Einrichtung zur Regelung der Leerlaufdrehzahl eines Verbrennungskraftstoffmotors

Abstract

 In einer Einrichtung zur Regelung der Leerlaufdrehzahl eines Verbrennungskraftstoffmotors durch Beeinflussung der Füllung mit einem elektromechanischen Stellglied, das als Hubmagnet ausgebildete elektromagnetische Mittel mit mindestens einer Spule (Räume 14,15; 36,37), mit magnetischen Fluß führenden ferromagnetischen Teilen (zylindrische Rückschlußhülsen 1,19,20), mit wenigstens einem durch den Fluß beeinflußbaren Kern (12, 13; 23) sowie mit einem mit dem Kern verbundenen kraftflußführenden Element (Schubstange 9, 31) aufweist sind Mittel vorgesehen, um das Ventilelement bei unterbrochener Spulenerregung in eine Leerlaufstellung mittleren Luftdurchsatzes einzustellen. Um den Bauaufwand für diese Mittel gering zu halten und eine Linearisierung der normalen Arbeitsweise der Einrichtung bei großer nutzbarer Kraftausbeute zu erzielen, umfaßt das elektromechanische Stellglied zwei Spulen (in Rahmen 14,15 bzw. 36, 37). Diese sind so geschaltet und mit Stellströmen beaufschlagt, daß sie in einander entgegengesetztem Sinne auf das kraftflußführende Element (Schubstange 9 bzw. 31) mittels wenigstens einen Kerns (12, 13 bzw. 23) einwirken. Die die Rückstellkraft erzeugenden Mittel (Gegenfeder 17 und Justierfeder 19 bzw. Gegenfeder 32 und Justierfeder 29) sind dergestalt ausgebildet, daß bei stromlosen Spulen das Ventilelement in eine Stellung mittleren Luftdurchsatzes gestellt wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung der Leerlaufdrehzahl eines Verbrennungskraftstoffmotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Zur Regelung der Leerlaufdrehzahl werden Einrichtungen verwandt, um eine möglichst geringe Drehzahl, insbesondere in Kraftfahrzeugen einzustellen, die günstige Verbrauchs- und Emissionswerte zur Folge hat. Beim Gleichbleiben der Füllung des Verbrennungskraftstoffmotors können Schwankungen der Leerlaufdrehzahl insbesondere durch unterschiedliche Belastungen auftreten, die durch Hilfsaggregate verursacht sind. Hinzu kommt, daß bei kleiner Leerlaufdrehzahl sich der Betriebszustand eines Verbrennungskraftstoffmotors nahe dem instabilen Drehzahlbereich befindet, in dem bei einer weiteren zusätzlichen Belastung der Motor absterben kann. Deswegen wird der Luftdurchfluß bzw. die Füllung im Leerlauf nicht fest eingestellt, sondern entsprechend den Schwankungen der Leerlaufdrehzahl reguliert. Hierzu wird ein Hubmagnet mit einem Stellstrom beaufschlagt, der unter anderem in Abhängigkeit von der Ist-Drehzahl gebildet wird und der eine solche Verstellung des mit dem Hubmagneten verbundenen Ventilelements bewirkt, daß die Ist-Drehzahl eine vorgegebene Soll-Drehzahl weitgehend unabhängig von Störgrößen erreicht.

[0003] Normalerweise sind bekannte Einrichtungen zur Regelung der Leerlaufdrehzahl im einzelnen so ausgebildet, daß bei stromlosen Hubmagneten das Ventilelement durch die Rückstell feder entweder in der vollgeöffneten oder ganz geschlossenen Stellung gehalten wird. Erst wenn der Hubmagnet mit dem Stellstrom beaufschlagt wird, bewegt sich das Ventilelement entgegen der Kraft der Rückstellfeder in eine zwischen diesen beiden Endstellungen befindliche mittlere Stellung, bis ein Kräftegleichgewicht zwischen der Magnetkraft und der Kraft der Rückstellfeder herrscht.

