DE60100225T2

DE60100225T2 - Elektronisches Drosselklappensteuersystem mit reduzierter Reibung und reduziertem Verschleiss

Info

Publication number: DE60100225T2
Application number: DE60100225T
Authority: DE
Inventors: James Richard Rauch; Mark Warner Semeyn Jr.; Ross Dykstra Pursiful
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2000-07-05
Filing date: 2001-07-05
Publication date: 2004-05-19
Anticipated expiration: 2021-07-06
Also published as: EP1170487A2; DE60100225D1; EP1170487B1; EP1170487A3; US6575427B1

Description

Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektronische Ventilsteuersysteme und insbesondere auf elektronische Drosselklappen-Steuersysteme für Brennkraftmaschinen, mit Getriebemechanismen mit verringerter Reibung und reduziertem Verschleiß.
Hintergrund der Erfindung
Ventileinheiten für Motoren und zugehörige Systeme verwenden typischerweise in einem Durchgangskanal für einen Medienstrom angeordnete, schwenkbare Ventilglieder, um die Mediendurchflußregulierung durch diese Kanäle zu unterstützen. So sind z. B. im Lufteinlaßkanal in Brennkraftmaschinen Drosselklappenglieder angeordnet. Die Ventileinheiten werden entweder mechanisch oder elektronisch gesteuert und verwenden einen Mechanismus, der direkt das Ventilglied betätigt.
Bei elektronischen Drosselklappen-Steuersystemen ist es wünschenswert, einen Notbetriebsmechanismus bzw. -System zu haben, der bzw. das die Drosselklappe in dem Falle betätigt, daß die elektronische Steuerung bzw. das elektronische System ausfällt. Es bestehen mehrere bekannte elektronische Drosselklappen-Steuersysteme, bei denen Notbetriebsmechanismen zum Schließen der Drosselventilklappe oder zum Verstellen derselben in eine leicht geöffnete Stellung zum Einsatz kommen, wenn ein Elektronikausfall im Fahrzeug auftreten sollte. Eines dieser bekannten Systeme z. B. ist die gleichlaufende Patentanmeldung der Anmelder, die am 10. November 1999 unter der laufenden Nummer 091438,122 (FGT 199-0418) angemeldet wurde. Es ist nun wünschenswert, ein elektronisches Ventilsteuersystem mit einem verbesserten störungssicheren Mechanismus oder Notbetriebsmechanismus zu stellen, der den Betrieb und die Stellungen im Getriebemechanismus und für die Getriebekomponenten optimiert, so daß Reibung und Verschleiß minimiert werden.
Die US-6,067,958 offenbart eine elektronische Drosselklappenvorrichtung. Die Vorrichtung beinhaltet ein Drosselklappengehäuse mit einer Drosselventilklappe darin und ist im Lufteinlaß eines Motors angeordnet. Des weiteren weist die Vorrichtung einen Drosselklappen-Stellmotor auf, der die Position der Drosselklappe einstellt.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung liefert eine elektronische Drosselklappen-Steuereinheit mit einem Gehäuse mit einem Getriebe und einem Drosselklappenmechanismus. Eine Drosselklappenplatte ist auf einer Drosselklappenwelle angebracht, und Platte und Welle sind im Motor- bzw. Lufteinlaßkanal angebracht, so daß die Drosselklappenplatte den in den Motor eintretenden Luftstrom reguliert. Ein das Getriebe abdeckender Deckel trägt einen Motor mit einem Stirnrad.
Die Betätigung der Drosselklappe wird über die Getriebeeinheit bewerkstelligt, die von dem Motor angetrieben wird. Der Motor wird von der elektronischen Steuereinheit des Fahrzeuges geregelt, die ihrerseits auf die Eingaben des Fahrzeugführers bzw. Fahrers anspricht. Ein Drosselklappen-Stellungsgeber, der auf die Drehung der Drosselklappenwelle anspricht, meldet die Stellung der Drosselklappe zurück an die elektronische Steuereinheit.
