Drosselklappe

Abstract

 Es wird die Stelleinrichtung für eine Drosselklappe be­schrieben, bei der der maximale Öffnungswinkel der Dros­selklappe mechanisch vorgegeben wird, während kleinere Winkel elektronisch angesteuert werden. Bei Ausfall der Elektronik verrastet die Drosselklappe mit der mechani­schen Einstellung und kann somit weiterhin mechanisch betätigt werden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Drosselklappe für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Eine derartige Drosselklappe ist in der DE-A 37 11 779 beschrieben. Diese bekannte Drosselklappe wird über einen Stellmotor zwischen der vollkommeh geschlossenen Stellung (0°-Stellung) und der maximalen Öffnungsstel­lung, die durch einen mechanischen Geber vorgegeben wird, gesteuert. Bei nicht betätigtem Gaspedal gibt der mechanische Geber die vollständige Schließstellung der Drosselklappe vor, es wird also die Sicherheit eines me­chanischen Gaspedals bei Wahrnehmung der Möglichkeiten der Regelung eines elektronischen Gaspedals erreicht.

[0003] In der nicht vorveröffentlichten EP-A 89105378.7 ist eine Fortbildung der Drosselklappe nach der DE-A 37 11 779 beschrieben, die die Integration eines Leerlauffül­lungsreglers, einer Geschwindigkeitsregelanlage und einer Antischlupfregelung ermöglicht.

[0004] Wünschenswert ist es, die Sicherheit der gattungsgemäßen Drosselklappe bei Ausfällen der Elektronik zu erhöhen und insbesondere einen komfortablen Notlaufbetrieb zu ermöglichen.

[0005] Die Aufgabe wird gelöst durch den Hauptanspruch.

[0006] Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß der maximale An­schlagpunkt für die Öffnung der Drosselklappe mechanisch vorgegeben wird, während der elektronisch angesteuerte Stellmotor aufgrund einer Zuordnung zwischen dem Öff­nungswinkel und der Gaspedalstellung den Öffnungswinkel der Drosselklappe geringer hält als mechanisch vorgege­ben.

[0007] Nur bei Aktivierung des Notlaufbetriebs kann dementspre­chend der der Drosselklappe zugeordnete Anschlagstift, ein Fortsatz der Welle, die die Drosselklappe lagert, in Anlage an den Anschlagpunkt kommen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß mit Erreichen der Anlage die Teile me­chanisch miteinander verbunden, beispielsweise verrastet werden, und daraufhin die Drosselklappe unmittelbar me­chanisch durch den Seilzug bewegt wird und nicht mehr durch den Stellmotor eingestellt wird.

[0008] Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben. Als Beispiel für die oben erwähnte Rastver­bindung ist eine Feder vorgesehen, es sind jedoch auch beliebige andere Rastverbindungen aus dem Stand der Technik möglich. Auch eine Verbindung über Magnete ist denkbar.

[0009] In einer bevorzugten Ausführungsform sind zwei Anschlag­steiler vorgesehen. Der erste Anschlagsteller ist aus der oben genannten EP-A 89105378.7 bekannt. Er begrenzt bei Druckbeaufschlagung die mechanische Rückstellung der Drosselklappe auf etwa 10-11°, entsprechend einem Ge­mischdurchsatz von etwa 60 kg/h. In dem Bereich zwischen 0 ·und 110 wird die Drosselklappe allein über den Stell­motor geregelt, auf diese Weise ist z. B. eine Leerlauf­füllungsregelung möglich.

[0010] Erfindungsgemäß ist ein zweiter Anschlagsteller vorgese­hen, der im Normalfall bei Druckbeaufschlagung seinen Anschlag eingefahren hat und somit keinen Anschlag defi­niert, also keine Aufgabe hat. Im Notlauffall wird der erste Anschlagsteller durch fehlenden Druck deaktiviert und eingefahren, so daß die Drosselklappe mechanisch auch unter die 10-11° sich schließen kann, während der zweite Anschlagsteller durch fehlenden Druck ausfährt und den Schließwinkel der Drosselklappe auf einen Not­laufspalt von etwa 5°, entsprechend einem Drucksatz von etwa 15 kg/h, begrenzt. Damit ist ein mechanischer Leer­lauf aufrechterhalten, und gleichzeitig ist in dieser Stelle eine Berührung und Verrastung der Teile des An­schlagpunktes gegeben.

