[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
[0002] Eine solche Vorrichtung ist aus dem Handbuch "Autoelektrik, Autoelektronik am Ottomotor"
der Firma Bosch bekannt. Die Drosselklappe und das Sperrventil sind dabei mit voneinander
unabhängig betätigbaren Antriebsmitteln versehen. Die bekannte Vorrichtung ist hierdurch
äußerst teuer herzustellen. Sie zeichnet sich außerdem durch eine nur wenig befriedigende
Betriebssicherheit aus.
[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten
Art derart weiterzuentwickeln, daß sich bei kostengünstigerer Herstellbarkeit eine
wesentlich verbesserte Betriebssicherheit ergibt.
[0004] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art
mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen
nehmen die Ansprüche 2 bis 16 Bezug.
[0005] Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es vorgesehen, daß die Antriebsmittel des
Sperrventils und der Drosselklappe durch eine gemeinsame Betätigungseinrichtung nur
gemeinsam betätigbar sind. Die Vorrichtung läßt sich hierdurch kostengünstig herstellen
und montieren. Sie zeichnet sich außerdem durch eine ausgezeichnete Betriebssicherheit
aus, wobei sich überraschenderweise bereits dann eine deutliche Verminderung von umweltbelastenden
Abgasemissionen ergibt, wenn auf eine ergänzende Verwendung von elektronischen Steuereinrichtungen
verzichtet wird. Eine Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung empfiehlt sich
dadurch insbesondere bei der Ausstattung von solchen Verbrennungskraftmaschinen, bei
denen einer kostengünstigen Verfügbarkeit der benötigten Teile größere Aufmerksamkeit
gewidmet wird.
[0006] Die Ausbildung der Vorrichtung hängt maßgeblich von der Gestaltung des Antriebsmittels
von Sperrventil und Drosselklappe ab. Im Normalfall ist davon auszugehen, daß die
Drosselklappe unverdrehbar auf einer Betätigungswelle festgelegt und durch eine Relativverdrehung
der Betätigungswelle im gewünschten Maße verstellbar ist. Bei Sperrventilen ist es
demgegenüber eher gebräuchlich, durch eine geradlinige Hin- und Herbewegung eines
Stellgliedes eine Veränderung des Durchflußquerschnittes zu erzielen. Das gemeinsame
Betätigen eines solchen Sperrventils und einer solchen Drosselklappe erfordert daher
die Verwendung von Betätigungsmitteln, die geeignet sind, eine hin- und hergehende
Bewegung in eine Drehbewegung umzuwandeln. Diesbezüglich ist eine Vielzahl mechanischer
Hilfsmittel bekannt.
[0007] Durch die Verwendung eines Spindeltriebs besteht die Möglichkeit, das Stellglied
des Ventils auf einer Bewegungsachse anzuordnen, die eine Verlängerung der Rotationsachse
der Drosselklappenwelle bildet. Die Herstellung ist besonders einfach und es ergibt
sich der weitere Vorteil, daß das Gehäuse des Ventils in unmittelbarer Nähe des Ansaugrohres
angebracht werden kann und gegebenenfalls als integrierter Bestandteil desselben.
[0008] Bei einer Ausführung, bei der die Betätigungseinrichtung als Kurventrieb gestaltet
ist, resultiert eine vereinfachte Möglichkeit, die Öffnungscharakteristika der Drosselklappe
einerseits und des Ventils andererseits in der Weise aneinander anzupassen, daß sich
ein optimiertes Betriebsverhalten der jeweiligen Verbrennungskraftmaschine ergibt.
Zweckmäßigerweise wird eine solche Kurvenscheibe austauschbar befestigt, was es ermöglicht,
eine ansonsten identisch gestaltete Vorrichtung durch einfachen Austausch der Kurvenscheibe
für Verbrennungskraftmaschinen unterschiedlicher Größe brauchbar zu machen.
[0009] Die Betätigungseinrichtung kann einen Zahnstangentrieb umfassen, was es gestattet,
große räumliche Entfernungen zwischen der Drosselklappenwelle und dem Stellglied des
Ventils zu überbrücken. Ein ähnlicher Vorteil resultiert bei einer Ausführung, bei
der die Betätigungseinrichtung durch einen Pleueltrieb gebildet ist. Im letztgenannten
Falle sind die Herstellkosten vergleichsweise geringer, es ist jedoch erforderlich,
eine statische Vorlast, beispielsweise durch eine Druckfeder, zu erzeugen, um unerwünschtes
Spiel zu unterdrücken.