Beim Betrieb der Drosselklappe betätigt ein mit dem Motor verbundenes Zahnrad ein Zwischenrad (oder Umlenkrad), das seinerseits ein Zahnsegment treibt, das mit der Drosselklappenwelle verbunden ist. Das Zahnsegment wird von einer Feder in Richtung auf die Schließstellung der Drosselklappe vorgespannt. Als Notbetriebsvorrichtung ist ein unter Federspannung stehender Stößel am Gehäuse befestigt und so positioniert, daß er den Betrieb des Zahnsegmentes unterbricht, wenn eine elektronische Störung auftreten sollte, und so die Drosselklappe am völligen Schließen hindert. In der Notbetriebsstellung kann nun das Fahrzeug noch weiter betrieben werden, wenn auch mit verminderter Leistung. Dadurch kann der Fahrer "nach Hause hinken".
Befindet sich die Drosselklappe in ihrer Schließstellung, wenn eine elektronische Störung auftritt, dann wirkt der unter Federspannung stehende Stößel derart auf das Zahnsegment, daß er die Drosselklappe geringfügig bis in die Notbetriebsstellung öffnet.
Zur Minimierung von Reibung und Verschleiß am Zahnsegment, die durch den Kontakt zwischen Zahnrad und Stößel oder Notbetriebsmechanismus entstehen, sind die Teile so angeordnet, daß die Betätigungsfläche des Zahnsegments senkrecht zur Längsachse des Stößelteils steht, wenn es sich in einer Stellung in etwa in der Mitte des Notbetriebs-Versteilbereiches des Stößels und des Zahnsegmentes befindet. Dadurch werden Gleitkontakt und Gleitreibung zwischen dem Stößel und der Zahnsegmentfläche minimiert, und damit die Reibung verringert und die Leistung des Notbetriebsmechanismus verbessert. Ebenso wird dadurch der Verschleiß am Zahnsegment reduziert, das typischerweise aus einem Verbundmaterial hergestellt ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung der Erfindung, insbesondere bei Betrachtung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen und den nachstehenden Patentansprüchen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 veranschaulicht eine elektronische Drosselklappen-Steuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 veranschaulicht ein Deckelteil einer elektronischen Drosselklappen-Steuereinheit mitsamt dem damit verbundenen Getriebe und der Drosselklappenwelle;
3 zeigt eine Draufsicht auf ein Drosselklappen-Steuerungsgehäuse, welche das Getriebe veranschaulicht;
4 ist eine geschnittene Explosionsdarstellung des elektronischen Drosselklappen-Steuermechanismus aus 1, welche mehrere der Bauteile desselben zeigt;
5 zeigt ein Zwischen- bzw. Umlenkrad, das in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann;
6 veranschaulicht ein Zahnsegmentteil, das in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann;
7 zeigt eine Ausführungsform eines Federelementes, das in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann;
8 veranschaulicht ein unter Federspannung stehendes Stößelteil, das in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann;
die 9, 10, 11 und 12 veranschaulichen verschiedene Stellungen des Zahnsegments und des Stößelmechanismus während des Betriebes der elektronischen Drosselklappen-Steuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung;
12A ist eine vergrößerte Darstellung, welche die Kräfte X und Y, die Punkte A, B und C, Achse 95 und die Ausrichtungsachse 99 deutlicher darstellt; und
13 ist eine schematische Darstellung, welche eine repräsentative Schaltung darstellt, die in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung zum Einsatz gebracht werden kann.
Eingehende Beschreibung der Erfindung Die Zeichnungen veranschaulichen eine bevorzugte Ausführungsform einer elektronischen Drosselklappen-Steuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung. Selbstverständlich können auch alternativ gestaltete andere Ausführungen mit gleichwertigen Komponenten und Funktionen der vorliegenden Erfindung gemäß eingesetzt werden können.
1 ist eine perspektivische Darstellung einer elektronischen Drosselklappen-Steuereinheit bzw. Mechanismus, die/der hier allgemein mit der Bezugszahl 10 bezeichnet ist. Die elektronische Drosselklappen-Steuereinheit 10 beinhaltet ein Gehäuse bzw. einen Körper 12 und ein Deckelteil 14. Das Gehäuse 12 beinhaltet einen Drosselklappenabschnitt 16, einen Getriebeabschnitt 18 und einen Drosselklappen-Stellungsgebermechanismus 28. Das Deckelteil beinhaltet ein Motorgehäuse 26 und einen elektrischen Anschlußstecker 30.
