drosselorgan (5) den Ansaugtrakt (1) zur Versorgung der Ansaugkanäle (6b) mit Ansaugluft erst bei einer weiteren Lasterhöhung freigibt. Hierdurch kann das sog. Zusatzluftsystem (7) in seinem wichtigsten Betriebsbereich, nämlich dem Niederlastbereich der Brennkraftmaschine, die größtmögliche Wirkung entfalten. Angegeben sind verschiedene Ausführungsformen des Steuerorganes (8), bspw. als erste Stufe eines Register-Drosselklappenstutzens (10), dessen zweite Stufe das Drosselorgan (5) bildet. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine quantitätsgesteuerte Brennkraftmaschine mit zumindest einem im Ansaugtrakt vorgesehenen Drosselorgan sowie mit einem System zur Einleitung von Zusatzluft in die Ansaugkanäle der einzelnen Brennkraftmaschinen-Zylinder, wobei ein Steuerorgan zur Beeinflussung der Zusatzluftmenge vorgesehen ist. Zum technischen Umfeld wird auf die DE 40 41 628 A1 verwiesen.
Wird in die Ansaugkanäle der einzelnen Zylinder einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine ziemlich nahe stromauf des jeweiligen Zylinder-Einlaßventiles ein Zusatzluftstrom eingeleitet, so kann hierdurch die Gemischaufbereitung vor sowie im Zylinder deutlich verbessert werden. Die Einleitung von Zusatzluft kann dabei über sog. luftummantelte Kraftstoff-Einspritzventile erfolgen, so wie dies in der DE 40 41 628 A1 gezeigt ist. Es ist aber auch möglich, die Zusatzluft über eine separate, beispielsweise düsenartig ausgebildete Einlaßöffnung in jeden Zylinderansaugkanal einzuleiten. Auch hiermit können zur Steigerung der Ladungsbewegung und zur Verbesserung der Verbrennungseigenschaften durch gezieltes Einbringen einer Zusatzluftmenge in den Einlaßkanal bzw. in den Brennraum gute Voraussetzungen für einen verbesserten Verbrennungsablauf geschaffen werden. Dies bewirkt einen günstigeren Kraftstoffverbrauch, höhere Restgasverträglichkeit und damit niedrigere Abgasemissionen, sowie eine verbesserte Laufruhe der Brennkraftmaschine.
Im Hinblick auf eine optimale Wirkung dieses Zusatzluftstromes insbesondere hinsichtlich verbesserter Gemischaufbereitung ist es erwünscht, in niedrigen Lastpunkten der Brennkraftmaschine, in denen ein relativ geringer Gesamt-Luftmassenstrom angesaugt wird, einen relativ hohen Zusatzluftstrom zur Verfügung zu haben, während in hohen Lastpunkten der Brennkraftmaschine, d. h. bei einem relativ hohen Gesamt-Luftmassenstrom, das Zusatzluft-System praktisch nicht benötigt wird.
Um nun den jeweils benötigten Zusatzluft-Strom wie gewünscht steuern zu können, kann ein separates Steuerorgan vorgesehen sein, welches das Zusatzluft-System mit einem Ansaugluft-Strom versorgt oder die Einleitung von Ansaugluft in das Zusatzluft-System unterbindet. Bei der DE 40 41 628 A1 ist dieses Steuerorgan als separates Luftabsperrventil ausgebildet, welches jedoch lediglich das Zusatzluft-System freigeben oder absperren kann. Die tatsächlich in das Zusatzluft-System gelangende Ansaugluftmenge wird bei diesem bekannten Stand der Technik über die Fördermenge einer separaten Luftpumpe bestimmt.
Dies ist jedoch relativ aufwendig, da nicht nur eine Vielzahl von Bauteilen, sondern auch eine separate Steuerlogik erforderlich ist. Grundsätzlich ist es nämlich möglich, ein Zusatzluft-System, welches in die Ansaugkanäle der einzelnen Brennkraftmaschinen-Zylinder einen Zusatzluft-Strom einleitet, direkt vom Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine aus zu versorgen, jedoch ist es auch hier erforderlich, für die Mengensteuerung des Zusatzluft-Stromes ein separates Steuerorgan vorzusehen.