[0011] Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren er­läutert, es zeigen:

Fig. 1 den Aufbau der Drosselklappe, und

Fig. 2 das Verhältnis zwischen der Gaspedalstel­lung und dem Öffnungswinkel der Drossel­klappe.

[0012] In der Figur 1 ist mit dem Bezugszeichen 10 eine Dros­selklappe bezeichnet, die in ein Saugrohr einer Brenn­kraftmaschine eingebaut wird, das in der hier vorgese­henen Darstellung senkrecht verlaufen müßte. Die Dros­selklappe 10 ist im geöffneten Zustand dargestellt, sie ist um eine Welle 12 schwenkbar, wobei ein Schwenk in Pfeilrichtung 100 die Drosselklappe 10 in ihre Öffnungs­stellung bringen würde.

[0013] Die Welle 12 ist an ihrem einen Ende winkelig zu einem radialen, bewegungsmäßig mit der Drosselklappe 10 zwangsverbundenen Fortsatz 16 abgebogen, in der Fortset­zung ihrer Achse 14 ist die Welle eines Stellteiles 18 koaxial angeordnet vorgesehen, das einen Antriebshebel 22 sowie einen Abtriebshebel 28 aufweist. Über den An­triebshebel 22 wird die Verschwenkung des Stellteiles 18 eingestellt, der Abtriebshebel 28 überträgt diese Ver­schwenkung in einer noch zu beschreibenden Weise auf den bewegungsmäßig mit der Drosselklappe 10 zwangsverbunde­nen Fortsatz 16. Am Antriebshebel 22 oder, wie hier dar­ gestellt, am Abtriebshebel 28, greift weiterhin eine Rückholfeder 24 an, deren anderes Ende am Punkt 26 mo­torseitig angelenkt ist, diese Rückholfeder 24, die aus Sicherheitsgründen als Doppelfeder ausgeführt ist, be­aufschlagt die Drosselklappe 10 in ihre Schließstellung.

[0014] Der Abtriebshebel 28 weist einen parallel zur Achse 14 verlaufenden Mitnehmerstift 30 auf, der mit dem Fortsatz 16 in Berührung steht. Zur Regelung oder Steuerung der Drosselklappenöffnung ist ein Stellmotor 42 vorgesehen. Dieser Stellmotor 42 wird angesteuert von einer Elektro­nik. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Schlupf­regelung handeln. Die ansteuernde Elektronik berücksich­tigt weiterhin verbrauchsoptimierte Kennlinien und hält somit den Öffnungswinkel der Drosselklappe 10 kleiner als mechanisch möglich, wie im Zusammenhang mit Fig. 2 noch im einzelnen zu erläutern sein wird.

[0015] Soll die Drosselklappe in Richtung ihrer Schließstellung beaufschlagt werden, wird der Elektromotor 42 angesteu­ert. Er betätigt eine Welle 40, die sich entgegen der Richtung des Pfeiles 100 dreht. Ein Mitnehmer 38 ist in Anschlag mit einem radialen Zapfen 36 und dreht die Welle 12 ebenfalls in Richtung des Pfeiles 100. Der Radialzapfen 36 und der Mitnehmer 38 sind über eine Feder 32 miteinander verbunden, die im Normalbetrieb den Zapfen 36 in Anlage an den Mitnehmer 38 hält. Wird je­doch die Drosselklappe 10 in ihre Öffnungsrichtung me­chanisch entgegen der Anlagestellung zwischen Zapfen 36 und Mitnehmer 38 beaufschlagt, kann sich die Feder 32 entsprechend dehnen, dieser Notfallbetrieb wird weiter unten erläutert.

[0016] Wesentlich dabei ist, daß die Feder 32 eine kleinere Federkraftkennlinie als die Rückstellfeder 24 besitzt, also weicher ist.

[0017] Eine Verlängerung 50 des Abtriebshebels 28 des Stell­ teils 18 besitzt an ihrem Ende 58 eine verstellbare An­schlagschraube 82, die im Normalbetrieb bei nicht betä­tigtem Gaspedal in Anlage an einen Anschlagstellerbolzen 56 eines Anschlagstellers 54 kommt und somit die Ver­schwenkung des Stellteiles 18 in Schließrichtung der Drosselklappe 10 begrenzt. Der Anschlagsteller 54 kann als Elektromotor oder als Druckdose ausgeführt sein, sein Boden 56 ist bei Aktivierung ausgefahren.

