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DE10230199A1 - Vorrichtung zur Leistungssteuerung einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Vorrichtung zur Leistungssteuerung einer Brennkraftmaschine Download PDF

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DE10230199A1 DE2002130199 DE10230199A DE10230199A1 DE 10230199 A1 DE10230199 A1 DE 10230199A1 DE 2002130199 DE2002130199 DE 2002130199 DE 10230199 A DE10230199 A DE 10230199A DE 10230199 A1 DE10230199 A1 DE 10230199A1
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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Leistungssteuerung einer Brennkraftmaschine angegeben, die einen in einem Gehäuse (10) ausgebildeten Strömungsweg (11) für ein gasförmiges Medium, insbesondere Luft, ein im Gehäuse (10) zur Drosselung des Strömungswegs (11) angeordnete, mittels Stellwelle (13) und eines reversierbaren Stellantriebs (15) zwischen einer Leerlaufstellung mit maximaler Drosselung und einer Vollaststellung mit minimaler Drosselung schwenkbare Drosselklappe (12), sowie eine Notlaufeinrichtung (23) zur Überführung der Drosselklappe (12) in eine im Schwenkbereich liegende Notlaufstellung aufweist. Zur Erzielung einer flachen Regelkennlinie der Vorrichtung und Vermeiden von Klemmern zwischen Drosselklappe (12) und Gehäuse (10) ist die Drosselklappe (12) so ausgebildet, daß sie im Gehäuse (10) durch eine rechtwinklig zur Achse (111) des Strömungswegs (11) ausgerichtete Ebene (29) hindurch zu schwenken vermag und die Leerlaufstellung ist so festgelegt, daß die Drosselklappe (12) in Leerlaufstellung in dieser Ebene (29) liegt (Fig. 1).

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Leistungssteuerung einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Eine solche Vorrichtung ist allgemein unter der Bezeichnung E-Gas bekannt und beispielsweise als Lastverstellvorrichtung in der DE 197 36 521 A1 beschrieben. Zur Minimierung des Kraftstoffverbrauchs der Brennkraftmaschine ist die Minimallast- oder Leerlaufstellung der Drosselklappe so ausgelegt, daß die Brennkraftmaschine gerade noch gleichmäßig läuft. Das hat zur Folge, daß es in der Leerlaufstellung der Brennkraftmaschine nicht möglich ist, ein ausreichendes Drehmoment zu erzeugen, um das Kraftfahrzeug zu bewegen. Damit das Kraftfahrzeug aus einem Gefahrenbereich gefahren werden kann, wenn die Vorrichtung zur Leistungssteuerung infolge eines Ausfalls der Steuerelektronik oder des Stellantriebs nicht mehr durch Betätigen des Fahrpedals verstellt werden kann, ist die Notlaufeinrichtung vorgesehen, die mit ihrer Notlauffeder dafür sorgt, daß die Drosselklappe bei fehlendem Stellmoment an der Stellwelle sich aus der Leerlaufstellung zwangsläufig in eine Notlaufstellung bewegt, in der der Brennkraftmaschine eine solche Menge an Verbrennungsluft bzw. Kraftstoff-Luft-Gemisch zugeführt wird, daß sie ein ausreichend großes Drehmoment erzeugt, um das Kraftfahrzeug mit geringer Geschwindigkeit zu bewegen. Diese Notlaufstellung der Drosselklappe wird durch einen gegen die Kraft einer Rückstellfeder verschieblichen Anschlag festgelegt, gegen den die Stellwelle mittels der Notlauffeder gespannt ist und der von der Stellwelle gegen die Kraft einer Rückstellfeder verschoben werden kann, wenn sich die Stellwelle aus der Notlaufstellung in Richtung der Vollaststellung bewegt.