Hierbei weitere Vereinfachungen aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigung des Steuerorganes mechanisch an die Betätigung des Drosselorganes gekoppelt ist. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
Das o.g. separate Steuerorgan ist im Hinblick auf dessen Betätigung äußerst einfach gestaltbar, wenn die Betätigung des Steuerorganes quasi zusammen mit der Betätigung des Drosselorganes erfolgt. Bevorzugt ist diese Koppelung der Betätigung so ausgebildet, daß ausgehend von einer Schließposition sowohl des Steuerorganes als auch des Drosselorganes bei einer Lasterhöhung zunächst nur das Steuerorgan öffnet und hierdurch das System zur Einleitung von Zusatzluft mit Ansaugluft versorgt, während das Drosselorgan den Ansaugtrakt zur Versorgung der Ansaugkanäle mit Ansaugluft erst bei einer weiteren Lasterhöhung freigibt. Hierdurch kann das sog. Zusatzluftsystem in seinem wichtigsten Betriebsbereich, nämlich dem Niederlastbereich der Brennkraftmaschine, die größtmögliche Wirkung zeigen.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung gelangt das Steuerorgan nach einem gewissen Öffnungsweg des Drosselorganes wieder in seine Schließposition. Damit ist die Funktion des Steuerorganes zur Versorgung des sog. Zusatzluft-Systemes derart ausgebildet, daß über dieses System keine Zusatzluft mehr in die Ansaugkanäle der einzelnen Brennkraftmaschinen-Zylinder eingeleitet wird, wenn bzw. nachdem das Drosselorgan einen bestimmten Öffnungsgrad erreicht hat und der Ansaugluftstrom der Brennkraftmaschine in einem höheren Teillast-Betriebspunkt oder auch Vollast-Betriebspunkt derselben im wesentlichen über das Drosselorgan in die Brennkraftmaschinen-Sauganlge gelangt. Dadurch stellen sich nämlich in diesen genannten Betriebspunkten ideale Einströmverhältnisse der Ansaugluft in die Ansaugkanäle ein.
Näher erläutert wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispieles, wobei
Figur 1
als erste Variante neben einem Schnitt eines erfindungsgemäßen Drosselorganes ein Zusatzluft-System für eine Brennkraftmaschine in Prinzipdarstellung zeigt, während in
Figur 2
eine zweite Variante in ähnlicher Darstellung gezeigt ist, nämlich abermals in einem Schnitt (Schnitt C-C aus Fig. 3) ein erfindungsgemäßes Drosselorgan mit einem Steuerorgan für ein Zusatzluft-System einer Brennkraftmaschine inclusive eines solches Systemes in Prinzipdarstellung.
Figur 3
zeigt die Ansicht Y aus Fig. 2 auf das Drosselorgan und Steuerorgan,
Figur 4
zeigt eine Darstellung analog Fig. 3 eines weiteren Ausführungsbeispieles, von welchem in
Figur 5
die Ansicht X gezeigt ist.
Die Figuren 6a - 6d
zeigen ferner verschiedene Ausführungsformen für das Steuerorgan, und zwar jeweils den Schnitt B-B aus Fig. 3 oder Fig. 4.
Dabei sind stets gleiche Bezugsziffern für die gleichen Elemente verwendet.
Mit der Bezugsziffer 1 ist der Ansaugtrakt einer quantitätsgesteuerten, mehrzylindrigen Brennkraftmaschine 2 bezeichnet. Bestandteile des Ansaugtraktes 1 sind wie üblich ein Ansaug-Luftfilter 3, ein Luftmassenmesser 4, ein die Quantitätssteuerung vornehmendes Drosselorgan 5, sowie eine Sauganlage 6, wobei diese einzelnen Elemente selbstverständlich durch Luftleitungen miteinander verbunden sind. Teilweise ist die Strömungsrichtung der Ansaugluft durch Pfeile dargestellt.
