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DE3135479A1 - Elektronische regelung der stellung einer drosselklappe - Google Patents

Elektronische regelung der stellung einer drosselklappe

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DE3135479A1
DE3135479A1 DE19813135479 DE3135479A DE3135479A1 DE 3135479 A1 DE3135479 A1 DE 3135479A1 DE 19813135479 DE19813135479 DE 19813135479 DE 3135479 A DE3135479 A DE 3135479A DE 3135479 A1 DE3135479 A1 DE 3135479A1
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Germany
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accelerator pedal
electronic control
throttle valve
electric motor
control according
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DE19813135479
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English (en)
Inventor
Friedrich 7922 Herbrechtingen Hofmann
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Individual
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    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D11/00—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated
    • F02D11/06—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance
    • F02D11/10—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance of the electric type
    • F02D11/105—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance of the electric type characterised by the function converting demand to actuation, e.g. a map indicating relations between an accelerator pedal position and throttle valve opening or target engine torque
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D2011/102—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance of the electric type characterised by the means for actuating the throttles at least one throttle being moved only by an electric actuator
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
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    • Y02T10/40—Engine management systems

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Throttle Valves Provided In The Intake System Or In The Exhaust System (AREA)

Description

O 1 Q
.135479
* - · » * s · -- > r · 3 . Fasanenstraße 7
PATENTANWALT ·.-**.* '■■' * ·.,*.:. D-7920 Heidenheim
DIPL-ING. WERNER LORENZ
Telefon (07321) 5 27 Telegramme: Brenzpat Heidenheim Telex: 714 741 patio d
04.09.1981 - Rü Anmelder: Akte: H0
Friedrich Hofmann
Sperberweg 13
7922 Herbrechtingen
Elektronische Regelung der Stellung einer Drosselklappe.
Die Erfindung betrifft eine elektronische Regelung der Stellung einer Drosselklappe eines Vergasers oder einer Einspritzpumpe bei Kraftfahrzeugen, wobei die Bewegung des Gaspedals auf elektrischem Wege zur Drosselklappe übertragen und die Drosselklappe über einen Elektromotor betätigt wird, mit einem Sollwertgeber am Gaspedal, einem Steuerglied und einem mit dem Elektromotor verbundenen Stellglied.
Normalerweise ist das Gaspedal durch einen Seilzug und/oder
ein Gestänge mechanisch mit der Drosselklappe eines Vergasers verbunden. Diese mechanische Verbindung ist dabei Verschleiß und äußeren Einflüssen ausgesetzt, weshalb mitunter hier Störungen, wie zum Beispiel Verklemmungen, Brüche u. dgl. auftreten können. Weiterhin ist das Gestänge, insbesondere wenn es sich um große Fahrzeuge mit einem Heckmotor handelt, relativ aufwendig und kompliziert.In diesem Falle muß das Gestänge nämlich über die gesamte Wagenlänge zum Motor verlaufen.
Aus diesem Grunde ist es bereits bekannt, die Übertragung der Stellung des Gashebels zur Drosselklappe durch eine elektronische Regelung vorzunehmen. Dabei wird die Bewegung des Gaspedals durch einen Sollwertgeber festgestellt. Über ein Steuerglied, z. B. einen elektronischen Regler, und ein mit dem Steuerglied verbundenes Stellglied wird in Abhängigkeit eines mit der Drosselklappe verbundenen Istwertgebers die Drosselklappe entsprechend durch einen Elektromotor verstellt.
Dabei werden die Bewegungn des Gaspedals unmittelbar zur Drosselklappe weitergeleitet, wobei bei dieser Weiterleitung ggf. die Motortemperatur und die Drehzahl berücksichtigt wird oder in Abhängigkeit des Motorkennfeldes dosiert wird. Damit kann beim Beschleunigen möglichst spontan das maximale
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MotordrehmoiTient zur Verfügung stehen.
Durch diese Maßnahmen kann der Motor stets unter optimalen Betriebsbedingungen laufen und der Kraftstoffverbrauch wird niedriger.
Nachteilig bei dieser bekannten elektronischen Regelung ist jedoch, daß sie sehr aufwendig und teuer ist, so daß sie sich unter normalen Betriebsbedingungen nicht oder nur kaum amortisiert.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Rgelung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die trotz einfachem Aufbau und billigen Herstellungskosten eine Einsparung von Kraftstoff ergibt und die die Nachteile einer mechanischen Verbindung zwischen Gaspedal und Drosselklappe gleichfalls vermeidet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Bewegungen des Gaspedals in Richtung Vollgasstellung verlangsamt mit niedrigen Drehfrequenzen für- den Elektromotor weiterleitbar sind.
