DE3631283C2 - Einrichtung zur gesteuerten Zumessung von Verbrennungsluft in eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Aus der deutschen Patentschrift 10 23 268 ist eine Vorrichtung zum Verstellen der Drosselklappe einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug bekannt. Diese Vorrichtung umfaßt ein Schlitzhebelge­ triebe, mit dessen Hilfe zum einen die Geradführung eines Gaspedal­ gestänges durch eine besser schmierbare Schwingenführung ersetzt wird. Zum anderen wird dort mit Hilfe einer zwischen zwei festen An­ schlägen vorgespannten Feder und eines Schwinghebelanschlags eine verstärkte Rückstellkraft erzeugt, sobald der Betätigungshebel in eine Stellung zwischen einer bestimmten Grenzlage I und der Maximal­ stellung II gebracht wird. Es wird also ein Druckpunkt vorgesehen, der dem Fahrzeugführer das Erreichen einer bestimmten Öffnung der Drosselklappe anzeigt (Kick-Down-Schwelle). Durch geeignete Gestal­ tung der Kontur des Getriebeschlitzes im Schlitzhebel läßt jene Vor­ richtung im übrigen auf rein mechanische Weise eine nicht winkel­ treue, sondern beispielsweise fahrzeug- oder motorspezifisch ange­ paßte Übersetzung der Fahrpedalstellung auf die Drosselklappenstel­ lung zu, so daß auch eine nicht proportionale Abhängigkeit der Dros­ selklappenstellung von der Fahrpedalstellung leicht zu realisieren ist. Diese bekannte Lösung sieht jedoch keinerlei Maßnahmen sowohl zur Bereitstellung einer Notfahrfunktion noch zum Vermeiden des Festfrierens der Drosselklappe vor.

Bei neueren, elektronisch arbeitenden Systemen zur Gemischzumessung entfällt in der Regel eine mechanische Kopplung zwischen Fahrpedal und Drosselklappe. Vielmehr wird bei solchen Systemen die Drossel­ klappe von einem elektromotorischen Steller angetrieben oder einge­ stellt, welcher Stellbefehle unmittelbar von einem elektronischen Steuergerät über eine elektrische Leitung empfängt; dasselbe elek­ tronische Steuergerät empfängt hierzu von einem Fahrpedalstellungs­ geber den Fahrerwunsch ebenfalls über eine elektrische Leitung. Als elektromotorische Steller kommen dabei untersetzte Gleichstrommoto­ ren (meist in permanenterregter Ausführung) oder sogenannte Dreh­ steller in Betracht, die im Prinzip ähnlich wie ein Drehspulmeßwerk funktionieren und jedenfalls in Abhängigkeit von der mittleren Stromstärke bzw. des Tastverhältnisses des Betriebsstromes in wenig­ stens einer Stellwicklung eine bestimmte Lage einnehmen. Um solche Drehsteller mit einer geringstmöglichen elektrischen Leistung be­ treiben zu können, kann die Federkonstante der Rückstellfeder der Drosselklappe nicht beliebig groß gemacht werden. Andererseits reicht eine wünschenswert geringe Antriebsleistung eines solchen Drehstellers unter Umständen nicht aus, um die Drosselklappe, falls sie in ihrer Ruhelage festgefroren ist, bei Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine "loszureißen".

Demgegenüber leisten elektronische Systeme zur Einstellung der Dros­ selklappe an einer Brennkraftmaschine die Realisierung nahezu belie­ biger Übersetzungen zwischen der Fahrpedalstellung und der Drossel­ klappenstellung, beispielsweise unter Benutzung einer in einem Digi­ talspeicher abgelegten Kennlinie oder eines Kennfeldes.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung in Verbindung mit zeitgemäßen elektronischen Zumeßsystemen eine einfache Einrichtung zu schaffen, welche einen zuverlässigen Antrieb einer luftzumessenden Drossel­ klappe einer Brennkraftmaschine mit geringer Antriebsleistung er­ laubt, und die zudem das Problem einer festfrierenden Drosselklappe ausräumt. Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, diese Einrichtung so zu gestalten, daß im Falle eines Ausfalles der Stromversorgung, des elektronischen Steuergerätes für die Drosselklappenstellung oder des die Drosselklappe einstellenden Stellers dennoch ein sicherer Not­ fahrbetrieb möglich ist, so daß jedenfalls der Fahrzeugführer das Fahrzeug noch zur nächsten Werkstatt fahren kann.