[0010] Bei Verwendung von Ventilen, bei denen das Stellglied durch eine Relativverdrehung
betätigbar ist, besteht demgegenüber die Möglichkeit, eine Schubstangenverbindung
zwischen der Drosselklappenwelle und der Welle des entsprechenden Stellgliedes des
Ventiles vorzusehen. Dabei besteht zugleich die Möglichkeit, in Abhängigkeit von den
radialen Abständen zwischen der jeweiligen Anlenkstelle der Schubstange und der Drehachse
des Stellgliedes die Öffnungscharakteristika in gezielter Weise aneinander anzupassen.
[0011] Bowdenzüge ermöglichen die Realisierung einer schwingungstechnischen Abkopplung des
Ventils von der Drosselklappenwelle. Die Dauerhaltbarkeit wird hierdurch verbessert.
Eine Verwendung von Nockentrieben ist ebenfalls möglich.
[0012] Die Betätigungseinrichtung des Ventils kann einen Servoantrieb umfassen, der auf
der Grundlage einer elektrischen, hydraulischen oder pneumatischen Kopplung durch
die Drosselklappe oder deren Antriebsmittel gesteuert ist. Die Ansteuerungscharakteristik
des Ventils läßt sich bei solchen Ausführungen besonders einfach speziellen Erfordernissen
des Anwendungsfalles anpassen.
[0013] Um während einer sehr langen Gebrauchsdauer der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine
gleichbleibende Ansteuerungscharakteristik zu erhalten, hat es sich als vorteilhaft
bewährt, wenn das Sperrventil ein Schließglied aufweist, das mit einem Ventilsitz
in Eingriff bringbar ist, wobei das Schließglied und/oder der Ventilsitz selbsthemmend
auf dem jeweils zugeordneten Antriebs- bzw. Haltemittel in Bewegungsrichtung des Schließgliedes
angeordnet sind, so daß sich in der Offenstellung des Sperrventils stets ein Übertrittsquerschnitt
von übereinstimmender Größe ergibt. Der Ventilsitz kann beispielsweise durch die Stirnseite
eines Rohres gebildet sein, welches sich achsparallel zur Bewegungsrichtung des Schließgliedes
erstreckt und das mittels eines elastischen Dichtungselementes selbsthemmend in einer
umschließenden Bohrung aufgenommen ist. Auch beim Auftreten von Anbackungserscheinungen
im Bereich der Stirnseite ergibt sich in diesem Falle unabhängig von der Gebrauchsdauer
stets ein übereinstimmender Öffnungsquerschnitt. Eine entsprechende Befestigung ist
selbstverständlich auch auf Seiten des Schließgliedes möglich. In diesem Falle ist
es lediglich erforderlich, das Schließglied als solches unabhängig von seinem eigentlichen
Antriebsmittel auszubilden und an diesem entsprechend den vorstehenden Darlegungen
verschiebbar festzulegen.
[0014] Der Hilfsantrieb des Ventils kann ein Federelement umfassen, um einen Spielausgleich
der zur Anwendung gelangenden Betätigungsmittel zu bewirken. Zweckmäßigerweise ist
die Feder dabei als Druckfeder gestaltet und so angeordnet, daß sie bei einer Entlastung
eine Überführung des Stellgliedes des Ventils in eine Geschlossenstellung bewirkt.
[0015] Es besteht auch die Möglichkeit, die Drosselklappe und das Sperrventil durch eine
elektrische Welle zu verbinden und auf diese Weise gemeinsam betätigbar zu machen.
Der in diesem Falle zur Anwendung gelangende Hilfsantrieb kann mindestens einen signalbetätigbaren
Servo-Motor umfassen, wobei der Servo-Motor signalleitend mit einem Betriebskenndaten
der Verbrennungskraftmaschine bestimmenden Steuergerät verbunden ist. Hierdurch läßt
sich erreichen, daß sich eine optimale Ansteuerung des Sperrventils auch dann ergibt,
wenn die tatsächlichen Betriebsdaten der Verbrennungskraftmaschine in erheblichem
Maße von den normalen Gegebenheiten abweichen, was beispielsweise bei einer Betriebsstörung
der Fall sein kann.