Der Drosselklappenabschnitt 16 beinhaltet einen Luftstromdurchgang 32, in welchem eine Drosselventilplatte 34 zur Regulierung des Luftstromes durch diesen Durchgang angeordnet ist. Die Drosselventilplatte 34 ist an einer Drosselklappenwelle 36 befestigt, die quer zur Achse des Luftstromdurchganges 32 angeordnet ist. Die Drosselklappenwelle ist im Gehäuse 12 in einer beliebigen herkömmlichen An und Weise angebracht und ist vorzugsweise in zwei Lagern 23 gelagert (von welchen in 4 nur eines dargestellt ist), die ihr eine freie Drehung ermöglichen, um den Luftstrom zum Motor zu regulieren.
Ein Getriebezug oder -Mechanismus 40 ist im Getriebeabschnitt 18 des Gehäuses 12 untergebracht. Der Getriebezug 40 besteht allgemein aus einem Zwischen- oder Umlenkrad 42 und einem Zahnsegment 44. Das Zahnsegment 44 ist fest am oberen Ende 37 der Drosselklappenwelle 36 befestigt, so daß die Drosselklappenwelle und die Drosselklappenplatte zusammen mit dem Zahnsegment verschwenkt werden.
Ein Motor 50 ist im Motorgehäuse 26 positioniert und am Deckelteil 14 befestigt. Motor 50 ist vorzugsweise ein umkehrbarer 13-Volt-Gleichstrommotor und ist mit einer Montageplatte 51 verbunden, die am Deckel 14 über mehrere Befestigungselemente 49 fixiert ist. Der Motor 50 hat eine Welle 52, auf welcher ein kleines Strinzahnrad 54 angebracht ist. Das Zahnrad 54 hat mehrere Zähne 56, die im Eingriff mit dem Getriebezug stehen und diesen in Drehung versetzen. Das Zwischenrad 42 ist auf einer Welle 58 angebracht, die im Gehäuse 12 oder im Deckelteil 14 oder in beiden gelagert ist. Das Zwischenrad dreht sich frei auf der Welle 58. Wie 5 zeigt, beinhaltet das Zwischenrad bzw. Umlenkrad 42 ein erstes Zahnrad 60 mit einer Vielzahl von Zähnen 62, und ein zweites Zahnrad 64 mit einer Vielzahl von Zähnen 66. Die Getriebezähne 66 sind so positioniert, daß sie mit den Getriebezähnen 56 auf dem Motorritzel 54 kämmen, während die Getriebezähne 62 so positioniert und ausgelegt sind, daß sie mit Getriebezähnen 70 auf dem Zahnsegment 44 kämmen. Wie die Zeichnungen zeigen, sind die Zähne 70 auf dem Zahnsegment 44 nur auf einem Teil oder Segment des Außenumfanges des Zahnrades vorgesehen.
Alle Getriebezahnräder 54, 42 und 44 sind vorzugsweise aus Kunststoff, z. B. aus Nylon, obwohl sie auch aus einem anderen vergleichbaren Material hergestellt sein können, z. B. einem Verbundwerkstoff mit gleichwertiger Ausdauer und Funktion.
Das Zahnsegment 44 ist vorzugsweise mit einem Ende 37 der Drosselklappenwelle 36 vergossen. Zu diesem Zweck sind Aussparungen oder Nuten in dem Ende 37 der Welle vorgesehen, um so eine feste Gußverbindung des Zahnsegments mit der Welle zu ermöglichen, so daß es dauerhaft mit dieser verbunden ist.
Eine Schraubenfeder 80 ist im Getriebeabschnitt 18 des Gehäuses 12 angeordnet. Eine Ausführungsform der Feder 80, die in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, ist in 7 dargestellt. Die Feder 80 hat ein Ende 82, das fest an dem Deckelteil 14 fixiert ist, während das andere Ende 84 der Feder in der Öffnung 86 im Zahnsegment 44 gelagert ist. Bei der in den Figuren dargestellten Ausführungsform ist die Feder 80 um das Ende 37 der Drosselklappenwelle herum gewickelt zwischen dem Zahnsegment 44 und dem Deckelteil 14 angeordnet (siehe 3).