[0004] Bei einem Ausfall der Einrichtung, die den Stellstrom erzeugt, oder einer Störung des Hubmagneten wird demzufolge der Verbrennungskraftstoffmotor entweder mit dem in dem Leerlaufbereich größtmöglichen Luftdurchsatz, der normalerweise eine unerwünscht hohe Leerlaufdrehzahl ergibt, oder mit kleinstem Luftdurchsatz mit der Gefahr des Absterbens betrieben.

[0005] Damit auch bei Ausfall des Hubmagneten, bzw. des ihn betätigenden Stroms sich selbsttätig ein mittlerer Leerlauf-Luftdurchsatz einstellt, der einen für die meisten Belastungsfälle des Verbrennungskraftstoffmotors befriedigenden Leerlaufbetrieb erwarten läßt, ist eine Einrichtung der eingangs genannten Gattung vorgeschlagen worden. Sie hat die Merkmale, daß im Einflußbereich des Hubmagneten ein ferromagnetisches Betätigungselement angeordnet ist, welches mittels mindestens einer Hilfsfeder gegenüber dem Ventilelement bis an einen mit dem Ventilelement in fester Verbindung stehenden Anschlag verschiebbar ist, und daß die Hilfsfeder in Relation zu der Rückstellfeder so dimensioniert ist, daß das Ventilelement bei stromlosen Hubmagneten durch die auf es im einander entgegengesetzten Sinne einwirkenden Hilfsfeder und Rückstellfeder in einer Stellung mittleren Luftdurchsatzes gehalten wird.

[0006] Die selbsttätige Einstellung eines mittleren Luftdurchsatzes, wenn der Hubmagnet stromlos ist, erfolgt nach diesem älteren Vorschlag durch die Einwirkung der Hilfsfeder über das Betätigungselement auf das Ventilelement, und zwar entgegen der Kraft der Rückstellfeder. Bei stromlosen Hubmagneten wird nämlich das Betätigungselement durch die Hilfsfeder an dem Anschlag gehalten und positioniert dadurch das Ventilelement in eine mittlere Stellung, während das Ventilelement ohne die Hilfsfeder durch die Wirkung der Rückstellfeder in einer Endstellung gehalten würde. In dieser mittleren Stellung des Ventilelements hat sich ein Kräftegleichgewicht durch die dieser Stellung entsprechenden Verformungen der Rückstellfeder und der Hilfsfeder eingestellt. - Wenn der Hubmagnet hingegen bei ordnungsgemäß funktionierender Regelung mit einem Stellstrom beaufschlagt wird, zieht dieser das ferromagnetische Betätigungselement entgegen der Kraft der Hilfsfeder an, so daß sich das Betätigungselement von dem Anschlag löst. Dadurch wird das Ventilelement unabhängig von dem Betätigung - element und der Hilfsfeder nur entsprechend dem Kräftegleichgewicht zwischen dem Hubmagneten und der Rückstellfeder wie üblich eingestellt. Die Funktion des Betätigungselements setzt eine solche Ausbildung des Hubmagneten voraus, daß die magnetischen Flüsse aus dem Hubmagneten in den Bereich des ferromagnetischen Betätigungselements übertreten können, um an diesem die gewünschte Kraftwirkung zu erzeugen. Der Hubmagnet darf also nicht in dem Bereich des Betätigungselements magnetisch vollständig geschlossen sein. Diese Einrichtung bedingt einen nicht unerheblichen Zusatzaufwand im Bereich des Hubmagneten. Darüber hinaus funktioniert diese Einrichtung, wie ähnliche Einrichtungen, die keine zusätzlichen Maßnahmen zur Einstellung eines mittleren Leerlauf-Luftdurchsatzes vorsehen, tendenziell mit einem nicht linearen Verlauf der Kraft/Hubkennlinie. Dies ist insbesondere auf Luftspaltänderungen in Funktion des Hubmagneten zurückzuführen. Eine Linearisierung der Kennlinie wurde bisher dadurch versucht, daß magnetischen Fluß führende Teile des Magneten in einzelnen Bereichen bis in die magnetische Sättigung erregt wurden. Wegen der verhältnismäßig schlechten magnetischen Leitfähigkeit im Sättigungsbereich ergab sich dadurch aber zwangsläufig eine Herabsetzung der zur Verstellung des Ventilelements nutzbaren Kraft.