[0018] Der Stellhebel 18 wird in Richtung Öffnungsstellung der Drosselklappe 10, also in der Drehrichtung des Pfeiles 100, durch ein Schwenkteil 60 verdreht, das sich durch Betätigung eines Seilzuges 20, der mit einem nicht dar­gestellten Gaspedal verbunden ist, verschwenken läßt.

[0019] In der Figur 1 sind die Welle 12 der Drosselklappe 10, die Drehachse des Stellteiles 18 sowie die Drehachse des Schwenkteiles 60 koaxial zueinander ausgerichtet.

[0020] Um diese Achse 14 läßt sich mit Hilfe einer Seilscheibe 62, an der der Seilzug 20 angreift, ein Gegenarm, der als Stellhebel 64 ausgebildet ist, verschwenken. Der Stellhebel 64 besitzt einen Mitnehmer 66, der auf die eine Seite des Antriebshebels 22 des Stellteiles 18 drückt und dieses Stellteil 18 somit in Richtung Öff­nungsstellung bewegt.

[0021] Eine Rückholfeder 70 ist vorgesehen, die dafür Sorge trägt, daß bei nicht betätigtem Gaspedal und somit bei lockerem Seilzug 20 das Schwenkteil 60 in seine Nullage bewegt wird.

[0022] Zugeordnet zu dem Schwenkteil 60 ist ein Sollwertgeber 72, der als Sensor auf elektrischem Wege ein Signal ab­gibt, das repräsentativ ist für die Lastanforderung, wie sie aufgrund der Betätigung des Gaspedales vom Fahrer erzeugt wird.

[0023] Ein Istwertgeber 68, der den tatsächlichen Schließgrad der Drosselklappe 10 feststellt, ist entweder der Welle 12 oder der Welle 40 zugeordnet und liefert einen Wert für den tatsächlichen Drosselklappen-Öffnungsgrad.

[0024] Die Funktion dieser Anordung ist in der EP-A 89105378.7 ausführlich beschrieben, auf diese Anmeldung wird des­halb, Bezug genommen.

[0025] Nachteilig bei dieser Anordnung ist jedoch, daß im Notlauf der Stellmotor gegen eine starke Rückholfeder arbeiten muß, die die Anlage zwischen dem Fortsatz 16 und dem Mitnehmerstift 30 aufrechthält.

[0026] Zur Überwindung dieses Nachteiles ist in der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Fortsatz 16 an seinem einen Ende mit einem Ausleger 106 verbunden, der an den ausgefahrenen Stellstift 104 eines zweiten Anschlagstel­lers 102 in Anlage kommt.

[0027] Im Normalbetrieb ist der Bolzen 56 des Anschlagstellers 54 ausgefahren und der Bolzen 104 des Anschlagstellers 102 eingefahren, beispielsweise durch hydraulische An­steuerung. Im Notbetrieb, bei deaktivierten Anschlag­stellern 54 und 102, ist der Bolzen 56 des Anschlagstel­lers 54 eingefahren und der Bolzen 104 des Anschlagstel­lers 102 ausgefahren.

[0028] An seiner anderen Seite im Anschlagpunkt 90 trägt der Fortsatz 16 eine Rastfeder 101, die mit dem Mitnehmer­stift 30 verrastet, wenn dieser in Anlage an den Fort­satz 16 kommt. Damit sind Fortsatz 16 und Mitnehmerstift 30 miteinander verbunden.

[0029] Selbstverständlich sind auch andere Möglichkeiten zur Verrastung als die Rastfeder 101 möglich, wesentlich für die Erfindung ist das Prinzip, daß mit der Anlage zwi­schen dem Mitnehmerstift 30 und dem Fortsatz 16 die bei­ den Teile miteinander verrasten.

[0030] Wird nun ein Notfall erkannt, wird der erste Anschlag­steiler 54 deaktiviert, somit könnte sich der Abtriebs­hebel 28 bis zu einer Stellung bewegen, die einem Dros­selklappen-Öffnungswinkel von 0° entspricht.

