Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Verstellung eines die Leistung einer Brennkraftmaschine bestimmenden Stellglieds gemäß oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine derartige Lastverstelleinrichtung ist aus der EP-A-378 737 bekannt. Sie eignet sich in Verbindung mit einem Vergaser oder einer Einspritzpumpe zu einer optimalen Regelung einer Brennkraftmaschine über den gesamten Lastbereich von Leerlauf (LL) bis Vollast (VL). Insbesondere zur Regelung des Leerlaufbetriebs ist sie bestens geeignet. Dabei muß - bei völlig entlastetem Fahrpedal - eine Anpassung der bereitgestellten Leistung an den unter Umständen stark schwankenden Leistungsbedarf sichergestellt werden. Statt einer fixen Leerlaufstellung, die durch einen festen Anschlag des Fahrpedals vorgegeben ist, kann das Stellglied mittels des elektrischen Stellantriebs zwischen einer Stellung für kleinste Leerlaufleistung (LLmin) und einer Stellung für größte Leerlaufleistung (LLmax) unabhängig von dem am Leerlaufanschlag anliegenden Fahrpedal verstellt werden. Bei Ausfall der elektronischen Regelung oder des elektrischen Stellantriebs wird das Stellglied automatisch in eine Zwischenstellung zwischen LLmin und LLmax gebracht, die mit Leerlaufnotstellung bezeichnet wird und so gewählt ist, daß die Leistung der Brennkraftmaschine für alle wesentlichen Verbraucher im Leerlaufbetrieb ausreicht. Die sonst übliche brennstoffsparende Anpassung der Leistung an den unter Umständen viel niedriger liegenden Bedarf ist dann allerdings nicht mehr möglich.
Bei dieser bekannten Lastverstelleinrichtung können die genannten Vorteile jedoch nur mit einem vergleichsweisen großen und aufwendigen Stellantrieb erreicht werden. Die Notlauffeder (20) muß so ausgelegt werden, daß sie das Stellglied (9) aus der Position LLmin gegen die Kraft der Feder (12, 12a) und gegen alle sonstigen Widerstände sicher bis in die Notlaufstellung verschieben kann. Wegen der in Öffnungsrichtung des Stellglieds (9) wirkenden Notlauffeder (20) muß der Stellantrieb (14) für beide Drehrichtungen ansteuerbar sein, wobei eine Drehrichtungsumkehr möglichst spielfrei erfolgen soll, um die exakte Regelung der Brennkraftmaschine nicht zu gefährden. Die selbständige Leerlaufregelung soll selbstverständlich möglichst genau am Bedarf orientiert sein und darf keine Unstetigkeiten aufweisen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Lastverstelleinrichtung hinsichtlich Bauaufwand und Platzbedarf zu verbessern und eine sichere und exakte Regelung der Brennkraftmaschine über den gesamten Leerlaufbereich zu gewährleisten.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in den Unteransprüchen 2 bis 8 beschrieben.
Durch die Zwischenschaltung des Getriebes kann ein wesentlich kleinerer Stellantrieb gewählt werden, der bei einem Untersetzungsverhältnis von z. B. 100 und bei einem Stellbereich von 8 Grad zwischen LLmin und LLmax einen Gesamtdrehwinkel von 800 Grad hat, für die eine exakte Ansteuerung wesentlich besser zu handhaben ist als bei einem Direktantrieb mit nur 8 Winkelgrad. Außerdem ist es jetzt möglich, die insgesamt für den Leerlaufbereich benötigte, inSchließrichtung des Stellgliedes wirkende Rückstellkraft auf zwei Federn aufzuteilen und die separat auf das Stellelementteil 8b wirkende Feder an der Getriebeantriebswelle angreifen zu lassen, wo ein im Verhältnis der Untersetzung kleineres Rückstellmoment erforderlich ist als direkt am Stellglied. Dieses Rückstellmoment kann selbstverständlich mit einer wesentlich schwächeren Feder bereitgestellt werden als mit einer Feder, die an der Getriebeabtriebsseite angreifen würde.
Weitere Einzelheiten und Vorteile werden anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert.
Es zeigen.