Die Sauganlage 6 besitzt wie üblich ein Sammelvolumen 6a sowie mehrere Ansaugkanäle 6b, die vom Sammelvolumen 6a zu den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine 2 führen.
Bestandteil des Ansaugtraktes 1 ist ferner ein sog. Zusatzluft-System 7, über welches in die einzelnen Ansaugkanäle 6b der Sauganlage 6 Zusatzluftströme eingeleitet werden können, die vom Ansaugluftstrom der Brennkraftmaschine 2 abgezweigt werden. Hierfür kann an einer beliebigen Stelle des Ansaugtraktes 1 jedoch bevorzugt stromab des Luftmassenmessers 4 ein sog. Luftabzweig 7a vorgesehen sein, von dem eine Luftleitung 7b in die Nähe der Sauganlage 6 führt, wo sie sich in einzelne Einleit-Düsen 7c, von denen jeweils eine in einen Ansaugkanal 6b mündet, verzweigt. Selbstverständlich können anstelle der Düsen 7c auch geeignete Bohrungen oder Schlitze in den Ansaugkanälen 6b vorgesehen sein.
Wie eingangs erläutert dient dieses Zusatzluft-System 7 der Verbesserung der Gemischaufbereitung in den Ansaugkanälen 6b, in welchen selbstverständlich zusätzlich nicht gezeigte Kraftstoff-Einspritzventile münden (können). Vorgesehen ist desweiteren ein Steuerorgan 8, mit Hilfe dessen die dem Zusatzluft-System 7 zugeführte bzw. die der Brennkraftmaschine 2 über das Zusatzluft-System 7 zugeführte Zusatzluftmenge veränderbar ist.
Beim ersten Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ist das Steuerorgan 8 in das Drosselorgan 5 integriert, wie im folgenden näher erläutert wird. Wie ersichtlich ist das Drosselorgan 5 als eine in einem Drosselklappenstutzen 5a um eine Drehachse 5b verschwenkbare Drosselklappe 5c - und somit wie bei Brennkraftmaschinen üblich - ausgebildet.
Abweichend von den üblichen Drosselklappen-Ausbildungen ist hier jedoch im Drosselklappenstutzen 5a der sog. Luftabzweig 7a des Zusatzluft-Systemes 7 vorgesehen. Gleichzeitig trägt die Drosselklappe 5c auf einem Oberflächensegment einen Aufsatz, der die Funktion des Steuerorganes 8 übernimmt und somit als Aufsatz 8' bezeichnet ist. In der hier dargestellten geschlossenen Position der Drosselklappe 5c, die gemäß Pfeilrichtung 9 in ihre offene Position verschwenkt werden kann, verschließt dieser Aufsatz 8' den seitlich desselben im Drosselklappen-Stutzen 5a vorgesehenen, als Durchtrittsöffnung ausgebildeten Luftabzweig 7a.
Wird nun ausgehend von der in Fig. 1 gezeigten geschlossenen Position die Drosselklappe 5c geringfügig gemäß Pfeilrichtung 9 verschwenkt und führt demzufolge eine geringfügige Öffnungsbewegung aus, so wird der Luftabzweig 7a freigegeben, so daß zumindest ein Teil der vom Luftmassenmesser 4 herangeführten Ansaugluft in das Zusatzluft-System 7 und zwar genauer in die Luftleitung 7b desselben gelangen kann.
Dabei ist der Strömungsweg für die Ansaugluft durch den Drosselklappen-Stutzen 5a hindurch direkt in das Sammelvolumen 6a der Sauganlage 6 noch weitgehend abgesperrt, u. a. auch aufgrund der kugeligen Formgebung der Innenwand des Drosselklappenstutzens 5a im Bereich der Drosselklappe 5c. Wie ersichtlich ist dieser im Bereich der Drosselklappe 5c liegende Innenwandabschnitt des Drosselklappen-Stutzens 5a nämlich bevorzugt als Kugelzone ausgebildet.