[0007] Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Gattung so auszubilden, daß die Einrichtung einen mittleren Luftdurchsatz im Leerlaufbetrieb bei ausgefallenem Stellstrom bzw. Hub_- magneten mit mechanisch wenig aufwendigen Mitteln gewährleistet und im störungsfreien Betrieb einen weitgehend linearen Verlauf der Kraft/Hubkennlinie und relativ große Stellkräfte ermöglicht.

[0008] Diese Aufgabe ist durch die in dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Erfindung gelöst worden.

[0009] Die Erfindung beruht auf dem Prinzip, daß zwei magnetische Flüsse durch zwei mit Stellströmen durchflossene Spulen erzeugt werden, die auf ein kraftflußführendes Element, die Schubstange, durch mindestens einen an diesem angebrachten Kern gegenläufig wirkende Kräfte erzeugen. Die von den beiden Spulen erzeugten Flüsse werden durch die ferromagnetischen Teile einschließlich des Kerns oder der Kerne so geführt, daß sie sich gegenseitig möglichst wenig beeinflussen. Durch die derart gegeneinander auf die Schubstange einwirkenden Teilmagnetsysteme werden Nichtlinearitäten durch Luftspaltänderungen oder nicht lineare Magnetisierungskennlinien weitgehend gegenseitig aufgehoben. Deswegen können die Spule(n) und die den magnetischen Fluß führenden ferromagnetischen Teile so dimensioniert werden, daß in keinem Bereich der ferromagnetischen Teile Sättigung auftritt. Damit lassen sich bei gegebenen Stell.- trömen verhältnismäßig große, für die Verstellung des Ventilelements nutzbare Stellkräfte erzielen. Im Störungsfalle, wenn die Zufuhr der Stellströme zu den Spulen unterbrochen ist oder diese selbst Defekte aufweisen, stellt sich die Schubstange unter der Wirkung der die Rückstellkraft erzeugenden Mittel selbsttätig ohne weiteres so ein, daß das Ventilelement eine Stellung mittleren Luftdurchsatzes einnimmt. Damit verändern in Störungsfalle keine Bauteile ihre Lage in dem magnetischen Kreis, so daß auch insofern keine Unstetigkeiten oder Nichtlinearitäten auftreten können. Vielmehr nimmt die Schubstange und damit das Ventilelement im stromlosen Zustand beider Spulen praktisch die gleiche Stellung ein, wie in dem Fall, in dem die mit Stellströmen beaufschlagten Spulen gleichgroße magnetische Flüsse erzeugen. Es kommt vielmehr zur Verstellung des Ventilelements im normalen By-Pass-Betrieb nur auf das Verhältnis der Stellströme in den beiden Spulen an, die in den ihnen zugeordneten magnetischen Kreisen entsprechende Flüsse hervorrufen.

[0010] Nach Anspruch 2 sind als die Rückstellkraft erzeugende Mittel, die an einer Schubstange als kraftflußführendem Element angreifen, vorzugsweise zwei auf die Schubstange entgegengesetzt wirkende Federn vorgesehen. Die eine der beiden Federn, eine sogenannte Gegenfeder, steht dabei ohne Zwischenschaltung der Schubstange mit dem Ventilelement in Verbindung während die zweite der beiden Federn, eine sogenannte Justierfeder, zur Einstellung des mittleren Luftdurchsatzes im Störungsfall an die Schubstange angreift.