[0031] Dies wird jedoch verhindert durch den zweiten Anschlag­steiler 102, der im deaktivierten Zustand und seinen An­schlagstift 104 ausfährt und somit für den Fortsatz 16 einen Anschlag bildet, der Drosselklappenwinkel < 5° nicht mehr zuläßt, so daß der Leerlauf sichergestellt bleibt.

[0032] Der Stellmotor 42 ist in seine Öffnungsstellung gebracht, er wird nicht mit Strom versorgt.

[0033] Sobald jetzt die Drosselklappe 10 mechanisch durch ein Loslassen des Gaspedals und eine entsprechende Bewegung über den Seilzug 20 und die Beaufschlagung der Feder 24 geschlossen wird, kommen Fortsatz 16 und Mitnehmerstift 30 im Anschlagpunkt 90 miteinander in Berührung, und die Rastfeder 101 verkeilt die beiden Bauteile. Damit wird jetzt die Drosselklappe in dem Bereich zwischen etwa 5° Drosselklappenwinkel (hervorgerufen durch den Anschlag­steiler 102) und 90° Drosselklappenwellenwinkel (bei voll durchgetretenem Gaspedal) rein mechanisch durch die nunmehr starre Verbindung im Anschlagpunkt 90 ver­schwenkt, der Stellmotor ist nicht mehr aktiv.

[0034] Von Bedeutung dabei ist jedoch, daß im Normalfall die Abhängigkeit der Drosselklappenöffnung von der Gaspedal­stellung in ihrer Kennlinie so eingestellt wird, daß kein linearer Zusammenhang besteht, sondern daß, wie in Fig. 2 dargestellt, der über den Stellmotor 42 einge­stellte Öffnungswinkel der Drosselklappe 10 kleiner ist als aufgrund der mechanischen Vorgabe möglich. Ein de­rartiges Verhalten ist ohnehin für sparsamere Ver­ brauchswerte erwünscht, es wird gleichzeitig im Zusam­menhang mit der vorliegenden Erfindung ausgenutzt, da im Normalfall somit der Fortsatz 16 mit dem Mitnehmerstift 90 nicht in Berührung kommen kann, da der Stellmotor die Drosselklappe 10 so weit geschlossen hält, daß stets ein Abstand zwischen Fortsatz 16 und Mitnehmerstift 30 ver­bleibt. Erst im Notlaufbetrieb können diese beiden Teile miteinander in Anschlag kommen.

[0035] In Fig. 2 ist in der Abszisse der Weg des Gaspedals aufgetragen, in der Ordinate die zugehörigen Öffnungs­winkel. Die mit α 72 bezeichnete Kurve gibt die Abhän­gigkeit des Auslenkwinkels der Seilscheibe von der Gas­pedalstellung an, die Kurve α 18 den Auslenkwinkels des Zwischenhebels, und die Kurve α 10 die maximale, der je­weiligen Gaspedalstellung zugeordnete Öffnungsstellung der Drosselklappe. Der Stellmotor 42 stellt die Drossel­klappe 10 abhängig von Parametern ein zwischen 0° und dem durch α 10 vorgegebenen Winkel. Die jeweiligen Angaben gelten für den Normalbetrieb, also ausgefahrener Anschlagsteller 54 und eingefahrener Anschlagsteller 102.

[0036] Im Bereich größeren Gaspedalweges ist der Abtriebshebel 28 vom Bolzen 56 abgehoben, die Stellwinkelvorgabe über die Seilscheibe 62, die über das Sollwertpotentiometer 72 erfaßt wird, stimmt überein mit der Winkelstellung des Zwischenteiles 18. Entsprechend den vorgegebenen Kennlinien bleibt die tatsächliche Stellung der Drosselklappe 10 unterhalb dieses Winkelwertes.

[0037] Im Bereich kleiner Gaspedalwege kommt der Abtriebshebel 28 in Anlage an den Bolzen 56, das Zwischenstück 18 behält einen Mindestauslenkwinkel von, wie oben erwähnt, ca. 11° bei. Die Seilscheibe schließt jedoch weiter, diese Sollvorgabe wird durch das Potentiometer 72 erfasst.

[0038] Der tatsächliche Öffnungswinkel α 10 der Drosselklappe liegt im Bereich unterhalb 11° und ist durch die Elek­tronik vorgegeben.