Erst wenn der Luftabzweig 7a durch das Steuerorgan 8 bzw. durch den Aufsatz 8' der Drosselklappe 5c vollständig geöffnet ist und die Drosselklappe 5c dann noch ein geringes Stück weiter im Sinne einer Öffnungsbewegung (Pfeilrichtung 9) bewegt wird, ist die drosselnde Funktion der Drosselklappe 5c so weit herabgesetzt, daß der Großteil des Ansaugluftstromes auf direktem Wege durch den Drosselklappen-Stutzen 5a hindurch in die Sauganlage 6 und zwar in das Sammelvolumen 6a derselben gelangt.
Indem beim soeben erläuterten Ausführungsbeispiel nach Figur 1 das Steuerorgan 8 als Aufsatz 8' auf der Drosselklappe 5c selbst angeordnet ist, ergibt sich bei jeder Betätigung der Drosselklappe 5c zwangsweise auch eine Betätigung des Steuerorganes 8, und zwar in der gewünschten Weise. Es ist nämlich erwünscht, daß bei geschlossener Drosselklappe 5c auch das Steuerorgan 8 geschlossen ist, so daß in das Zusatzluft-System 7 kein Ansaugluftstrom gelangen kann. Bei einer geringfügigen Öffnung der Drosselklappe 5c hingegen soll zunächst im wesentlichen nur das Zusatzluft-System 7 mit Ansaugluft versorgt werden, während erst bei einer weitergehenden Öffnungsbewegung der Drosselklappe 5c auch die vollständige Sauganlage 6, d. h. das Sammelvolumen 6a derselben mit Ansaugluft versorgt werden soll. Eben dies ist auf einfache Weise mit dem gezeigten Steuerorgan 8 möglich, nachdem dessen Betätigung mechanisch an die Betätigung des Drosselorganes 5 bzw. der Drosselklappe 5c gekoppelt ist. Es ist somit nicht erforderlich, für das Steuerorgan 8, mit Hilfe dessen die Ansaugluftversorgung des Zusatzluft-Systemes 7 gesteuert wird, eine separate Betätigung vorzusehen.
Eine weitere Möglichkeit zur mechanischen Koppelung der Betätigung des Steuerorganes 8 an die Betätigung des Drosselorganes 5 liegt in der Verwendung einer an sich bekannten Register-Drosselklappe, bei welcher zwei Drosselklappen oder dgl. zueinander parallelgeschaltet sind und im Rahmen einer Öffnungsbewegung quasi stufenweise, d. h. im wesentlichen nacheinander geöffnet werden. Im Zusammenhang mit einem Vergaser einer Brennkraftmaschine ist eine derartige Register-Drosselklappe beispielsweise in Fig. 2 der DE 32 39 577 A1 gezeigt. Für den vorliegenden Anwendungsfall wird dann ebenfalls vorgeschlagen, die beiden Stufen einer Register-Drosselklappe, die parallel zueinander verlaufenden Kanälen im Ansaugtrakt 1 zugeordnet sind, nacheinander zu öffnen. Dabei versorgt die erste Stufe zumindest vorrangig das Zusatzluft-System 7, während die zweite Stufe dem Sammelvolumen 6a der Sauganlage 6 zugeordnet ist. Wird die Drosselklappe in ihrer Gesamtheit nur geringfügig geöffnet - dies geschieht wie üblich vom Gaspedal des Fahrzeuges aus, so die Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug eingebaut ist - so öffnet sich zunächst nur die erste Stufe, wodurch insbesondere das Zusatzluft-System 7 mit Ansaugluft versorgt wird. Erst bei einer weitergehenden Betätigung des Gaspedals und dementsprechenden weitergehenden Öffnungsbewegung des Drosselorganes 5 bzw. der Register-Drosselklappe wird auch die zweite Stufe geöffnet. Auch hier liegt somit eine einfache und vorteilhafte mechanische Kopplung der Betätigung des Steuerorganes 8 für das Zusatzluft-System 7 an die Betätigung des üblichen Drosselorganes 5, welches der Quantitätssteuerung der Brennkraftmaschine dient, vor.