[0011] In der Federanordnung ist bevorzugt nach Anspruch 3 eine dritte Feder vorgesehen, die zwischen einem Ende der Schubstange und demVentilelement angeordnet ist. Der Weg wird von der gemeinsamen Koppelstelle zwischen der Gegenfeder und der dritten Feder auf das Ventilelement übertragen. Durch diese Anordnung der dritten Feder kann die Schubstange und das Ventilelement zum Vermeiden einer mechanischen Hysterese, die die Einstellung des Ventilelements verfälscht, durch die Erregung der Spulen in Schwingung versetzt werden.

[0012] Eine zweckmäßige Ausfü .ungsform der Einrichtung ist in Anspruch 4 angegeben. Sie zeichnet sich durch eine gemeinsam Rückschlußhülse für beide entkoppelte magnetische Kreise aus. Der magnetische Fluß in je einem Kreis wird durch je eine der beiden Spulen erzeugt. Die beiden magnetischen Kreise sind durch den Spalt niedriger Permeabilität zwischen beiden auf der Schubstange vorgesehenen Kerne entkoppelt.

[0013] Entsprechend dem Verhältnis der Stellströme durch beide Spulen werden Kräfte in den beiden Kernen gegenüber der Rückschlußhülse erzeugt, die an der Schubstange einander entgegenwirken. Die Schubstange stellt sich demnach nach dem Verhältnis der Stellströme in den Spulen unter Überwindung der Rückstellkräfte ein.

[0014] Bei einer vorteilhaften Lagerung der Schubstange in äußeren Stirnseiten der Rückschlußhülse ist die genannte Ausführungsform besonders zweckmäßig, da die Justierung der Lager in der einstückig ausgebildeten Rückschlußhülse ohne weiteren Montage- und Justieraufwand ermöglicht ist.

[0015] In der Ausführungsform der Einrichtung mit der gemeinsamen Rückschlußhülse und zwei magnetisch getrennten Kernen ist die Schubstange jedenfalls in dem Abschnitt zwischen beiden Kernen aus Material möglichst niedriger Permeabilität herzustellen, damit die beiden magnetischen Kreise entkoppelt sind. Andererseits ist ein Werkstoff zu wählen oder es sind Zusatzmaßnahmen zu treffen, um den Verschleiß der Schubstange in den Lagerstellen klein zu halten.

[0016] Materialgünstiger kann die Schubstange gestaltet sein, wenn sie einen gemeinsamen Kern entsprechend der besonders bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 6 trägt. Hier ist für jede Spule ein gesonderter Rückschluß vorgesehen, der - mit Ausnahme einer Stirnseite, durch die der Kern hindurchtreten kann - weitgehend geschlossen ist. Die magnetische Entkopplung erfolgt dabei durch einen Luftspalt zwischen beiden Rückschlußhülsen. Die Schubstange kann dabei in je einer äußeren Stirnseite der beiden Rückschlußhülsen gelagert sein.

[0017] Die Einrichtung kann besonders kompakt dadurch ausgebildet werden, daß je eine der vorgesehenen Federn in einer äußeren Stirnseite der Rückschlußhülsen untergebracht ist.

[0018] Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung mit zwei Figuren erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform der Einrichtung mit einer gemeinsamen Rückschlußhülse und

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform mit zwei getrennten Rückschlußhülsen.

[0019] In Figur 1 ist eine gemeinsame zylindrische Rückschlußhülse mit 1 bezeichnet. Sie weist äußere Stirnseiten 2, 3 auf, die innen in konusförmige Polschuhe 4 und 5 auslaufen. Zur Kennzeichnung der genaueren Formgebung der konusförmigen Polschuhe wird auf die Zeichnung verwiesen. Die Rückschlußhülse ist innen in der Mitte flansch-förmig verdickt. Der Flansch weist eine zylindrische Ausnehmung 7 auf. Die gesamte zylindrische Rückschlußhülse ist zu einer mittleren Querschnittsebene 8 symmetrisch ausgebildet. Die Rückschlußhülse besteht aus ferromagnetischem Material.