Der unter Federspannung stehende Stößelmechanismus, der vorzugsweise in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist in 8 dargestellt und allgemein mit der Bezugszahl 90 bezeichnet. Der Stößel 90 hat einen länglichen hohlen Körper bzw. Gehäuse 92, der/das mit einem Gewinde versehen ist, so daß er/es in die Gewindeöffnung 94 im Getriebeteil 18 des Gehäuses 12 paßt. Ein gleitbeweglicher Stößel 96 ist an einem Ende des Stößelteils 90 angeordnet und wird von einer im Gehäuse 92 positionierten Feder 98 vorgespannt. Ein Verschlußstopfen 100 hält die Feder und den Stößel 96 in ihrer Position. Das Gewinde 93 an der Außenseite des Gehäuses 92 des Stößelmechanismus 90 paßt in das Gegengewinde in der Öffnung 94 im Gehäuse 12, so daß der Stößelmechanismus so verstellt werden kann, daß die richtige und optimale Positionierung und Funktion der Drosselventilklappe und des Notbetriebsmechanismus leichter erzielt werden kann.
Der unter Federspannung stehende Stößelmechanismus 90 wirkt zusammen mit dem Zahnsegment 44 und der Feder 80 derart, daß sie den Betrieb der Drosselklappe 34 im Notbetriebsmechanismus begrenzen und steuern. Diesbezüglich ist die allgemeine Funktion des Getriebezuges, des Zahnsegmentes, Stößelteils und der anderen Komponenten im einzelnen in der gleichlaufenden Patentanmeldung der Anmelderin beschrieben, die am 11. November 1999 unter der laufenden Nummer 09/438,122 angemeldet wurde und den Titel trägt: "Electronic Throttle Control System With Two-Spring Failsafe Mechanism (Steuersystem für eine elektronische Drosselklappe mit Zwei-Feder-Notbetriebsvorrichtung) (FGT 199-0418)".
Der Betrieb der elektronischen Drosselklappeneinheit ist allgemein in dem schematischen Diagramm der 13 dargestellt. Im allgemeinen wird die von einem Fahrzeugführer 112 am Fahrpedal 110 angelegte Kraft von einem Sensor 114 gemessen und der elektronischen Steuereinheit (ECU) 116 des Fahrzeuges zugeführt. Das Fahrpedal 110 wird typischerweise von einem federartigen Spannglied 118 so vorgespannt, daß es dem Fahrer ein Gefühl für die Kraft zurückvermittelt. Die ECU 116 des Fahrzeuges erhält außerdem einen Eingang von mehreren anderen Sensoren 120, die mit anderen Mechanismen und Systemen des Fahrzeuges verbunden sind.
Um die Drosselventilklappe 34 zu betätigen, wird nun ein Signal von der ECU 116 an den Motor 50 abgegeben. Der Motor dreht das Stirnzahnrad 54, das wiederum den Getriebemechanismus 40 betätigt. Im einzelnen versetzt das Stirnrad 54 das Zwischenrad oder Umlenkrad 42 in Drehung, das seinerseits das Zahnsegment 44 verschwenkt. Dies wiederum bewirkt, daß die Drosselklappenwelle 36 bewegt wird, die fest mit dem Zahnsegment 44 verbunden ist, und diese Welle verschwenkt wird. Die Drehung der Welle 36 positioniert die Drosselklappen-Ventilplatte 34 in einer genau definierten Stellung im Durchgang 32 und erlaubt den erforderlichen und notwendigen Luftstrom in den Motor hinein in Reaktion auf eine Bewegung des Fahrpedals 110.