Ein bevorzugtes derartiges System mit einem Register-Drosselklappenstutzen 10 ist in Figur 2 dargestellt und in den weiteren Figuren 3 bis 6d weiter ausgebildet. Hierbei ist das Steuerorgan 8 - wie Fig. 2 zeigt - stromab des Luftabzweiges 7a in der Luftleitung 7b des Zusatz-Luftsystemes 7 vorgesehen.
Somit ist bei den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 2 bis 6d das Steuerorgan 8 in einem an sich bekannten Register-Drosselklappenstutzen 10 integriert, der ferner das Drosselorgan 5 enthält. Dabei stellt das Steuerorgan 8 sozusagen die erste Stufe des Register-Drosselklappen-Stutzens 10 dar, während das als herkömmliche Drosselklappe 5c ausgebildete und in einem Kanalstück 10b, welches Bestandteil des Drosselklappen-Stutzens 10 ist, angeordnete Drosselorgan 5 dessen zweite Stufe bildet.
Beim zunächst erläuterten Ausführungsbeispiel nach den Figuren 2 und 3 sitzen die Drosselklappe 5c und das Steuerorgan 8, welches als Walzensegmentschieber 8a ausgebildet und in einem Kanalstück 10a des Register-Drosselklappenstutzens 10, welches Bestandteil der Luftleitung 7b ist, angeordnet ist, auf einer gemeinsamen Drehwelle 11. Durch Verdrehen dieser Drehwelle 11 um deren Drehachse können somit sowohl die Drosselklappe 5c als auch das Steuerorgan 8 bzw. der Walzensegmentschieber 8a in bzw. gegen Pfeilrichtung 9 verschwenkt werden.
Dabei zeigen die Figuren 2, 3 deutlich den Aufbau des Register-Drosselklappenstutzens 10, der sowohl das Drosselorgan 5 in einem zugeordneten Kanalstück 10b, als auch (danebenliegend) das Steuerorgan 8 im zugeordneten Kanalstück 10a enthält. Die Führung des Schnittes C-C in Fig. 3 macht dabei deutlich, daß sich bei der Darstellung in Fig. 2 das Kanalstück 10b hinter dem Kanalstück 10a befindet. Dementsprechend ist die untere Hälfte der Drosselklappe 5c in Fig. 2 gestrichelt dargestellt.
Nun befinde sich zunächst das Drosselorgan 5 bzw. die Drosselklappe 5c in einer in Fig. 2 gezeigten geschlossenen Position. Für den Betrieb der Brennkraftmaschine im Leerlauf und dem sich daran anschließenden Teillastgebiet ist es von Vorteil, die gesamte für diese Betriebszustände benötigte Luftmenge über einen Leckluftspalt des Drosselorganes 5c und den jeweils freigegebenen Querschnitt des Steuerorganes 8 der Brennkraftmaschine über das Zusatzluftsystem 7 zuzuführen. Das Steuerorgan 8 bzw. der Walzensegmentschieber 8a nimmt dabei im Leerlaufbetriebspunkt abweichend von der Darstellung in Fig. 2 eine Zwischenposition zwischen vollständig geöffnet (dies ist in Fig.2 gezeigt) und vollständig geschlossen (dies ist in den Figuren 6a, 6b gezeigt) ein. Dies führt durch die gute Dosierbarkeit einerseits und durch die günstigere Gemischaufbereitung andererseits zu einer verbesserten Leerlaufqualität.