  • Um ein sicheres Ausfahren der Drosselklappe aus der Leerlaufstellung unter der Wirkung der Notluftfeder zu gewährleisten, ist die Drosselklappe als sog. "anlaufende Drosselklappe" konzipiert, die in der Leerlaufstellung noch eine gewisse Schräglage gegenüber der Achse des Strömungswegs für das strömende Medium aufweist. Eine solche Schrägstellung der Drosselklappe in der Leerlaufstellung beträgt je nach Ausführung bis zu ca. 8° gegenüber einer rechtwinklig zur Strömungsachse des Strömungswegs ausgerichteten Ebene, die die Bezugsebene für die Schwenkwinkelangabe der Drosselklappe darstellt. Damit steht für den Regelbereich der Drosselklappe nur noch ein Schwenkbereich von ca. 82° zwischen Leerlaufstellung und Vollaststellung zur Verfügung, so daß die Regelkennlinie der Drosselklappe zur Drosselung des strömenden Mediums relativ steil verläuft.
  • Es sind auch Vorrichtungen zur Leistungssteuerung einer Brennkraftmaschine bekannt, bei denen die Drosselklappe als sog. durchtauchende Drosselklappen konzipiert ist. In diesem Fall ist die Leerlaufstellung der Drosselklappe so festgelegt, daß die Drosselklappe bei Einnahme ihrer Leerlaufstellung in der Bezugsebene liegt, die sich rechtwinklig zur Achse des Strömungswegs erstreckt. Der Schwenkwinkel der Drosselklappe gegenüber der Bezugsebene beträgt damit Null Grad. Die Notlaufstellung der Drosselklappe befindet sich auf der von der Vollastseite abgekehrten Seite der Bezugsebene, so daß die Drosselklappe in jedem Fall die Leerlaufstellung durchfahren muß, um in die Notlaufstellung zu gelangen. Zur Überführung der Drosselklappe in die Notlaufstellung ist nur noch eine einzige Feder in der Notlaufeinrichtung erforderlich, die über den gesamten Verstellweg der Drosselklappe wirkt. Der Verstellbereich der Drosselklappe zwischen Leerlauf- und Vollaststellung erstreckt sich jetzt über volle 90°, so daß sich eine gegenüber der Vorrichtung mit anlaufender Drosselklappe wesentlich flachere Regelkennlinie zur Drosselung des strömenden Mediums ergibt. Diesen beiden Vorteilen steht der Nachteil gegenüber, daß beim "Durchtauchen" der Drosselklappe durch die Bezugsebene es zu Verklemmungen kommen kann, wenn die Drosselklappe und das Gehäuse nicht äußerst präzise gefertigt sind.
  • Vorrichtungen zur Leistungssteuerung einer Brennkraftmaschine mit "anlaufender Drosselklappe" und mit "durchtauchender Drosselklappe" sind in der EP 0 845 585 A1 (Spalte und 1 und 2) beschrieben.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Leistungssteuerung einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß einerseits der Drosselklappe ein maximaler Verstellbereich zwischen Leerlaufstellung und Vollaststellung von 90° zur Verfügung steht und damit die Vorrichtung eine flache Regelkennlinie zur Drosselung des strömenden Mediums erhält, wie sie bei der Verstellvorrichtung mit "durchtauchender Drosselklappe" vorhanden ist, und andererseits die bei der Vorrichtung mit "durchtauchender Drosselklappe" stets gegenwärtige Klemmgefahr zwischen Drosselklappe und Gehäuse beim Durchtauchen durch die Bezugsebene gebannt ist, da die Notlaufstellung im Regelbereich oberhalb der Leerlaufstellung festgelegt ist und damit ein Durchtauchen der Drosselklappe nur im Fehlerfall, z.B. bei Reglerüberschwinger oder sonstigen fehlerhaft zu kleinen Stellwinkeln auftritt. Ebenso wie die Vorrichtung mit "anlaufender Drosselklappe" benötigt die erfindungsgemäße Vorrichtung beide Federn in der Notlufteinrichtung.
  • Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Vorrichtung möglich.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Schwenkweg der Stellwelle über die Leerlaufstellung der Drosselklappe hinweg durch einen unteren mechanischen Anschlag begrenzt, der am Gehäuse so festgelegt ist, daß die Drosselklappe beim Anschlagen der Stellwelle an dem unteren mechanischen Anschlaggegenüber der Bezugsebene für die Schwenkwinkel der Drosselklappe um einen nur kleinen Schwenkwinkel auf die vom Notlauf abgekehrte Seite der Bezugsebene hin verschwenkt ist. Dieser untere mechanische Anschlag leistet Hilfestellung bei der Montage und erstmaligen Justierung der Vorrichtung. Der untere mechanische Anschlag wird im normalen Betrieb nicht mehr angefahren, da die Drosselklappe "nichtdurchtauchend" arbeitet und der die Leerlaufstellung der Drosselklappe festlegende, sog. untere elektrische Anschlag in oder unmittelbar vor der Bezugsebene der Drosselklappe liegt, verhindert aber im Fehlerfall ein zu großes Überschwingen der Drosselklappe über die Leerlaufstellung hinaus.
  • Zeichnung
  • Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine Prinzipskizze einer Vorrichtung zur Leistungssteuerung einer Brennkraftmaschine,
  • 2 ein Diagramm einer Verstell- oder Regelkennlinie einer Drosselklappe in der Vorrichtung gemäß 1.
  • Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • Die in 1 als Prinzipskizze dargestellte Vorrichtung zur Leistungssteuerung einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs weist einen in einem Gehäuse 10 ausgebildeten Strömungsweg 11 zum Zuführen eines gasförmigen Mediums zur Brennkraftmaschine auf. Im Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 10 ein Drosselklappenstutzen, der in einer Ansaugleitung der Brennkraftmaschine angeordnet ist, über die der Brennkraftmaschine Verbrennungsluft dosiert zugeführt wird. Die Dosierung erfolgt dadurch, daß der Strömungsquerschnitt des im Drosselklappenstutzen ausgebildeten Luftdurchtrittskanals, der den Strömungsweg 11 bildet, mehr oder weniger gedrosselt wird.
  • Zur Drosselung des Strömungswegs 11 ist im Gehäuse 10 eine Drosselklappe 12 schwenkbar angeordnet, die auf einer schwenkbar gelagerten Stellwelle 13 drehfest sitzt. Die in der Prinzipskizze der 1 symbolisch als Schieber ausgebildete Stellwelle 13 wird über ein Getriebe 14 von einem hier als Elektromotor ausgebildeten, reversierbaren Stellantrieb 15 gedreht, wodurch die Drosselklappe 12 im Gehäuse 10 um einen Schwenkwinkel α verdreht wirä. Der Schwenkwinkel α ist als Anstellwinkel der Drosselklappe 12 gegenüber einer rechtwinklig zur Achse 111 des Strömungswegs 11 ausgerichteten Bezugsebene 29 definiert. Der Verdrehwinkel der Stellwelle 13, und damit der Schwenkwinkel α der Drosselklappe 12, wird durch einen Drehstellungsgeber 16 erfaßt und einer Steuerelektronik 17 zugeführt. Der Drehstellungsgeber 16 ist hier durch zwei Schleifpotentiometer symbolisiert. Die Drosselklappe 12 wird von dem Stellantrieb 15 zwischen einer Leerlaufstellung mit maximaler Drosselung des Strömungsweges 11 und einer Vollaststellung mit minimaler Drosselung des Strömungsweges 11 geschwenkt. In der Leerlaufstellung ist die Drosselklappe 13 um den Schwenkwinkel αLL und in der V.llaststellung um den Schwenkwinkel αVL (2) gegenüber der Bezugsebene 29 verstellt. Wie aus 2 hervorgeht, beträgt der Schwenkwinkel αLL der Drosselklappe 12 in Leerlaufstellung 0° oder ist nur im Toleranzbereich größer als 0°, während der Schwenkwinkel αV L der Drosselklappe in Vollaststellung 90° beträgt. Drosselklappe 12 und Gehäuse 10 sind in ihren Abmessungen so aufeinander abgestimmt, daß einerseits die Drosselklappe 12 berührungslos durch die Bezugsebene 29 hindurch zu schwenken vermag und andererseits der Brennkraftmaschine in der Leerlaufstellung (Schwenkwinkel αLL) der Drosselklappe 12 eine minimale Luftmenge QLL zugeführt wird, die gerade noch ausreicht, daß die Brennkraftmaschine gleichmäßig im Leerlauf läuft, jedoch kein ausreichendes Drehmoment zur Bewegung des Kraftfahrzeugs aufzubringen vermag. In der Vollaststellung (Schwenkwinkel αVL) der Drosselklappe 12 strömt über den maximal geöffneten Strömungsweg 11 die maximale Luftmenge QVL zur Brennkraftmaschine.