Das Deckelteil 14 kann am Körper bzw. Gehäuse 12 in jeder beliebigen herkömmlichen Art und Weise befestigt sein, wird jedoch vorzugsweise durch mehrere Befestigungsteile wie z. B. Schrauben oder Bolzen festgehalten. Desgleichen kann eine geeignete Flachdichtung oder ein anderes Dichtungselement zwischen dem Deckel und dem Gehäuse angeordnet werden, um das Getriebe 40 und andere Komponenten vor Schmutz, Feuchtigkeit und anderen Umwelteinflüssen zu schützen. Wenn die elektronische Drosselklappeneinheit 10 benutzt wird, wird sie im Motorraum des Fahrzeuges angeordnet und mit dem Fahrzeug verschraubt oder auf andere Weise sicher darin befestigt. Hierzu kann eine Reihe von Öffnungen im Gehäuse vorgesehen werden, wie z. B. die in der 1 gezeigten Öffnungen 13.
Der Drosselklappen-Stellungsgeber (TPS) 28 ist am Gehäuse 12 befestigt. Der Stellungsgeber TPS ist herkömmlich konstruiert und hat einen Rotor, der an dem unteren Ende 39 der Drosselklappenwelle 36 angeschlossen ist. Zusammen mit der zugehörigen Elektronik "liest" oder erfaßt der TPS-Geber 28 die Stellung der Drosselklappe 34 und überträgt sie an die Zentraleinheit ECU 116 des Fahrzeuges. Ein Elektroverbinder 31 verbindet den TPS mit der ECU. Der Verbinder 31 weist vorzugsweise vier Kontakte auf und regelt über die ECU die Tätigkeit des Stellmotors 50 und damit die Stellung der Drosselklappe.
Der Verbinder 30 am Deckelteil 14 verbindet den Motor 50 mit der ECU. Die Öffnung 33 im Deckelteil ermöglicht den Zugang zum oberen Ende 37 der Drosselklappenwelle bei der Montage der Drosselklappeneinheit sowie die Ausrichtung/Kalibrierung von Drosselklappenwelle und Drosselklappe.
Das Deckelteil 14 ist vorzugsweise aus einem Kunststoff Verbundwerkstoff hergestellt, wie z. B. mit Glasfaser verstärktes Polyphenylsulfid (PES) oder Polyetherimid (PEI). Zur Verstärkung des Deckelteils kann eine (nicht dargestellte) Metallplatte bei der Herstellung des Deckels in diesem eingegossen werden. Die Metallplatte versteift den Deckelteil, hält den Motor sicher in seiner Lage und kann den Achsabstand der Zahnradteile und Wellen gewährleisten. Auch sind die verschiedenen Komponenten der elektronischen Drosselklappeneinheit 10 vorzugsweise in der in den 1–4 dargestellten Weise gepackt und angeordnet, um die Positionierung und den Gebrauch im Fahrzeug zu erleichtern, jedoch sind auch andere Ausgestaltungen möglich. So kann der TPS z. B. auf dem Deckelteil 14 angeordnet und mit dem oberen Ende der Drosselklappenwelle verbunden sein, und der Verbinder 30 kann die elektrischen Anschlüsse sowohl des Motors als auch des TPS enthalten.
Das Gehäuse 12 kann aus Metall hergestellt sein, z. B. aus Aluminium, es kann aber ebenso gut aus einem Kunststoff Verbundmaterial sein. Außerdem sind Deckel, Motor, Getriebe, Federglied, Drosselklappenwelle und Zahnradwelle 58 vorzugsweise zu einer Baugruppe vormontiert, bevor sie mit dem Gehäuse zusammengefügt werden.
Bei der Montage des elektronischen Drosselklappen-Steuermechanismus 10 drängt das Federglied 80 die Drosselklappenplatte 34 in ihre Schließstellung. In diesem Bezug sind bei vielen heute bekannten Motoren die Drosselklappen so hergestellt und montiert, daß sie eine geringfügige Neigung im Bereich von 7°–10° in der voll geschlossenen Stellung aufweisen. Dies dient dazu, den sicheren Betrieb der Drosselklappe in allen Betriebsbedingungen zu gewährleisten und zu verhindern, daß sie sich in der geschlossenen Stellung verklemmt oder hängen bleibt. Diesbezüglich hat der Luftstromdurchgang 32 im typischen Falle eine kreisrunde Querschnittsform und Gestalt, während die Drosselklappenplatte 34 eine leicht elliptische Form aufweist.