Wird nun ausgehend vom Leerlaufbetriebspunkt eine Lasterhöhung der Brennkraftmaschine eingeleitet, so wird ausgehend von der noch geschlossenen Position des Drosselorganes 5 durch Verdrehen der Drehwelle 11 neben dem Steuerorgan 8 bzw. dem Walzensegmentschieber 8a zusätzlich auch die Drosselklappe 5c gemäß Pfeilrichtung 9 verschwenkt. Durch das Steuerorgan 8 wird der freie Querschnitt des Kanalstuckes 10a vergrößert und nimmt schließlich die in Fig 2 gezeigte Position an. Hierdurch kann ausgehend vom Luftabzweig 7a der weitaus größte Teil der vom Luftmassenmesser 4 herangeführten Ansaugluft in das Zusatzluft-System 7 und zwar genauer über die Luftleitung 7b desselben zu den Düsen 7c gelangen. Dabei ist der Strömungsweg für die Ansaugluft durch das Kanalstück 10b des Drosselklappen-Stutzens 10 hindurch direkt in das Sammelvolumen 6a der Sauganlage 6 zumindest bei einer geringfügigen Lasterhöhung - wie in Fig. 2 gezeigt - noch weitgehend abgesperrt, und zwar aufgrund der kugeligen Formgebung der Innenwand dieses Kanalstückes 10b im Bereich der Drosselklappe 5c. Auch hier ist nämlich dieser im Bereich der Drosselklappe 5c liegende Innenwandabschnitt des Kanalstückes 10b bevorzugt als Kugelzone ausgebildet.
Im Falle einer weiteren Lasterhöhung der Brennkraftmaschine wird die Drosselklappe 5c weiter im Sinne einer Öffnungsbewegung (Pfeilrichtung 9) bewegt, wonach die drosselnde Funktion der Drosselklappe 5c so weit herabgesetzt ist, daß der Großteil des Ansaugluftstromes auf direktem Wege durch das Kanalstück 10b in die Sauganlage 6 und zwar in das Sammelvolumen 6a derselben gelangt. Dann wird die Brennkraftmaschine in einem höheren Teillast-Betriebspunkt oder unter Vollast betrieben.
Da in diesen Betriebspunkten keine Zusatzluft über das Zusatzluft-System 7 in die Ansaugkanäle 6b gelangen soll, geht jedoch diese weitere Öffnungsbewegung der Drosselklappe 5c gemäß Pfeilrichtung 9 mit einer Schließbewegung des Steuerorganes 8 einher. Nach einem gewissen Öffnungsweg des Drosselorganes 5 gelangt somit der ebenfalls gemäß Pfeilrichtung 9 weiterverschwenkte Walzensegmentschieber 8a in eine das Kanalstück 10a verschließende Position, wobei nun die in Fig. 2 linke Hälfte des Walzensegmentschiebers 8a das Kanalstück 10a absperrt, wohingegen bei der oben erläuterten Ausgangsposition nach den Fig. 6a, 6b dieses Absperren mit der rechten Hälfte des Walzensegmentschiebers 8a erfolgte.
Durch einfach optimierbare geometrische Gestaltung des Steuerorganes 8 ergibt sich bei jeder Betätigung des Drosselorganes 5 zwangsweise auch eine Betätigung des Steuerorganes 8, und zwar in der gewünschten Weise. Zum ersten ist es nämlich erwünscht, daß bei geschlossener Drosselklappe 5c auch das Steuerorgan 8 geschlossen ist, so daß in das Zusatzluft-System 7 kein Ansaugluftstrom gelangen kann. Bei einer geringfügigen Öffnung der Drosselklappe 5c hingegen soll zunächst im wesentlichen nur das Zusatzluft-System 7 mit Ansaugluft versorgt werden, während erst bei einer weitergehenden Öffnungsbewegung der Drosselklappe 5c auch die vollständige Sauganlage 6, d. h. das Sammelvolumen 6a derselben mit Ansaugluft versorgt werden soll. Eben dies ist auf einfache Weise auch mit diesem Steuerorgan 8 möglich, nachdem dessen Betätigung mechanisch an die Betätigung des Drosselorganes 5 (der Drosselklappe 5c) gekoppelt ist.