[0039] Wichtig ist, daß über den Gesamtbereich die Kurve α 18 immer über der Kurve α 10 liegt, also der Mitnehmerstift 30 und der Fortsatz 16 nicht in Anlage kommen können. Erst im Notbetrieb ist die 11° Limitierung im Bereich kleiner Gaspedalwege für die Kurve α 18 aufgehoben, sie kann jetzt linear auf kleinere Werte abfallen. Die Kurve α 10 hingegen wird nunmehr durch den ausgefahrenen Bolzen 104 auf mindestens 5° beschränkt, somit können Fortsatz 16 und Mitnehmerstift 30 miteinander verrasten. Von diesem Augenblick an wird die Drosselklappe 10 im in Abhängigkeit von der Gaspedalstellung entsprechend der Linie α 72 bewegt.

[0040] Drückt bei Beendigung des Notlaufbetriebes, ebenso wie beim Startvorgang, der Stellmotor 42 auf den Radialzap­fen 36, wird die Rastverbindung 101 wieder gelöst, und das System geht in seinen elektronisch gesteuerten Nor­malzustand über.

[0041] Aufgrund der Erfindung ist es auch bei Ausfall der Elek­tronik und des Stellmotors 42 möglich, die Drosselklappe 10 in gewohnter Weise über ein Gaspedal mechanisch auf den gewünschten Auslenkungsgrad einzustellen.

Ansprüche

1. Drosselklappe (10) für eine Brennkraftmaschine, mit

a) einer Welle (12), auf der die Klappe (10) gelagert ist,

b) einem Anschlagpunkt (90), der die Öffnungsbewegung der Drosselklappe (10) in Richtung Offenstellung begrenzt,

c) einer Einrichtung (18, 60) zur Verlegung des An­schlagpunktes (90) in Richtung Öffnungsstellung in Ansprache auf die Betätigung eines mechanischen seilzuges (20) über das Gaspedal,

d) einer Beaufschlagung (32) der Drosselklappe (10) in Richtung des Anschlagpunktes (90),

e) einem Stellmotor (42), der den Öffnungsgrad der Drosselklappe (10) zwischen der Geschlossenstel­lung und der durch den Anschlagpunkt (90) defi­nierten maximalen Öffnungsstellung einstellt,

f) einer Rückstelleinrichtung (24), die bei losem mechanischem Seilzug (20) den Anschlagpunkt (90) in Richtung Geschlossenstellung der Drosselklappe (10) beaufschlagt, und

g) einem sollwertgeber (72) für die Drosselklappen­stellung und einem Istwertgeber (68) für die Dros­selklappenstellung, der dem Stellmotor (42) zu­geordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß

h) der Stellmotor (42) im Normalbetrieb den Öffnungswinkel der Drosselklappe (10) kleiner hält als durch den Anschlagpunkt (90) vorgegeben, und

i) eine Koppelung (101) vorgesehen ist, die bei Erreichen des Anschlagpunktes (90) die Drosselklappe (10) mechanisch führt.

2. Drosselklappe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­net, daß der Anschlagpunkt (90) gebildet wird durch einen radialen Fortsatz (16) der Welle (12), der mit einem mechanisch den größten Öffnungswinkel der Dros­selklappe (10) vorgebenden Abtriebshebel (28) in An­lage kommt, und daß der Fortsatz (16) und der Ab­triebshebel (28) bei Berührung miteinander verbunden werden.

3. Drosselklappe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Fortsatz ein Rastelement (Feder 101) aufweist, das bei Berührung mit einem Teil (Mit­nehmerstift 30) des Abtriebshebels (28) verrastet.

4. Drosselklappe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem ersten Anschlagsteller (54), der im Normalbe­trieb den Anschlagpunkt auf eine Drosselklappenstel­lung, die einem Gemischdurchsatz von etwa 60 kg/h entspricht, einstellt, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Anschlagsteller (102) vorgesehen ist, der im Normalbetrieb keinen Anschlagpunkt definiert.

5. Drosselklappe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­net, daß im Notbetrieb der erste Anschlagsteller (54) keinen Anschlagpunkt definiert und der zweite An­schlagsteller (102) etwa auf 5° Drosselklappenwinkel (entspricht einem Durchsatz von etwa 15 kg/h) einge­stellt ist.

Zeichnung