Durch die Vorspannung der Feder 80 am Zahnsegment 44 und damit am Drosselklappenteil 34 wirkt die Feder 80 so, daß sie die Drosselklappe 34 in bzw. in Richtung auf die Schließstellung zurückstellt, wenn der elektronische Drosselklappen-Steuermechanismus 10 oder das Fahrzeug selbst ausfallen sollte. Diesbezüglich sei angemerkt, daß die Drosselklappe 34 und das Zahnsegment 44 vom Motor 50 und dem Getriebemechanismus 40 bis in die voll geöffnete Stellung der Drosselklappe 34 verschwenkt werden können. In der offenen Stellung ist die Drosselklappe 34 in etwa parallel zur Achse des Luftstromdurchganges 32 positioniert, so daß der volle Luftzustrom in den Motor einströmen kann. 9 veranschaulicht die Stellung des Zahnsegmentes und des Stößehnechanismus, wenn sich die Drosselklappe 34 in ihrer weit offenen Stellung befindet. Ein Anschlag 19 im Gehäuse 18 begrenzt die Drosselklappe, so daß sie sich nicht über die voll geöffnete Stellung hinaus öffnen kann.
Der Stößelmechanismus 90 wirkt als Notbetriebsmechanismus, der verhindert, daß sich die Drosselklappe im Falle eines Elektronikausfalls völlig schließt. Der Stößelmechanismus 90 wirkt so, daß er die Drosselklappe 34 in einer leicht geöffneten Stellung positioniert, so daß das Fahrzeug mit verringerter Geschwindigkeit betrieben werden kann bzw. "heimhinken" kann. In dieser Hinsicht ist zu vermerken, daß, da Drosselklappeneinheiten in Motoren, wie sie heute bekannt sind, eine leichte Neigung von 7°–10° in der voll geschlossenen Stellung haben, die normale "Heimhinkstellung" der Drosselklappenplatte in solchen Motoren bei etwa 12°–20° liegt, ausgehend von einer zur Achse des Luftstromdurchlasses quer liegenden Stellung.
Der Stößelmechanismus 90 ist so im Gehäuse 12 angeordnet, daß das unter Federspannung stehende Stößelteil 96 an einer Schulter oder Fläche 45 am Zahnsegment 44 anliegt. Der Stößelmechanismus 90 ist so positioniert, daß die Schulter 45 am Stößelteil 96 zur Anlage kommt, bevor die Drosselklappe 34 ihre voll geschlossene Stellung erreicht. Die Kraft oder Spannung der Feder 98 im Stößelmechanismus 90 ist größer als die Kraft oder Spannung der Dreh-Schraubenfeder 80, und damit stoppt der Stößehnechanismus 90 das Zahnsegment 44 und hindert es daran, noch weiter verschwenkt zu werden. Die Position des Zahnsegmentes und des Stößelmechanismus zu diesem Zeitpunkt des Betriebes ist in 11 dargestellt.
Zur Überwindung der Kraft der Feder 98, so daß die Drosselklappe 34 in ihre voll geschlossene Stellung bewegt werden kann, wird der Motor 50 betrieben. Durch den Getriebemechanismus 40 verschwenkt oder dreht der Motor das Zahnsegment 44, das dann seinerseits die Drosselklappenwelle verschwenkt und die Drosselklappe 34 schließt. Der Motor drückt die Anschlagschulter 45 gegen den Stößel 96 und verschiebt den Stößel in eine niedergedrückte Stellung gegen die Kraft der Feder 98. 10 zeigt die Position der Komponenten, wenn sich die Drosselklappe in ihrer geschlossenen Stellung befindet.
Im Falle einer elektronischen Störung in der Drosselklappeneinheit 10, während die Drosselklappe geschlossen oder fast geschlossen ist, wirkt der Notbetriebsmechanismus automatisch derart, daß er die Drosselklappenplatte in die Not- oder "Heimhinkstellung" bewegt. Die Kraft des elastisch vorspannenden Federteils 98 am Stößelteil drängt den Stößel zurück in seine ungespannte Stellung und zwingt damit das Zahnsegment 44 (und damit die Drosselklappenwelle 36), die Drosselklappenplatte 34 leicht zu verschwenken und so zu öffnen (siehe 11). Durch den Einsatz zweier Federn 80 und 98 ist die Drosselklappenwelle 36 (und damit die Drosselklappenplatte 34) in allen Betriebsrichtungen des Drosselklappensteuersystems in Richtung auf die Not- bzw. "Heimhinkstellung" vorgespannt.