[0016] Der Hilfsantrieb kann einen Elektromagneten umfassen. Er läßt sich in einem solchen
Falle kostengünstig erhalten und besonders einfach ansteuern.
[0017] Die Antriebseinrichtung des Sperrventils kann mit einer Einrichtung zum relativ verzögerten
Öffnen und zum drosselklappensynchronen Schließen versehen sein. Eine solche Einrichtung
kann beispielsweise durch einen unsymmetrischen Strömungsmitteldämpfer gebildet sein.
Entsprechende Strömungsmitteldämpfer sind an sich bekannt. Sie gelangen beispielsweise
im Bereich der Radfederung von Kraftfahrzeugen zur Anwendung.
[0018] Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend anhand der als Anlage beigefügten Skizze
weiter verdeutlicht:
[0019] Die Skizze zeigt in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zum dosierten Einleiten
von Verbrennungsgasen in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine 22 mit einem
Ansaugrohr 6, in dem eine Drosselklappe 3 angeordnet ist und einem Abgasrohr 23, wobei
das Ansaugrohr 6 und das Abgasrohr 23 durch eine Leitung 20 mit einem darin enthaltenen
Sperrventil 1 verbunden sind und wobei dem Sperrventil 1 und der Drosselklappe 3 Antriebsmittel
zur Überführung in eine Offenstellung zugeordnet sind. In dem Ansaugrohr 6 ist eine
Drosselklappe 3 angeordnet, welche unverdrehbar an dem Außenumfang einer Drosselklappenwelle
14 festgelegt ist. Die Drosselklappenwelle 14 ist außerhalb des Ansaugrohres 6 mit
einem Zahnkranz versehen, der mit einer Zahnstange 16 in Eingriff steht. Diese ist
durch ein Gestänge 12 mit dem Fahrpedal 24 verbunden und in eine hin- und hergehende
Relativbewegung versetzbar, wobei sich eine Relativverdrehung der Drosselklappenwelle
14 ergibt und damit zugleich eine Veränderung der Zuordnung der Drosselklappe zu der
sie umschließenden Wandung des Ansaugrohres 6. Das je Zeiteinheit durch das Ansaugrohr
6 durchsetzbare Gasvolumen läßt sich hierdurch nach Bedarf verändern.
[0020] An der Zahnstange 16 ist eine Kurvenscheibe 17 befestigt. Diese ist mit einer Kurvenbahn
13 versehen, welche mit einer Rolle 25 des Stellgliedes 15 des Sperrventiles 1 im
Eingriff steht. Die Andrückung der Rolle 25 an die Kurvenbahn 13 bewirkt eine Andrückfeder
10, welche einerseits auf einem in radialer Richtung nach außen vorspringenden Ansatz
des Stellgliedes 15 abgestützt ist und andererseits auf einem Bestandteil des Gehäuses
11 des Sperrventils 1. Das Schließglied 29 des Sperrventils 1 wird hierdurch bei einer
Relativverschiebung des Stellgestänges 12 nach links selbsttätig in eine Offenstellung
überführt. In Abhängigkeit von der Gestalt der Kurvenbahn 13 gelangt es hierbei definiert
in eine Offenstellung, wodurch je Zeiteinheit eine Abgasmenge definierter Größe aus
dem Abgasrohr 23 in das Ansaugrohr 6 überführt wird. In Abhängigkeit von der Ausbildung
der Kurvenbahn 13 lassen sich die diesbezüglichen Gegebenheiten den Erfordernissen
des speziellen Anwendungsfalles angleichen. Das Verhältnis des der Verbrennungskraftmaschine
22 je Zeiteinheit durch das Ansaugrohr 6 zugeführten Gemisches aus Frisch- und Abgasen
läßt sich hierdurch im erforderlichen Maße verändern.