In der Fig. 1 ist ein Fahrpedal 1 gezeigt, mit dem ein Hebel 2 zwischen einem Leerlaufanschlag LL und einem Vollastanschlag VL verschiebbar ist. Der Hebel 2 vermag über einen Gaszug 3 einen zwischen einem weiteren Leerlaufanschlag LL und einem weiteren Vollastanschlag VL bewegbaren Mitnehmer 4 in Richtung des diesem zugeordneten Vollastanschlages VL zu verschieben und ist mittels einer am Gaszug 3 angreifenden Rückzugfeder 5 in Leerlaufrichtung vorgespannt. Zwei am Mitnehmer 4 angreifende Rückstellfedern 6a und 6b spannen diesen in Leerlaufrichtung vor, wobei die beiden Federn 6a und 6b so ausgelegt sind, das sie redundante Auswirkungen auf den Rückstellantrieb besitzen und jede einzelne von ihnen in der Lage ist, die Kräfte aufzubringen, um den Mitnehmer 4, selbst bei Berücksichtigung der auf diesen einwirkenden systemimmanenten Gegenkräfte, in dessen LL-Stellung zu überführen. Bei nicht beaufschlagtem Gaszug 3 liegt der Mitnehmer 4 somit an dem diesem zugeordneten Leerlaufanschlag LL an. Der Mitnehmer 4 kann gleichfalls einen Automatikzug 7 eines nicht näher dargestellten automatischen Getriebes verschieben.
Der Mitnehmer 4 wirkt unmittelbar mit einem ersten Steuerelementteil 8a zusammen, das dem Verstellen eines als Drosselklappe 9 augebildeten Stellgliedes der Brennkraftmaschine dient. Im Detail ist das dem Mitnehmer 4 zugewandte Ende des ersten Steuerelementteils 8a mit einer Ausnehmung 10 versehen, die ein Ansatz 11 des Mitnehmers 4 hintergreift. Zwischen dem Steuerelementteil 8a und einem ortsfesten Punkt 29 ist eine Leerlauffeder 12a angeordnet, die das Steuerelementteil 8a in Leerlaufrichtung über den gesamten Leerlaufregelbereich (LLmin bis LLmax) beaufschlagt. Bei einer minimalen Leerlaufstellung des ersten Steuerelementteils 8a liegt dieses am Ansatz 11 des Mitnehmers 4 an, ferner bei einer Bewegung des Mitnehmers 4 über das Fahrpedal 1 außerhalb des Leerlaufregelbereiches, d. h. im Teillast-/Vollastbetrieb, so daß in diesem Fall das auf das Stellglied 9 einwirkende erste Steuerelementteil 8a entsprechend der Bewegung des Mitnehmers 4 verstellt wird.
Die erfindungsgemäße Lastverstelleinrichtung weist neben dem ersten Steuerelementteil 8a ein zweites Steuerelementteil 8b auf, das mit einem Elektromotor 14 verbunden ist. Innerhalb des zweiten Steuerelementteiles 8b erfolgt mittels in ihrem Aufbau noch näher zu beschreibende Drehmomentwandler 30a und 30b eine Übersetzung der stellmotorseitigen Bewegung. Zwischen dem Drehmomentwandler 30b und dem Elektromotor 14 greift mit einem Ende eine Hilfsfeder 31 am zweiten Steuerelementteil 8b an, deren anderes Ende mit einem weiteren ortsfesten Punkt 32 verbunden ist. Die Hilfsfeder 31 spannt das zweite Steuerelementteil 8b in Richtung minimaler Leerlaufstellung über den gesamten Leeraufregelbereich vor.
Um die beiden Steuerelementteile 8a und 8b mechanisch miteinander kuppeln zu können, weist das zweite Steuerelement teil 8b einen Ansatz 15 auf, wobei das erste Steuerelement 8a auf der der maximalen Leerlaufstellung zugewandten Seite des Ansatzes 15 in dessen Stellweg und damit den Stellweg des zweiten Steuerelementteiles 8b ragt, eine Bewegung des zweiten Steuerelementteiles 8b in LLmax - respektive Vollastrichtung bzw. LLmin-Richtung führt damit zur Anlage des Ansatzes 15 am ersten Steuerelementteil 8a, das dann mittels des Elektromotors 14 entgegen der Kraft der Feder 12a in Richtung der maximalen Leerlaufstellung bzw. entgegen der Kraft einer Notlauffeder 20 aber einen Stößel 23 gegen einen Anschlag 22 in die LLmin -Stellung verschoben werden kann. Wie der Darstellung der Fig. 1 zu entnehmen ist, wird der Verstellweg des zweiten Steuerelementteils 8b und damit auch der Verstellweg des ersten Steuerelementteiles 8a in Richtung der maximalen Leerlaufstellung durch einen in den Weg des zweiten Steuerelementteiles 8b bei der Position des maximalen Leerlaufes LLmax ragenden Anschlag 16 begrenzt. Eine Begrenzung des zweiten Steuerelementteils 8b in der Position der minimalen Leerlaufstellung ist nicht erforderlich, da entweder das erste Steuerelementteil 8a in dieser Position am Ansatz 11 des Mitnehmers 4 anliegt oder das zweite Steuerelementteil 8b an einer stationären Hülse 21 zur Begrenzung kommt.
