Drosselklappe (Motor)

Drosselklappe, ca. 30 % geöffnet

Um bei Ottomotoren die geforderte Abgabeleistung zu regulieren, wird die zugeführte Luft- und Treibstoffmenge reguliert. Die Luftmenge wird dazu durch eine Drosselklappe im Saugrohr gesteuert.

Hintergrund

Motoren erzeugen während des Ansaugtakts (1. Takt) durch die sich im Zylinder hinabbewegenden Kolben einen Unterdruck. Durch diesen wird Umgebungsluft angesaugt.

Moderne Motoren benötigen wegen der Abgasnachbehandlung ein bestimmtes Brennstoff-Luft-Verhältnis (vgl. Lambdaregelung), d. h. um die Leistung zu variieren, kann nicht einfach weniger Kraftstoff zugegeben werden, sondern die Gemischmenge muss angepasst werden. Das wird dadurch realisiert, dass die Frischluftmenge durch die Drosselklappe eingestellt wird und davon abhängig eine bestimmte Kraftstoffmenge zugegeben wird.

Einspritzanlagen und Vergaser versetzen den durch sie tretenden Luftstrom mit der Menge an Kraftstoff, die das Gemisch brennbar werden lassen; es entsteht idealerweise ein gasförmiges Gemisch, daher auch der Begriff „Vergaser“.

Weil das Brennstoff-Luftgemisch in der Menge reguliert wird, spricht man von einer quantitativen Gemischregulierung.

Aufbau

Schema einer Drosselklappe

Die Drosselklappe befindet sich im Ansaugtrakt zwischen Luftfilter und dem sich fächerförmig verzweigenden Ansaugkrümmer des Motors. Ausnahmen sind zum Beispiel Rennsportmotoren, bei denen sich an jedem Zylinder eine Drosselklappe befindet.

Bei Vergasermotoren befindet sie sich im Vergaser, bei Einspritzmotoren im Drosselklappengehäuse. Es gibt Zentraleinspritzungen, bei denen die Einspritzdüse vor der Drosselklappe sitzt, bei Multipoint-Einspritzungen befindet sich meist pro Zylinder je eine Düse im Ansaugkrümmer, also nach der Drosselklappe.

Die Drosselklappe weist meist eine zylindrische Form als kreisrundes Blech auf, das senkrecht zur Achse drehbar gelagert angeordnet ist und im geschlossenen Zustand das Rohr komplett¹⁾ verschließen würde. Wird sie aus dieser Position um 90° gedreht, gibt sie den maximalen Rohrquerschnitt frei, es kann die volle Gasmenge (Gemischmenge) in den Motor einströmen, man spricht daher umgangssprachlich von Vollgas.

Sofern vorhanden, wird die aktuelle Stellung der Drosselklappe über ein Drosselklappen-Potentiometer, das direkt an der Drosselklappen-Achse befestigt ist, an ein Steuergerät (vgl. Engine Control Unit) geleitet. Dieses berechnet daraus zusammen mit einigen anderen Werten die richtige Kraftstoff-Einspritzmenge. Häufig ist ein Volllastschalter angebracht, der ein zusätzliches Signal zur Beeinflussung des Kennfeldes der Zündung an das Steuergerät überträgt.

Anmerkungen: ¹⁾ Der komplette Verschluss des Trichterquerschnitts wird durch einen Anschlag verhindert, damit der Motor im Leerlauf nicht ausgeht. Alternativ hierzu wird das Leerlauf-Regelventil verbaut, mit dem der für den Leerlauf notwendige Luftstrom in einem Bypass an der geschlossenen Drosselklappe vorbei geführt werden kann.

Antriebe

Bei „klassischen“ Motoren wird die Drosselklappe direkt durch das Gaspedal betätigt, z. B. über einen Seilzug oder Gestänge, bei modernen elektronisch gesteuerten Motoren geschieht das über einen elektrischen Antrieb (Gleichstrommotor mit Getriebe, selten Direktantrieb ohne Getriebe oder Schrittmotoren). Hier spricht man von E-Gas (Elektronisches Gaspedal).

Ausführungen

Bei Vergasern oder Motoren mit nachgerüsteten Gasanlagen nach dem Venturi-Prinzip befindet sich die Drosselklappe an einer Stelle des Ansaugtrichters hinter dem Venturi-Rohr, wo er in einen zylindrischen Querschnitt übergeht. Bei Einspritzanlagen befindet sie sich im Drosselklappengehäuse.

Hochleistungs- und Rennmotoren verwenden eine Drosselklappe pro Zylinder, während Motoren mit geringerer Literleistung mit insgesamt einer Drosselklappe auskommen.

Valvetronic

Der von BMW entwickelte vollvariable Ventiltrieb Valvetronic steuert die Gemischmenge über den Hub der Einlassventile. So lassen sich die Drosselverluste der Drosselklappe vermeiden und höhere Wirkungsgrade erzielen. Die geringeren Drosselverluste lassen sich durch die bessere Gemischaufbereitung und den damit möglichen höheren inneren AGR-Raten erzielen, durch die ein geringerer Unterdruck im Zylinder erzeugt wird.

Dieselmotoren

Dieselmotoren verfügen prinzipbedingt, wegen der andersartigen Gemischaufbereitung, über keine Drosselklappe. Um trotzdem einen Unterdruck-Bremskraftverstärker einsetzen zu können, muss eine Vakuumpumpe eingesetzt werden.

Moderne Dieselmotoren verfügen wieder über eine Drosselklappe, diese dient jedoch lediglich dazu, das Schütteln beim Ausschalten des Motors zu reduzieren. Bei Betrieb ist die Klappe immer ganz geöffnet. Diese „Drosselklappe“ wird als Saugrohrklappe bezeichnet.

Bei Dieselmotoren, die zur Reduzierung der Stickoxid-Anteile im Abgas eine hohe Abgasrückführungsrate fahren, gibt es ebenfalls eine Drosselklappe. Diese wird im Teillastbetrieb teilweise geschlossen, um die Frischluftzufuhr zu reduzieren und somit einen höheren Abgasanteil im Zylinderraum zu ermöglichen.

Bei Dieselmotoren (u. a. VW, BMW) mit Rußpartikelfiltern wird eine Drosselklappe verbaut, die zur aktiven Regenerierung des Partikelfilters benutzt wird. Sie wird nur während der Regenerationsphasen des Partikelfilters genutzt.

Eine Besonderheit stellten Vorkammer-Dieselmotoren von Daimler-PKWs dar, diese verfügten über eine Drosselklappe, um die vakuumpneumatisch wirkende Dieseleinspritzpumpe drehzahlabhängig zu regulieren und den Bremskraftverstärker oder die pneumatische Zentralverriegelung mit Vakuum zu versorgen.

Literatur

• Richard van Basshuysen, Fred Schäfer: Handbuch Verbrennungsmotor Grundlagen, Komponenten, Systeme, Perspektiven. 3. Auflage, Friedrich Vieweg & Sohn Verlag/GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden, 2005, ISBN 3-528-23933-6
• Max Bohner, Richard Fischer, Rolf Gscheidle: Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik. 27.Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten, 2001, ISBN 3-8085-2067-1