Erfindungsgemäß wird nun die Verstellung der Drosselklappe kontinuierlich verzögert; d. h. die Bewegungen des Gaspedals werden
zwar sofort weitergeleitet, jedoch nicht in ihrer vollen Auswirkung, sondern verlangsamt.
Für diese erfindungsgemäße Regelung ist kein hoher Aufwand erforderlich. Vielmehr können hierzu einfache bekannte elektronische und elektrische Teile im Steuerglied und im Stellglied verwendet werden.
Versuche haben gezeigt, daß bei der erfindungsgemäßen Regelung im allgemeinen die Beschleunigung des Fahrzeuges nicht schlechter, sondern mitunter sogar besser wird. Insbesondere bei Vergasermotoren ist es bekannt, daß diese bei einem zu starken Durchtreten des Gaspedales mitunter zum "Verschlucken" neigen. Ein derartiges "Verschlucken" wird durch die Erfindung nunmehr vermieden. Darüber hinaus wird das Fahren ruhiger und gleichmäßiger. Insbesondere im Stadtverkehr, wobei sehr häufig Beschleunigungen und Verzögerungen auftreten, läßt sich auf diese Weise eine erhebliche Einsparung von Kraftstoff erreichen.
Die Erfindung ist dabei sowohl für Benzin- als auch für Dieselmotore geeignet.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Bewegungen des Gaspedals entgegen der Vollgasstellung unver-
zögert mit hohen Drehfrequenzen fürten Elektromotor weiterleitbar sind.
Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß beim Gaswegnehmen die Kraftstoffzufuhr sofort entsprechend reduziert wird. Die Drosselklappe reagiert bei diesen Bewegungen somit in herkömmlicher Weise sofort.
Eine einfache und unkomplizierte verlangsamte Weiterleitung der Bewegung des Gaspedales ist gegeben, wenn diese linear erfolgt.
Eine derartige Regelung läßt sich mit einfachen Mitteln durchführen. Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich im Bedarfsfalle von der Linearität abzuweichen und z. B. zu Beginn oder am Ende eine schnellere oder langsamere Weiterleitung durchzuführen. Durch eine derartige Maßnahme könnte die erfindungsgemäße Regelung im Bedarfsfalle noch an spezifische Motareigenschaften angepaßt werden.
Es hat sich herausgestellt, daß die Drehfrequenz für die Öffnung der Drosselklappe im allgemeinen ungefähr zwischen einem und fünfzehn Umdrehungen ρ ro Minute betragen sollte. Selbstverständlich sind jedoch im Bedarfsfalle auch hier noch Abweichungen möglich.
Als mögliche Drehfrequenzen für die Schließung der Drosselklappe können zwischen 20 und 40 Umdrehungen pro Minute vorgesehen werden. Auch hier sind jedoch im Bedarfsfalle Abweichungen sowohl nach unten als auch nach oben möglich.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß beim plötzlichen Durchtreten des Gaspedales (Kick-down) die Bewegung des Gaspedales unverzögert mit hoher Drehfrequenz für den Elektromotor weiterleitbar ist.
Bei Motoren, die nicht zum "Verschlucken" neigen, kann auf diese Weise der Fahrer im Bedarfsfalle die elektronische Regelung überbrücken und damit erreichen, daß in herkömmlicher Weise die Bewegung des Gaspedales direkt weitergeleitet wird. Auf diese Weise steht ihm die volle Beschleunigung des Fahrzeuges zur Verfügung, wobei er jedoch in Kauf nehmen muß, daß der Kraftstoffverbrauch damit erheblich erhöht wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Elektromotor ein Schrittmotor ist. Ein Schrittmotor ist für diese Zwecke sehr gut geeignet. Er weist nämlich keine Verschleißteile auf, ist wartungsfrei und temperaturunempfindlich.
Weiterhin kann vorgesehen sein, daß zur Erzeugung der
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niedrigen Frequenz integrierte Operationsverstärker vorgesehen sind.
Selbstverständlich ist es jedoch möglich, im Rahmen der Erfindung diese niedrigen Frequenzen auf andere Weise zu erzeugen.
In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß zur Anzeige der Gaspedalstellung ein Anzeigemodul mit einer Leuchtbandanzeige vorgesehen ist.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, aus dem sioh weitere erfindungsgemäße Merkmale ergeben, anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschrieben.
Es zeigt:
FIGUR 1: Ein Diagramm zur Erläuterung der elektronischen
Regelung.
FIGUR 2: Eine Prinzipdarstellung der elektronischen
Regelung.
FIGUR 3: Ein Schaltbild der elektronischen Regelung.
In der Figur 1 ist ein Diagramm dargestellt, wobei auf der Abszisse die Zeit und auf der Ordinate der Drosselklappenwinkel dargestellt ist. Wird nun bei einem bestimmten Drosselklappenwinkel nach der Zeit t,. das Gas-