Ein erster Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das Problem des Festfrierens der Drosselklappe überwunden wird, indem das Festfrie­ ren der Drosselklappe bei abgestelltem Fahrzeug gar nicht mehr ein­ treten kann, weil die Drosselklappe in diesem Zustand keine Ruhelage derart einnimmt, daß sie flächig festfrieren könnte. Auf diese Weise entfällt die Bereitstellung entsprechender Spitzenantriebsleistung zum Losreißen einer flächig festgefrorenen Drosselklappe völlig, was zu einer kostengünstigen Auslegung der erforderlichen Ansteuerend­ stufe in einem elektronischen Steuergerät führt. Ein weiterer Vor­ teil der Erfindung besteht darin, daß bei Ausfall des elektronischen Steuergerätes, oder seiner Stromversorgung, oder der in diesem Steuergerät enthaltenen Ansteuerendstufe für die Drosselklappe diese aufgrund Rückführung durch eine Feder jedenfalls eine solche Ruhe­ lage einnimmt, daß noch ausreichend Verbrennungsluft zur Aufrechter­ haltung eines Notfahrbetriebs in die Brennkraftmaschine gelangen kann. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß bei Ab­ sinken der Bordnetzspannung bei Startversuchen bei niedriger Umge­ bungstemperatur keine zusätzliche elektrische Energie bereitgestellt werden muß, nur um ausreichend Verbrennungsluft in die Brennkraft­ kraftmaschine gelangen zu lassen. Dadurch wird die Spannungslage des Bordnetzes insbesondere bei hoher Beanspruchung der Starterbatterie verbessert.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Einrichtung zur elektrisch gesteuerten Zumessung von Verbrennungsluft in einer Brennkraftmaschine gegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge­ stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Funktionsbild der erfindungsgemä­ ßen Einrichtung zur elektrisch gesteuerten Zumessung von Verbren­ nungsluft in eine Brennkraftmaschine,

Fig. 2 ein Diagramm des prin­ zipiellen Verlaufs des Drehmoments eines Drosselklappendrehstellers über dem Stellungswinkel α der Drosselklappe und

Fig. 3 eine sche­ matische Darstellung einer praktischen Realiserung der erfindungsge­ mäßen Einrichtung.

Gemäß Fig. 1 umfaßt die erfindungsgemäße Einrichtung zur elektrisch gesteuerten Zumessung von Verbrennungsluft in eine Brennkraft­ maschine einen Kanal 10 zur Führung von Verbrennungsluft 28, durch den eine drehbar gelagerte Stellwelle 12 ragt, die ihrerseits eine daran befestigte und dadurch schwenkbare Drosselklappe 11 trägt. Die Stellwelle 12 wird von einem elektromotorischen Steller 13 angetrie­ ben bzw. positioniert; die dazu notwendigen Stellsignale werden dem Drehsteller über Anschlußleitungen 14 zugeführt. Die Stellwelle 12 trägt einen Mitnehmer 18, der als bewegliches Widerlager für ein erstes Ende 17 einer Rückführfeder 15 dient. Das zweite Ende 16 die­ ser Rückführfeder 15 ist in geeigneter Weise raumfest befestigt. Die Rückführfeder 15 erzeugt ein gewisses Rückstelldrehmoment, welches die Drosselklappe 11 in die geschlossene Stellung zurückzuführen sucht. Die Linien 26a und 26b repräsentieren diejenige Mantellinie des Verbrennungsluftkanals 10, an denen die Drosselklappe 11 in völ­ lig geschlossenem Zustand anliegt, d. h. entlang denen die Drossel­ klappe längs ihres gesamten Umfanges "flächig" festfrieren könnte. Die Stellwelle 12 trägt ferner einen weiteren Mitnehmer 19. Eine zweite Gegenstellfeder 21 ist mit ihrem einen Ende 22 raumfest ein­ gespannt; das zweite Ende 23 liegt an einem tangential zur Stell­ welle 12 justierbaren Widerlager 25 an, so daß die Feder unter einer gewissen Ruhespannung steht. Der mit der Stellwelle 12 drehfest ver­ bundene Mitnehmer 19 weist ein Widerlager 20 auf, das durch die Rückstellfeder 15 und durch das über den Mitnehmer 18 auf die Stell­ welle 12 übertragene Rückstelldrehmoment gegen das ruhende Ende 23 der Gegenfeder 21 als Ruhelager geführt wird. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Drosselklappe 11 nicht vollständig schließt und daß der elektromotorische Steller 13 ein im Vorzeichen wechselndes Drehmoment erzeugen muß, um die Drosselklappe von der maximalen Öff­ nung in die völlig geschlossene Lage zu verstellen, so daß deren Be­ randung an den erwähnten Mantellinien 26a und 26b anliegt. Im dreh­ momentlosen Zustand, also bei stromlosem Steller 13, weist die Dros­ selklappe 11 also einen gewissen Ruheöffnungswinkel α_r auf, der durch Justierung des verstellbaren Anschlagselements 25 genau ein­ stellbar ist. Es ist ersichtlich, daß somit bei abgestelltem Fahr­ zeug die Drosselklappe 11 nicht entlang ihres Umfanges im Bereich der Umfangslinien 26a und 26b im völlig geschlossenen Zustand an­ frieren kann; eine Verbindung besteht in diesem Falle mit dem Ver­ brennungsluftkanal 10 nur über die hier nicht gezeigte Lagerung der Stellwelle 12, die jedoch auf einfache Weise gegen Festfrieren ge­ sichert werden kann.