Durch eine angemessene Wahl der Position des Zahnsegments 44 und des Stößelmechanismus 90 können die Reibung und Spannungen im Getriebemechanismus 40 minimiert werden. Die Verringerung der Spannungen und Kraftkonzentrationen verringert auch die Ablenkung der Getriebekomponenten, womit die Standzeit und die Nutzungsdauer der elektronischen Drosselklappeneinheit 10 erhöht wird.
Sobald die Anschlagschulter 45 des Zahnsegmentes 44 und der Stößel 96 aneinander anliegen, wie das in den 10–12A dargestellt ist, wird eine Kraft X an der Anschlagschulter 45 des Zahnsegments angelegt. Zusätzlich übt die Feder 80 eine Kraft Y auf das Zahnsegment 44 aus, und zwar in einer Richtung entgegen der Kraft des Stößels. Diese Kräfte sind in 12A dargestellt.
Der vorliegenden Erfindung zufolge werden die Kräfte X und Y strategisch so angelegt, daß die Spannungen und Normalkräfte am Zahnsegment deutlich reduziert werden. In diesem Zusammenhang liegen dann der Punkt A, welcher der Berührungspunkt zwischen dem Stößel 96 und der Anschlagschulter 45 des Zahnsegmentes ist, der Punkt B, welcher den Anlagepunkt vom Ende 84 der Feder 80 in der Öffnung 86 des Zahnsegmentes darstellt, und Punkt C, welcher der Drehpunkt des Zahnsegments 44 ist, in einer Linie. Die Punkte A, B und C sind vorzugsweise entlang einer Linie 99 ausgerichtet, die parallel zur Längsachse 95 des Stößelmechanismus 90 verläuft, wenn sich der Stößel in etwa auf halber Strecke des Schwenkweges des Zahnsegmentes und des Stößels 96 im Notbetriebsbereich befindet (siehe 12A). Wie die Zeichnungen zeigen, bedeutet dies, daß das Zahnsegment 44 und der Stößel 96 in der in 12 dargestellten Position sind, die auf halbem Wege zwischen den Stellungen des Zahnsegmentes und des Stößels liegen, wie sie jeweils in den 10 und 11 dargestellt sind. Dadurch, daß diese Flächen auf halber Strecke des Verschwenkweges des Notbetriebsbereiches senkrecht zueinander stehen, statt an dem einen oder anderen Ende des Verschwenkweges, wird der Gleitkontakt und die Gleitreibung zwischen dem Stößelteil 96 und der Oberfläche 45 des Zahnsegmentes minimiert. Dadurch wird die Reibung im Betrieb der elektronischen Drosselklappeneinheit 10 reduziert und die Leistung der Einheit erhöht. Ebenso wird damit der Verschleiß am Zahnsegment reduziert, das vorzugsweise aus einem Verbundwerkstoff hergestellt ist.
Zwar ist die Erfindung mit Bezug auf eine oder mehrere besondere Ausführungsformen beschrieben worden, es versteht sich aber von selbst, daß die hier beschriebenen besonderen Mechanismen und Techniken rein zur Veranschaulichung des erfinderischen Grundgedankens dienen. Zahlreiche Änderungen können an den beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen vorgenommen werden, ohne damit den Rahmen der Erfindung zu sprengen, wie ihn die beigefügten Patentansprüche definieren.