pedal in Richtung Vollgasstellung betätigt, so würde sich beim Stand der Technik die Drosselklappe sofort in Richtung vollständige Öffnung (90° Stellung) bewegen. Dies ist durch die gestrichelte Linie 1 dargestellt.
Nach der Erfindung hingegen wird die Bewegung des Gaspedales nur verlangsamt mit niedriger Drehfrequenz an den Elektromotor weitergeleitet, so daß erst nach der Zeit t„ die zugehörige Drosselklappenstellung (wie dargestellt, die Vollgasstellung) erreicht wird. Dies wird aus der Linie 2 ersichtlich. Die Öffnung der Drosselklappe erfolgt dabei linear. Selbstverständlich kann jedoch auch ein anderer Verlauf im Bedarfsfalle gewählt werden.
Wird nun das Gaspedal entgegen der Vollgasstellung bewegt, so wird diese Bewegung unverzögert an die Drosselklappe weitergegeben. Im Idealfalle ist dabei die Zeitverzögerung Null, so daß der Drosselklappenwinkel entsprechend sofort reduziert wird. Dies wird durch die Linie 3 aus dem Diagramm ersichtlich.
Soll beim plötzlichen Durchtreten des Gaspedales, dessen Bewegung unverzögert weitergegeben werden, so würde sich in diesem Falle ebenfalls ein Verlauf entsprechend der Linie 1 einstellen.
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In der Figur 2 ist die elektronische Regelung im Prinzip dargestellt. Das Gaspedal 4 ist mit einem Sollwertgeber 5 verbunden, dessen Ausgangssignale einem Steuerglied 6 zugeführt werden. Die Drosselklappe 7 ist mit einem Istwertgeber 8 verbunden, der dessen Winkelstellung bestimmt. Die Istwerte des Istwertgebers 8 werden ebenfalls in das Steuerglied 6 eingegeben. Liegt ein Unterschied zwischen dem Sollwert und dem Istwert vor, so wird über ein Stellglied 9 entsprechend ein Elektromotor 10 aktiviert, der die Drosselklappe 7 entsprechend verstellt.Der Elektromotor 10 ist ein Schrittmotor. Selbstverständlich können jedoch im Bedarfsfalle auch andere Motortypen verwendet werden.
Wird in dem Steuerglied 6 ein größerer Betrag des Sollwerts als deslstwertsfestgestellt, so wird der Elektromotor 10 nur mit niedrigen Drehfrequenzen aktiviert, wodurch die Drosselklappe 7 entsprechend langsam verdreht wird. Auf diese Weise wird die Bewegung des Gaspedales 4 nur verlangsamt an die Drosselklappe 7 weitergegeben.
Bei einer Rücknahme der Stellung des Gaspedales 4 hingegen wird in dem Steuerglied 6 der Elektromotor TO so aktiviert, daß er mit einer hohen Drehfrequenz die Drosselklappe in Richtung Schließstellung verstellt.
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Zur Öffnung der Drosselklappe werden für den Elektromotor 10 Drehfrequenzen zwischen einer und vier Umdrehungen pro Minute gewählt. Zum Schließen hingegen werden Drehfrequenzen zwischen zwanzig und vierzig, vorzugsweise dreißig Umdrehungen pro Minute gewählt.
Damit der Fahrer die jeweilige Stellung des Gaspedales optisch sieht, ist hierzu das Gaspedal mit einem Anzeigemodul 11 mit einer Leuchtbandanzeige 12 verbunden. Auf der Leuchtbandanzeige wird die entsprechende Gaspedalstellung angezeigt.
In der Figur 3 ist prinzipmäßig das Schaltbild für die elektronische Steuerung dargestellt.
Die Werte des Sollwertgebers 5 und des Istwertgebers 8 werden in den Auswerteinheiten 13 und 14 ausgewertet. Zur Hystereseeinstellung befindet sich zwischen den beiden Auswerteinheiten ein Potentiometer 15. Die beiden Widerstände 16 und 17 dienen zur Anpassung an den TTL-Eingang. Zur Entstörung und Dämpfung dienen Entstör- bzw. Dämpfungskondensatoren 18 und 19. 20 und 21 sind als Nandgatter zum Sperren des Taktes, wenn Ist = Soll vorgesehen.
Ein Zahler 22 zählt aufwärts oder abwärts, je nach dem
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ob der Istwert kleiner oder größer als der Sollwert ist. Dem Zähler ist ein 2 zu 4 Dekoder 23 nachgesehaltet, in dem die Binärcode des Zählers in ein "Drehfeld" umgewandelt werden.
24 stellt die Gatterschaltung zur Auswahl der hohen oder niederen Frequenz für den Elektromotor darj je nach dem, ob der Istwert kleiner oder größer als der Sollwert ist. Der Widerstand 25 dient zur Begrenzung des Strangstromes. 26 und 28 stellen Inverter- und Anpaßwiderstände dar. Leistungstransistoren 29 dienen zur Ansteuerung des Schrittmotores für die Drosselklappe.
Ein integrierter Operationsverstärker 30 erzeugt mit den Bauteilen 31 - 38 eine Frequenz zum Öffnen der Drosselklappe
Ein integrierter Zeitgeber 39 erzeugt mit dem Kondensator und dem Potentiometer 41 eine hohe Frequenz zum Schließen der Drosselklappe bei Rücknahme des Gashebels.
Ein Anzeigemodul 42 mit einer Leuchtbandanzeige zeigt den Sollwert, d. h. die Stellung des Gaspedales an. 43 ist der Meßeingang zum Sollwertpotentiometer 5. Zwölf Leuchtdioden (4 gelbe, 4 grüne und 4 rote) dienen zur optischen Anzeige des Sollwertes.
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Mit 45 ist der Endschalter dargestellt. Die vier Stränge des Schrittmotors sind mit 27 bezeichnet.