Fig. 2 veranschaulicht den Verlauf des vom elektromotorischen Stel­ ler 13 aufzubringenden normierten Drehmomentes Mc über dem Stel­ lungswinkel α der Drosselklappe 11; beim Ruhewinkel α_r der Dros­ selklappe erfolgt die erwähnte Richtungsumkehr des Stelldrehmomen­ tes, so daß also der elektromotorische Steller 13, um die Drossel­ klappe 11 in die völlig geschlossene Lage zu bringen, ein Stelldreh­ moment mit umgekehrtem Vorzeichen erzeugen muß. Die Steigung der Mo­ mentenlinie im Bereich 0 < α < α_r ergibt sich durch Überlagerung der Momentenkennlinie für die Feder 15 und für die Gegenfeder 21.

Der Rahmen der Erfindung wird durch andersartige Ausgestaltung der Federn 15 und 21, beispielsweise in Form von Spiralfedern oder ge­ krümmten Streifenfedern, nicht verlassen; auch können die beschrie­ benen Elemente beliebigerweise entweder einseitig oder beidseitig verteilt der Drosselklappe angeordnet sein. Insbesondere können auch der Mitnehmer 18 als Widerlager für die Rückstellfeder 15 und der Mitnehmer 19 mit dem Widerlager 20 für die Gegenfeder 21 als ein ein­ körperliches Ganzes ausgeführt sein, indem dann beide Federn auf ein einziges, drehfest mit der Stellwelle 12 verbundenes Mitnehmerele­ ment einwirken, wie dies in Fig. 3 der Vollständigkeit halber ver­ anschaulicht ist.

Claims (7)

1. Einrichtung zur gesteuerten Zumessung von Verbrennungs­ luft in eine Brennkraftmaschine mit einem Verbrennungsluftkanal (10), mit einer im Verbrennungsluftkanal (10) angeordneten Drosselklappe (11), welche an einer drehbaren Stellwelle (12) befestigt ist, mit einer in Schließrichtung wirkenden Rückstellfeder (15), dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselklappe (11) durch einen mit der Stellwelle drehfest verbundenen elektromotorischen Steller (13) gegen die Kraft der Rückstellfeder (15) geöffnet wird, gegen einen durch eine Gegenfeder (21) gebildeten federnden Anschlag in eine, einer Öffnung (α_r < 0) entsprechende Ruhelage führbar ist, und daß der elektromotorische Steller (13) zur Schließung der Drosselklappe (11) ein Drehmoment erzeugt, welches dem Drehmoment zur Öffnung der Drosselklappe (11) entgegengesetzt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkonstante der Gegenfeder (21) größer als die der Rückstellfeder (15) ist.

3. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenfeder (21) an einem Ende raumfest befestigt ist und daß das andere Ende der Gegenfeder bei geöffneter Drosselklappe durch ein in Umfangsrichtung der Stellwelle justierbares Widerlager vorspannbar ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das justierbare Widerlager (25) so ausgebildet ist, daß es durch seine Justierung die Festlegung der Ruhelage der Drosselklappe (11) erlaubt.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfeder (15) und die Gegenfeder (21) auf verschiedenen Seiten der Drosselklappe (11) an der Stellwelle (12) angreifend angeordnet sind.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einleitung eines Rückstelldrehmoments von der Rückstellfeder (15) in die Stellwelle (12) durch einen Mitnehmer (18 und 19) erfolgt, der mit dem an die Gegenfeder (21) anschlagenden Mitnehmer im wesentlichen identisch ist.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Rückstellfeder (15) als auch die Gegenfeder (21) auf derselben Seite der Drosselklappe an der Stellwelle (12) angreifend angeordnet sind.