  • Die Verstellung der Drosselklappe 12 zwischen Leerlaufstellung (Schwenkwinkel αLL) und Vollaststellung (Schwenkwinkel αLL) wird durch einen Pedalwertgeber 18 bewirkt, der einem vorn Fahrer zu betätigenden Fahrpedal 19 zugeordnet ist, das z.B. als ein im Kraftfahrzeug gelagerter, fußbetätigter, zweiarmiger Hebel ausgebildet ist, der gegen die Federkraft einer Rückstellvorrichtung 20 verschwenkbar ist. Der Pedalwertgeber 18 setzt den Schwenkwinkel des Fahrpedals 19 in einen elektrischen Vorgabewert um, der der Steuerelektronik 17 zugeführt wird. Die Steuerelektronik 17 generiert auf Basis des Vorgabewerts ein entsprechendes Steuersignal für den Stellantrieb 15, der die Stellwelle 13 um das erforderliche Maß in Richtung Vollaststellung der Drosselklappe 12 verdreht. Der Verstellwinkel der Stellwelle 13 wird nach Erreichen der Vollaststellung durch einen oberen mechanischen Anschlag 21 begrenzt, an dem die Stellwelle 13 zur Anlage kommt. Wird die Pedalkraft auf das Fahrpedal 19 wieder verringert, so daß das Fahrpedal 19 in seine Grundstellung zurückschwenkt, so wird über die Steuerelektronik 17 die Drehrichtung des Stellantriebs 15 umgekehrt, wodurch die Stellwelle 13 nunmehr in Richtung Leerlauf verstellt wird. Ist das Fahrpedal 19 vollständig freigegeben, so steht die Drosselklappe 12 in ihrer Leerlaufstellung (Schwenkwinkel αLL). Bei einem nur im Fehlerfall auftretenden geringen Überschwingen der Drosselklappe 12 über ihre Leerlaufstellung schlägt die Stellwelle 13 an einem unteren mechanischen Anschlag 22 an.
  • Für einen Notbetrieb des Kraftfahrzeugs bei Ausfall des Pedalwertgebers 18, der Steuerelektronik 17 oder des Stellantriebs 15, also bei fehlendem Stellmoment an der Stellwelle 13, ist eine an der Stellwelle 13 angreifende Notlaufeinrichtung 23 vorgesehen, die die Drosselklappe 12 in eine zwischen der Leerlaufstellung (Schwenkwinkel αLL) und der Vollaststellung (Schwenkwinkel αL L) liegende Notlaufstellung überführt, in der die Drosselklappe 12 um einen Schwenkwinkel αNL gegenüber der Bezugsebene 18 geschwenkt ist (2). In dieser Notlaufstellung gibt die Drosselklappe 12 einen solchen Querschnitt QNL des Strömungswegs 11 frei, daß soviel Luft zur Brennkraftmaschine gelangt, damit diese ein ausreichend großes Drehmoment erzeugt, um das Kraftfahrzeug mit geringer Geschwindigkeit zu bewegen. Diese Notlaufeinrichtung 23 umfaßt eine Rückstellfeder 24, die die Stellwelle 13 in Leerlaufrichtung beaufschlagt und eine Notlauffeder 25, die die Stellwelle 13 in Vollastrichtung beaufschlagt. Weiter gehören zu der Notlaufeinrichtung 23 ein gegen die Kraft der Rückstellfeder 24 verstellbarer erster Anschlag 26 und ein räumlich feststehender zweiter Anschlag 27, an dem der erste Anschlag unter der Wirkung der Rückstellfeder 24 anliegt. An der Stellwelle 13 ist ein Mitnehmer 28 so angeordnet, daß er bei Verstellung der Stellwelle 13 in Vollastrichtung den beweglichen ersten Anschlag 26 gegen die Rückstellkraft der Rückstellfeder 24 mitnimmt. Die Notlauffeder 25 greift einerseits an der Stellwelle 13 bzw. deren Mitnehmer 28 und andererseits an dem beweglichen ersten Anschlagt 26 an und ist so ausgelegt, daß sie bei fehlendem Stellmoment an der Stellwelle 13 den Mitnehmer 28 gegen den beweglichen ersten Anschlag 26 zieht. Liegt der erste Anschlag 26 unter der Wirkung der Rückstellfeder 24 an dem zweiten Anschlag 27 und der Mitnehmer 28 unter der Wirkung der Notlauffeder 25 an dem beweglichen ersten Anschlag 26 an, so nimmt die Drosselklappe 12 ihre Notluftstellung (Schwenkwinkel αNL) ein, in der die Luftmenge QNL den Strömungsweg 11 passiert (2).