Zum zweiten soll nach einem gewissen Öffnungsweg des Drosselorganes 5 das Steuerorgan 8 wieder seine Schließposition einnehmen, was aufgrund der beschriebenen Gestaltung ebenso auf einfache Weise gewährleistet ist. Es ist somit nicht erforderlich, für das Steuerorgan 8, mit Hilfe dessen die Ansaugluftversorgung des Zusatzluft-Systemes 7 gesteuert wird, eine separate Betätigung vorzusehen.
Mögliche konstruktive Ausführungsformen für das Steuerorgan 8 gemäß dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2, 3 sind in den Figuren 6a bis 6d dargestellt.
Die Schnittdarstellungen jeweils durch das Kanalstück 10a zeigen verschiedene Formen für das Steuerorgan 8. Analog Fig. 2 ist dieses in den Figuren 6a, 6b als Walzensegmentschieber 8a ausgebildet, wobei sich das Segment der entsprechenden Walze über unterschiedliche Winkelbereiche erstreckt. Hierdurch ist somit festlegbar, nach welchem Drehwinkel der Drehwelle 11 das Zusatzluftsystem 7 geöffnet bzw. geschlossen wird.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 6c ist das Steuerorgan 8 als Walzendrehschieber 8b mit einem zentralen Durchlass 8c ausgebildet, der in Abhängigkeit von der Winkelposition des Walzendrehschiebers 8b mit dem Kanalstück 10a zur Deckung kommen kann und somit das Zusatzluftsystem 7 freigibt, oder aber dieses absperrt, wenn der zentrale Durchlass 8c außerhalb des Kanalstückes 10a liegt.
Gleiches gilt beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 6d, wobei das Steuerorgan 8 als Drehklappe 8d ausgebildet ist, die derart in einem entsprechend erweiterten Abschnitt 10a' des Kanalstückes 10a angeordnet ist, daß die wie ersichtlich rechtseitig und linksseitig der Drehklappe 8d versetzt zueinander im erweiterten Abschnitt 10a' mündenden Kanalstücke 10a entweder miteinander verbunden oder durch die Drehklappe 8d unterbrochen werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Register-Drosselklappen-Stutzen 10 mit einem Drosselorgan 5 sowie einem Steuerorgan 8, welche in der gewüschten Weise gemeinsam betätigt werden können, ist in den Fig. 4 und 5 gezeigt.
Hier weist das analog den Figuren 6a - 6d ausgebildete und in einem Kanalstück 10a im Register-Drosselklappen-Stutzen 10 angeordnete Steuerorgan 8 eine eigene, von der Drehwelle 11b der Drosselklappe 5c bzw. des Drosselorganes 5 zunächst unabhängig verdrehbare Drehwelle 11a auf. Dabei sind jedoch die beiden Drehwellen 11a und 11b koaxial zueinander angeordnet, d.h. die das Steuerorgan 8 tragende Drehwelle 11a verläuft innerhalb der hohlen das Drosselorgan 5 betätigenden Drehwelle 11b.
Analog den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 bis 3 erfolgt die Betätigung der Drehwelle 11a bzw. der Drehwelle 11 durch einen elektrischen Stellmotor 14, dessen Ritzel 14a mit einem auf der Drehwelle 11/11a sitzenden Zahnscheibensegment 15 kämmt.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 und Fig. 5 sind zusätzlich die beiden Drehwellen 11a, 11b über eine einen anfänglichen Freilauf ermöglichende Mitnehmervorrichtung 13 derart funktional miteinander verbunden, daß - ausgehend von der Schließposition des Drosselorganes 5 und des Steuerorganes 8 - bei einer durch einen Stellmotor 14 initiierten Verdrehbewegung der Steuerorgan-Drehwelle 11a die Drehwelle 11b des Drosselorganes 5 zunächst nicht bewegt und erst nach einer gewissen Öffnungsbewegung des Steuerorganes von der Drehwelle 11a im Sinne einer nun auch das Drosselorgan 5 öffnenden Verdrehbewegung mitgenommen wird. Realisiert ist dies durch eine mit der Drehwelle 11b drehfest verbundene Mitnehmerscheibe 13b, die einen sich über ein gewisses Winkelsegment erstreckenden Schlitz 13c aufweist, in welche ein Mitnehmerstift 13a, der mit dem Zahnscheibensegment 15 der Drehwelle 11a verbunden ist, eingreift. Der Schlitz 13c in der Mitnehmerscheibe 13b ermöglicht dabei wie ersichtlich den anfänglichen Freilauf; kommt jedoch der Mitnehmerstift 13a am anderen Ende des Schlitzes 13c an der Mitnehmerscheibe 13b zum Anschlag, so wird bei einer weiteren Verdreh- oder Verschwenkbewegung des Mitnehmerstiftes 13a gemäß Pfeilrichtung 9 die Drehwelle 11b und somit das Drosselorgan 5 im Sinne einer Öffnungsbewegung mitgenommen. Mit dieser Mitnehmervorrichtung 13 ist es somit nicht erforderlich, die Kanalwand 10b im Bereich der Drosselklappe 5c in Form einer Kugelzone auszubilden, welche -wie bereits erläutert- ausgehend von der Schließposition zunächst ein Verschwenken der Drosselklappe 5c ermöglicht, ohne daß hierbei das Kanalstück 10b freigegeben wird.