[0020] In den äußeren Stirnseiten 2 und 3 ist eine durch das Innere der Rückschlußhülse hindurchreichende Schubstange 9 in Lagern 10 und 11 gelagert. Die Schubstange besteht zumindest im Bereich der Ausnehmung 7 aus nichtmagnetischem Material. Die Schubstange ist in den Lagern 10 und 11 in axialer Richtung verschiebbar und in Figur 1 in einer Mittel stellung dargestellt.

[0021] Sie trägt zwei Kerne 12 und 13 ebenfalls aus ferromagnetischem Material. Jeder Kern weist ein dem konusförmigen Polschuh 4 bzw. 5 zugewandtes kegelstumpfförmiges erstes Ende auf und reicht mit einem zweiten Ende in die Ausnehmung 7 hinein.

[0022] Je ein Raum 14 bzw. 15, der jeden der beiden Kerne 12, 13 im Inneren der Hülse umgibt, ist im wesentlichen durch eine nicht dargestellte Spule ausgefüllt. Jede Spule kann durch eine ebenfalls nicht dargestellte Regelschaltungsanordnung mit einem Stellstrom beaufschlagt werden. Die Stellströme können dabei die Form getakteter Rechteckpulse haben, deren Tastverhältnisse unabhängig voneinander einstellbar sind. Die Verschiebung der Schubstange entspricht dann dem Verhältnis der Mittelwerte dieser Pulse. Die Tastverhältnisse der Pulse und deren Phasenlage sind frei einstellbar, da in den magnetischen Kreisen der beiden Spulen keine gegenseitige Beeinflussung stattfindet.

[0023] Ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Ventilelement steht mit einer Koppelstelle 16 in Verbindung. Eine Gegenfeder 17 versucht, das Ventilelement an eine Entkoppelfeder 18 zu drücken, die mit der Schubstange in Reihe geschaltet ist. An dem entgegengesetzten Ende der Schubstange greift eine Justierfeder 19 an, mit der die Mittellage der Schubstange bei stromlosen Spulen und damit die Stellung mittleren Luftdurchsatzes des Ventilelements einjustiert werden kann. Die gleiche mittlere Lage nimmt die Schubstange an, wenn die Stellströme in beiden Spulen gleiche Mittelwerte aufweisen.

[0024] Durch die getakteten Pulse der Stellströme wird die Schubstange zu Vibrationen angeregt, welche eine mechanischhysteresefreie Verstellung der Schubstange fördern. Durch die Entkoppelfeder 18 wird diese Schwingung in besonders geeigneter Weise gegenüber dem Ventilelement entkoppelt. Die Ausführungsform nach Figur 2 weist zwei miteinander fluchtend angeordnete zylindrische Rückschlußhülsen 19 und 20 auf, von denen jede an einer Stirnseite innen einen konusförmigen Polschuh 21 bzw. 22 besitzt. In den beiden Rückschlußhülsen 19 und 20 ist ein gemeinsamer Kern 23 gelagert, der - auch in seinem mittleren Abschnitt - aus ferromagnetischem Material besteht. Beide Rückschlußhülsen sind an ihren den Stirnseiten 24, 25 abgewandten Seiten mit je einem bis an den Kern heranreichenden Flansch 26 bzw. 27 ausgeformt. Durch die Flansche werden die magnetischen Flußwege im Bereich einer mittleren Querschnittsebene 28 entkoppelt.

[0025] In dieser Ausführungsform ist in der äußeren Stirnseite 25 die Justierfeder 29 raumsparend angeordnet. Analog dazu befindet sich in der äußeren Stirnseite 24 eine Entkoppelfeder 30. Die Schubstange 31 verbindet die Entkoppelfeder mit dem Ventilelement 31, an das eine Segenfeder 32 angreift.