Claims

Elektronische Ventilsteuereinheit (10) mit einem Notbetriebsmechanismus, folgendes aufweisend: ein Gehäuse (12) mit einem Luftstrom-Durchgang (32); einen in dem Gehäuse (12) angeordneten Getriebezug (18) mit einem ersten Getriebeglied (44) und einem zweiten Getriebeglied (42); wobei besagtes erstes und zweites Getriebeglied (44, 42) in Eingriff mit einander stehen und besagtes erstes Getriebeglied (44) eine Anschlagschulter daran aufweist (45); einen in dem Gehäuse angeordneten Motor (50) mit einem dritten Getriebeglied (54), wobei besagtes drittes Getriebeglied (54) in Eingriff mit dem besagten zweiten Getriebeglied (42) steht; eine in besagtem Gehäuse (12) angeordnete und mit besagtem erstem Getriebeglied (44) verbundene und mit diesem schwenkbare Drosselklappenwelle (36); eine in besagtem Luftstromdurchgang (32) liegende Drosselventilklappe (34), wobei besagte Drosselventilklappe (34) mit besagter Drosselklappenwelle (36) verbunden und mit dieser schwenkbar ist; und einen in besagtem Gehäuse angeordneten Stößelmechanismus (90) mit einem unter Federspannung stehenden Stößelteil (96), wobei besagtes Stößelteil (96) so positioniert ist, daß es über einen Teil des Schwenkbereiches des besagten ersten Getriebegliedes (44) an besagter Anschlagschulter (45) des ersten Getriebeteiles (44) zur Anlage kommt, wobei besagtes Stößelteil (96) eine Längsachse (95) und einen Bewegungsbereich gegenüber dem besagten Stößelmechanismus (90) aufweist; dadurch gekennzeichnet, daß besagte Anschlagschulter (45) in einem Punkt, der im wesentlichen auf halber Strecke des Bewegungsbereiches des besagten Stößelteils (96) liegt, im wesentlichen senkrecht zu besagter Längsachse (95) des besagten Stößelmechanismus (90) angeordnet ist.
Elektronische Ventilsteuereinheit (10) nach Anspruch 1, worin sich besagte Drosselventilklappe (34) in einer geschlossenen Stellung in besagtem Luftstrom-Durchgang (32) befindet, wenn sich besagtes Stößelteil (96) an einem Ende seines Bewegungsbereiches befindet, und in einer Notbetriebsstellung; wenn sich besagtes Stößelteil (96) am anderen Ende seines Bewegungsbereiches befindet.
Elektronische Ventilsteuereinheit nach Anspruch 1, worin besagte Drosselventilklappe (34) zwischen einer ersten Stellung im wesentlichen quer zum Luftstrom-Durchgang (32), in der sie den Luftdurchgang durch diesen einschränkt, einer zweiten Stellung im wesentlichen parallel zum Luftstrom-Durchgang (32), in der sie den vollen Luftdurchsatz durch diesen zuläßt, und einer dritten Notbetriebsstellung zwischen der besagten ersten und der besagten zweiten Stellung verschwenkbar ist.
Elektronische Ventilsteuereinheit nach Anspruch 3, außerdem ein in besagtem Gehäuse (12) angeordnetes Federteil (80) aufweisend, das besagtes erstes Getriebeglied (44) in besagte erste Stellung der besagten Drosselventilklappe (34) drängt.
Elektronische Ventilsteuereinheit nach Anspruch 3, worin besagtes Stößelteil (96) das besagte erste Getriebeglied in die besagte dritte Stellung der besagten Drosselventilklappe (34) drängt.
Verfahren zur Verminderung von Verschleiß und Reibung in einer elektrischen Ventilsteuerung mit einem Notbetriebsmechanismus, wobei besagte elektronische Ventilsteuereinheit (10) ein Gehäuse (12) aufweist, einen Getriebemechanismus (18), einen Motor (50); eine unter Federspannung stehende Drosselklappenwelle (36) und Drosselventilklappe (34), und ein unter Federspannung stehendes Stößelteil (96), wobei besagtes Stößelteil (96) eine Längsachse aufweist; wobei besagtes Verfahren folgende Schritte beinhaltet: (a) Vorspannen der besagten Drosselventilklappe (34) in ihre geschlossene Stellung; (b) Vorspannen des besagten Getriebemechanismus (18) durch besagtes Stößelteil (96) derart, daß besagte Drosselventilklappe (34) in ihre Notbetriebsstellung verschwenkt wird; dadurch gekennzeichnet, daß (c) besagtes Stößelteil (96) so positioniert wird, daß seine Längsachse dann in rechtem Winkel zum Getriebemechanismus (18) steht, wenn sich besagte Drosselventilklappe in einer Stellung auf halber Strecke zwischen der geschlossenen und der Notbetriebsstellung befindet.