Daneben sind selbstverständlich eine Vielzahl weiterer Ausführungsformen möglich, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Claims (8)

  1. Quantitätsgesteuerte Brennkraftmaschine (2) mit zumindest einem im Ansaugtrakt (1) vorgesehenen Drosselorgan (5) sowie mit einem System (7) zur Einleitung von Zusatzluft in die Ansaugkanäle (6b) der einzelnen Brennkraftmaschinen-Zylinder, wobei ein Steuerorgan (8) zur Beeinflussung der Zusatzluftmenge vorgesehen ist,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigung des Steuerorganes (8) mechanisch an die Betätigung des Drosselorganes (5) gekoppelt ist.
  2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselorgan (5) ausgehend von seiner geschlossenen Position bei einer geringfügigen Öffnungsbewegung (Pfeilrichtung 9) zunächst im wesentlichen nur das Zusatzluft-System (7) mit Ansaugluft versorgt, und erst bei einer weitergehenden Öffnungsbewegung auch die vollständige Sauganlage (6) der Brennkraftmaschine (2).
  3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselorgan (5) als eine in einem Drosselklappen-Stutzen (5a) um eine Drehachse (5b) verschwenkbare Drosselklappe (5c) ausgebildet ist, die als Steuerorgan (8) auf einem Oberflächensegment einen Aufsatz (8') trägt, der in der geschlossenen Position der Drosselklappe (5c) einen seitlich des Aufsatzes (8') im Drosselklappen-Stutzen (5a) vorgesehenen Luftabzweig (7a) für das Zusatzluft-System (7) verschließt, und diesen Luftabzweig (7a) bei einer geringfügigen Öffnungsbewegung (Pfeilrichtung 9) der Drosselklappe (5c) zumindest teilweise freigibt.
  4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselorgan (5) als zweite Stufe eines Register-Drosselkappen-Stutzens (10) ausgebildet ist, dessen erste Stufe das Steuerorgan (8) für das Zusatzluft-System (7) bildet.
  5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand des Drosselklappen-Stutzens (5a, 10) im Bereich der Drosselklappe (5c) in Form einer Kugelzone ausgebildet ist.
  6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 und 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan (8) nach einem gewissen Öffnungsweg des Drosselorganes (5) wieder in seine Schließposition gelangt.
  7. Brennkraftmaschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan (8) als Walzendrehschieber (8b) oder als Walzensegmentschieber (8a) ausgebildet ist.
  8. Brennkraftmaschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß für die Drosselklappe (5c) und für das daneben angeordnete Steuerorgan (8) koaxial verlaufende Drehwellen (11a, 11b) vorgesehen sind, wobei die Drehwelle (11b) der Drosselklappe (5c) über eine einen anfänglichen Freilauf ermöglichende Mitnehmervorrichtung (13) mit dem Antrieb der Steuerorgan-Drehwelle (11a) verbunden ist.
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