[0026] Die Wirkungsweise dieser in der Mittellage gezeichneten Einrichtung ist im wesentlichen die gleiche wie diejenige der Einrichtung nach Figur 1. Es erfolgt jedoch hier die vorteilhafte Entkoppelung der beiden magnetischen Kreise 33 und 34 außerhalb der Rückschlußhülsen in dem Bereich der mittleren Querschnittsebene. Die magnetischen Flüsse werden wiederum durch je eine nicht dargestellte Spule in einem von den magnetischen Fluß führenden ferromagnetischen Teilen der Rückschlußhülse praktisch vollständig umschlossenen Raum 36 bzw. 37erzeugt.

[0027] Die Bauweise der Ausführungsform nach Figur 2 kann wegen der weitgehenden Entkopplung der magnetischen Kreise im Bereich der mittleren Querschnittsebene besonders kompakt gehalten werden.

Ansprüche

1. Einrichtung zur Regelung der Leerlaufdrehzahl eines Verbrennungskraftstoffmotors durch Beeinflussung der Füllung mit einem elektromechanischen Stellglied, das als Hubmagnet ausgebildete elektromagnetische Mittel mit mindestens einer Spule, mit magnetischen Fluß führenden ferromagnetischen Teilen, mit wenigstens einem durch den Fluß beeinflußbaren Kern sowie mit einem mit dem Kern verbundenen, kraftf.lußführenden Element zur Einstellung eines Ventilelements entgegen einer Rückstellkraft aufweist sowie Mittel umfaßt, um das Ventilelement bei unterbrochener Stellstromzufuhr zu der Spule in einer Stellung mittleren Luftdurchsatzes zu halten, dadurch gekennzeichnet , daß das elektromechanische Stellglied zwei Spulen (in Räumen 14, 15 bzw. 36, 37) umfaßt, die bei Beauf- . schlagung mit zwei Stellströmen in einander entgegengesetztem Sinne auf das kraftflußführende Element (Schubstange 9 bzw. 31) mittels des wenigstens einen Kerns (12, 13 bzw. 23) einwirken, und daß die Rückstellkraft erzeugende Mittel dergestalt ausgebildet sind, daß bei stromlosen Spulen das Ventilelement in eine Stellung mittleren Luftdurchsatzes gestellt wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß als die Rückstellkraft erzeugende Mittel, die an einer Schubstange (9 bzw. 31) als kraftflußführendes Element angreifen, zwei auf die Schubstange entgegengesetzt wirkende Federn (17, 19 bzw. 29, 32) vorgesehen sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine dritte Feder (Entkopplungsfeder 18 bzw. 30) zwischen der Schubstange (9 bzw. 31) und dem Ventilelement angeordnet ist, an die eine Gegenfeder (17 bzw. 32) der beiden Federn angreift.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3,
dadurch gekennzeichnet ,
daß die beiden Spulen in einer gemeinsamen Rückschlußhülse (1) angeordnet sind, die vorzugsweise zu einer mittleren Querschnittsebene (8) symmetrisch angebildet ist, daß jeder Spule je ein ferromagnetischer Kern (12 bzw. 13) zugeordnet ist und daß beide Kerne durch einen Spalt niedriger Permeabilität getrennt sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet ,
daß beide Kerne (12, 13) auf einer aus unmagnetischem Material bestehenden Schubstange (9) angebracht sind.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3,
dadurch gekennzeichnet ,
daß ein gemeinsamer Kern (23) von zwei durch einen Luftspalt (um Querschnittsebene 28) getrennten Rückschlußhülsen (19, 20) umfaßt wird, in denen je eine Spule angeordnet ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 - 6,
dadurch gekennzeichnet ,
daß die Schubstange (9 bzw. 31) in äußeren Stirnseiten der Rückschlußhülse(n) gelagert ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2, 4 - 7,
dadurch gekennzeichnet ,
daß je eine der vorgesehenen Federn (29 bzw. 30) in einer äußeren Stirnseite (2 bzw. 3) der Rückschlußhülse(n) untergebracht ist.

Zeichnung