Die Regelung der erfindungsgemäßen Lastverstelleinrichtung erfolgt mittels einer elektronischen Regeleinrichtung 17. Mit dieser wirkt eine dem zweiten Steuerelementteil 8b zugeordnete, die jeweilige Position des ersten Steuerelementteiles 8a ermittelnde, zwischen den beiden Drehmomentwandlern 30a und 30b angeordnete Istwerterfassungseinrichtung 18 für den Leerlaufbereich zusammen. Von der elektronischen Regeleinrichtung 17 werden darüber hinaus Signale erfaßt, die von einem Leerlaufkontakt 19 ausgehen, der immer dann aktiviert wird, wenn der Mitnehmer 4 an dem diesem zugeordneten Leerlaufanschlag LL anliegt. Überdies werden externe Zustandsgrößen betreffend die Brennkraftmaschine oder allgemein betreffend das mit dieser ausgerüstete Kraftfahrzeug in die Regelelektronik 17 eingegeben und von dieser abgerufen sowie von der Regelelektronik zu dem auf das zweite Steuerelementteil 8b einwirkenden Elektromotor 14 transferiert. Die elektronische Regeleinrichtung 17 dient somit im Zusammenwirken der Istwerterfassungseinrichtung 18 und dem Leerlaufkontakt 19 sowie den externen Bezugsgrößen dem Zweck, eine Sicherheitslogik betreffend die Steuerung von erstem und zweitem Steuerelementteil 8a und 8b sowie Mitnehmer 4 aufzubauen. Befindet sich der mit dem Fahrpedal 1 zusammenwirkende Hebel 2 in seiner Leerlaufstellung LL und damit auch der Mitnehmer 4 am Leerlaufanschlag LL, erfolgt die Kontaktierung des Leerlaufkontaktes 19. Bei Vorliegen von Plausibilitätsbedingungen wird über die elektronische Regeleinrichtung 17 der Elektromotor 14 aktiviert, womit das Stellglied 9, wie von der Regelelektronik 17 gewünscht, im Leeerlaufbereich zwischen der minimalen und einer maximalen Leerlaufstellung geregelt wird. Plausibilitätsbedingungen werden dabei unter anderem mittels der Istwerterfassungseinrichtung 18 verifiziert, mit der der gesamte Leerlaufregelungsbereich der Brennkraftmaschine darstellbar ist. Sollte die elektronische Regeleinrichtung 17 oder der Elektromotor 14 spannungslos sein, bewirkt die in Richtung der maximalen Leerlaufstellung vorgespannte, wegbegrenzte Notlauffeder 20 die Überführung des zweiten Steuerelementteils 8b in die Leerlaufnotstellung LLNot. Um derartiges bewirken zu können, muß die Kraft der Notlauffeder 20 so groß sein, daß sie nicht nur die Kraft der Leerlauffeder 12a, sondern darüber hinaus auch noch die der Hilfsfeder 31 und die auf die Drosselklappe 9 in Schließrichtung einwirkenden Unterdruckkräfte im Saugrohr überwindet, da überlicherweise die Drosselklappe außermittig gelagert ist, so daß ein Unterdruck die Drosselklappe immer in Schließrichtung belastet. Bei einer Bewegung des zweiten Steuerelementteiles 8b mittels des Elektromotors 14 in Richtung der minimalen Leerlaufstellung erfolgt umgekehrt eine Vorspannung der Notlauffeder 20.
Für den Fall, daß nach dem Loslassen des Fahrpedals 1 sich der Mitnehmer 4 nicht in Richtung Leerlauf verschieben lassen sollte, ist am Fahrpedal 1 ein Kontaktschalter 24 vorgesehen, durch den ein solcher Mißstand feststellbar ist.
Durch die Umrahmung 28 in der Fig. 1 ist verdeutlicht, daß die von dieser umschlossenen Teile eine Baueinheit bilden. Die zusätzliche gestrichelte Umrahmung 28a soll verdeutlichen, daß auch der durch die Federn 6a und 6b dargestellte Rückstellantrieb des Mitnehmers 4 Bestandteil der Baueinheit sein kann.