[0021] Um im langfristigen Gebrauch eine unveränderliche Öffnungscharakteristik des Sperrventils
1 zu erreichen ist es bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel vorgesehen, das zugehörige
Schließglied 29 und den zugehörigen Ventilsitz 28 in Öffnungsrichtung selbsthemmend,
jedoch verschiebbar auf den zugehörigen Tragteilen abzustützen. Hierzu ist das Schließglied
29 mittels elastisch verformter Dichtringe 26 aus wärmebeständigem Werkstoff auf einem
sich parallel zur Öffnungsrichtung erstreckenden, säulenförmigen Abschnitt des Stellgliedes
15 abgestützt und der durch die Stirnseite eines Rohres gebildete Ventilsitz 28 in
gleicher Weise mittels zweier elastischer Dichtringe 27 in einer sich parallel zur
Öffnungsrichtung erstreckenden Bohrung des Gehäuses 11. In Abhängkeit vom Umfang der
sich bei längerer Dauer der Benutzung ergebenden Anbackungen im Bereich der miteinander
in Eingriff bringbaren Flächen des Schließgliedes 29 und des Ventilsitzes 28 resultiert
ein entsprechend große Relativverschiebung beider Teile in der Schließstellung, wodurch
sich bei der anschließenden Betätigung eine völlig unveränderte Öffnungscharakteristik
ergibt. Ein entsprechender Effekt läßt sich ebenfalls erreichen, wenn nur eines der
beiden Teile relativ verschiebbar abgestützt ist.
[0022] Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Hilfsantrieb 4 für das Sperrventil
1 vorgesehen. Dieser besteht aus einem auf der Zahnstange 16 abgestützten Elektromagneten,
der mit der Kurvenscheibe 17 verbunden ist und es ermöglicht, diese in Abhängigkeit
von besonderen Gegebenheiten parallel zur Längsrichtung der Zahnstange 16 zu verschieben
und auf diese Weise die Öffnungcharakteristik des Sperrventils 1 in bezug auf die
Drosselklappe 3 zu verändern und besonderen Gegebenheiten anzupassen. Für die Erzielung
eines optimalen Betriebsverhaltens ist diese Möglichkeit von großem Vorteil. Sie ist
gegebenenfalls verzichtbar und die Kurvenscheibe in diesem Falle in starrer Weise
an der Zahnstange 16 befestigt.
1. Vorrichtung zum dosierten Einspeisen von verbrannten Gasen in den Brennraum einer
Verbrennungskraftmaschine mit einem Ansaugrohr, in dem eine Drosselklappe angeordnet
ist und einem Abgasrohr, wobei das Ansaugrohr und das Abgasrohr durch eine Leitung
mit einem darin enthaltenen Sperrventil verbunden sind und wobei dem Sperrventil und
der Drosselklappe Antriebsmittel zur Überführung in eine Offenstellung zugeordnet
sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel (4) des Sperrventils (1) und
der Drosselklappe (3) durch eine gemeinsame Betätigungseinrichtung gemeinsam betätigbar
sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung
einen Spindeltrieb umfaßt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung
einen Kurventrieb umfaßt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung
einen Zahnstangentrieb umfaßt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung
einen Pleueltrieb umfaßt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung
eine Schubstangenverbindung umfaßt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung
einen Bowdenzug umfaßt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung
einen Nockenantrieb umfaßt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung
einen Hilfsantrieb (4) für das Sperrventil (1) umfaßt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrventil (1) ein Schließglied
(29) aufweist, das mit einem Ventilsitz (28) in Eingriff bringbar ist und daß das
Schließglied (29) und/oder der Ventilsitz (28) selbsthemmend auf den jeweils zugeordneten
Tragteilen in Bewegungsrichtung des Schließgliedes (29) angeordnet sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsantrieb (4) ein
Federelement (10) aufweist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsantrieb (4) einen
signalbetätigbaren Servo-Motor umfaßt und daß der Servo-Motor signalleitend mit einem
Betriebskenndaten der Verbrennungskraftmaschine bestimmenden Steuergerät verbunden
ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsantrieb (4) einen
Elektromagneten umfaßt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät mit Sensoren
zur kontinuierlichen Erfassung von Kenndaten des Verbrennungsmotors versehen ist sowie
mit einer Abgleicheinrichtung zur Optimierung des Signals in Abhängigkeit von dem
jeweiligen Wert der Kenndaten.
15. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung
des Sperrventils (1) mit einer Einrichtung zum relativ verzögerten Öffnen und zum
bewegungssynchronen Schließen der Drosselklappe (3) versehen ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung durch einen
unsymmetrischen Strömungsmitteldämpfer gebildet ist.