Claims (6)

  1. Vorrichtung zur Leistungssteuerung einer Brennkraftmaschine mit einem in einem Gehäuse (10) ausgebildeten Strömungsweg (11) für ein gasförmiges Medium, insbesondere Luft, mit einer im Gehäuse (10) zur Drosselung des Strömungswegs (11) angeordneten Drosselklappe (12), die auf einer schwenkbar gelagerten Stellwelle (13) drehfest sitzt, mit einem an der Stellwelle (13) angreifenden Stellantrieb (15) zum Schwenken der Drosselklappe (12) zwischen einer Leerlaufstellung mit maximaler Drosselung des Strömungswegs (11) und einer Vollaststellung mit minimaler Drosselung des Strömungswegs (11) und mit einer Notlaufeinrichtung (23), die bei fehlendem Stellmoment an der Stellwelle (13) die Drosselklappe (12) in eine im Verstellbereich der Drosselklappe (12) zwischen ihrer Leerlauf- und Vollaststellung festgelegte Notlaufstellung mit definierter Drosselung des Strömungswegs (11) überführt, gekennzeichnet durch eine solche Ausbildung der Drosselklappe (12), daß sie im Gehäuse (10) durch eine rechtwinklig zur Achse (111) des Strömungswegs (11) ausgerichtete Ebene (29) hindurchzuschwenken vermag, und durch eine solche Festlegung der Leerlaufstellung, daß die Drosselklappe (12) bei Einnahme ihrer Leerlaufstellung in dieser Ebene (29) liegt und höchstens nur um einen im Toleranzbereich liegenden, kleinen Schwenkwinkel hin zum Notlauf verschwenkt ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Notlaufeinrichtung (23) eine Rückstellfeder (24), die die Stellwelle (13) in Leerlaufrichtung beaufschlagt, und eine Notlauffeder (25), die die Stellfeder (13) in Vollastrichtung beaufschlagt, aufweist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkweg der Stellwelle (13) über die Leerlaufstellung der Drosselklappe (12) hinweg durch einen untren mechanischen Anschlag (22) begrenzt ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der untere mechanische Anschlag (22) so am Gehäuse (10) festgelegt ist, daß die Drosselklappe (12) beim Anlegen der Stellwelle (13) an dem unteren mechanischen Anschlag (27) gegenüber der Ebene (29) um einen nur kleinen Schwenkwinkel auf die vom Notlauf abgekehrte Seite der Ebene (29) hin verschwenkt ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 – 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkweg der Stellwelle (13) durch eine oberen mechanischen Anschlag (21) begrenzt ist, an dem die Stellwelle (13) nach Erreichen der Vollaststellung der Drosselklappe (12) zur Anlage kommt.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 – 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellantrieb (15) reversierbar ausgebildet ist.
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