Claims (10)

PATENTANSPRÜCHE
1.)Elektronische Regelung der Stellung einer Drosselklappe eines Vergasers oder einer Einspritzpumpe bei Kraftfahrzeugen, wobei die Bewegung des Gaspedales auf elektrischem Wege zur Drosselklappe übertragen und die Drosselklappe über einen Elektromotor betätigt wird, mit einem Sollwertgeber am Gaspedal, einem Steuerglied und einem mit dem Elektromotor verbundenen Stellglied
dadurch gekennzeichnet, daß
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die Bewegungen des Gaspedales (4) in Richtung Vollgasstellung verlangsamt mit niedrigen Drehfrequenzen für den Elektromotor (10) weiterleitbar sind.
2. Elektronische Regelung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungen des Gaspedales (4) entgegen der Vollgasstellung unverzögert mit hohen Drehfrequenzen für den Elektromotor (10) weiterleitbar sind.
3. Elektronische Regelung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die verlangsamte Weiterleitung der Bewegung des Gaspedales (4) linear erfolgt.
4. Elektronische Regelung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß über dem Bewegungsbereich des Gaspedales (4) unterschiedliche Linearitäten bzw. unterschiedliche Drehfrequenzen einstellbar sind.
5. Elektronische Regelung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Drehfrequenz für die Öffnung der Drosselklappe (7) ungefähr zwischen einer und fünfzehn Umdrehungen pro
Minute beträgt.
6. Elektronische Regelung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Drehfrequenz für die Schließung der Drosselklappe (7) ungefähr zwischen 20 und 40, vorzugsweise 30, Umdrehungen pro Minute beträgt.
7. Elektronische Regelung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß beim plötzlichen Durchtreten des Gaspedales (Kick-down) die Bewegung des Gaspedales (4) unverzögert mit hoher Drehfrequenz für den Elektromotor (10) weiterleitbar ist.
8. Elektronische Regelung nach einem der Ansprüche 1-7 dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor ein Schrittmotor (10) ist.
9. Elektronische Regelung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der niedrigen Frequenz integrierte Operationsverstärker (30) vorgesehen sind.
10.Elektronische Regelung nach einem der Ansprüche 1-9 dadurch gekennzeichnet, daß zur Anzeige der Gaspedalstellung ein Anzeigenmodul (11) mit einer Leuchtbandanzeige (12) vorgesehen ist.
DE19813135479 1981-09-08 1981-09-08 Elektronische regelung der stellung einer drosselklappe Withdrawn DE3135479A1 (de)

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