Fig. 2 verdeutlicht das Zusammenwirken von Mitnehmer 4 und den beiden Steuerelementteilen 8a und 8b, ferner den prinzipiellen Aufbau der Drehmomentwandler 30a und 30b sowie die Anordnung der auf die beiden Steuerelementteile 8a und 8b einwirkenden Federn 12a, 20 und 31. Die Figur zeigt zunächst den Mitnehmer 4, der im wesentlichen aus einer um die Y-Koordinate schwenkbaren Lagerachse 4a, einem mit dieser fest verbundenen Hebel 4b sowie eine beabstandet zu diesem gleichfalls mit der Lagerachse 4a fest verbundenen Platte 4c besteht. In der in Fig. 2 gezeigten Position liegt der Mitnehmer 4 mit seinem Hebel 4b am Leerlaufanschlag LL an. Das der Lagerachse 4a abgewandte Ende des Hebels 4b ist mit einem Kugelzapfen 4d zum Verbinden mit dem nicht näher dargestellten Gaszug 3 versehen. Die Platte 4c weist im wesentlichen die Form eines Dreiecks auf. In den der Lagerachse 4a entfernten Ecken der Platte 4c sind zwei in Y-Richtung sich erstreckende Bolzen 4e mit dieser verbunden, die entsprechend der Anordnung des Ansatzes 11 und der benachbarten Verdickung des Mitnehmers 4 gemäß der Darstellung der Fig. 1 einen Freilauf für das erste Steuerelementteil 8a bilden. Dieses weist eine in Richtung der Y-Koordinate verlaufende Lagerachse 81a auf, die drehfest das als Drosselklappe ausgebildete Stellglied 9 aufnimmt, wobei das dem Mitnehmer 4 zugewandte Ende der Lagerachse 81a drehfest mit einem Hebel 82a verbunden ist, der in den Raum zwischen den beiden Bolzen 4e ragt und damit in seiner Relativschwenkbewegung zum Mitnehmer 4 begrenzt ist. Der Hebel 82a spannt in Leerlaufrichtung des Stellgliedes 9 die Leerlauffeder 12a vor, die im Unterschied zu der Darstellung nach Fig. 1 bei der Prinzipskizze nach Fig. 2 an einem lagerachsfernen Lagerzapfen 4f des Mitnehmers 4 angreift. Grundsätzlich kann die Leerlauffeder 12a statt am Lagerzapfen 4f genau so an einem ortsfesten Punkt befestigt sein. Schließlich ist das dem Hebel 82a abgewandte Ende der Lagerachse 81a mit einem Hebel 83a verbunden, der seinerseits einen sich über das Ende der Lagerachse 81a in Richtung der Y-Koordinate erstreckenen Bolzen 84a aufweist.
Das zweite Steuerelementteil 8b mit den in dieses integrierten Drehmomentwandlern 30a und 30b ist im wesentlichen durch die jeweils in Richtung der Y-Koordinate angeordnete, als Getriebeantriebswelle 81b fungierende Motorwelle des Elektromotors 14, die Getriebezwischenwelle 82b sowie die drosselklappenseitige Getriebeabtriebswelle 83b gebildet, ferner durch ein mit der Getriebeantriebswelle 81b verbundenes Ritzel 84b, das mit einem mit der Getriebezwischenwelle 85b verbundenen Rad 85b zusammenwirkt. Ein mit dieser Welle weiterhin verbundenes Ritzel 86b wirkt mit einem mit der Getriebeabtriebswelle 83b verbundenen Rad 87b zusammen. Schließlich weist das der Drosselklappe 9 zugewandte Ende der Getriebeabtriebswelle 83b einen Hebel 88b auf, der auf der der minimalen Leerlaufstellung zugeordneten Seite des Bolzens 84a in dessen Stellglied ragt.
Die Getriebeabtriebswelle 83b umschließt die als Spiralfeder ausgebildete Notlauffeder 20. Diese greift mit ihrem inneren Ende an einem beabstandet zur Getriebeabtriebswelle 83b mit dem Rad 87b verbundenen Bolzen 89b an. Das äußere Ende der Notlauffeder 20 ist mit einem ortsfesten Punkt 33 verbunden. Die Notlauffeder 20 spannt die Getriebeabtriebswelle 83b und damit das zweite Steuerelementteil 8b insgesamt in Richtung maximaler Leerlaufstellung in die Leerlaufnotstellung vor. In dieser ist die Spiralfeder entweder entspannt, oder es ist ein separater Anschlag vorgesehen, mit dem der Bolzen 89b bei geringfügig vorgespannter Feder in Anlage gelangt.
Die Getriebeantriebswelle 81b umschließt die gleichfalls als Spiralfeder ausgebildete Hilfsfeder 31, die mit ihrem inneren Ende an einem mit der Getriebeantriebswelle 81b drehfest verbundenen Hebel 80b und mit ihrem äußeren Ende am ortsfesten Punkt 32 angreift. Die Hilfsfeder 31 spannt die Getriebeantriebswelle 81b und damit das zweite Steuerelementteil 8b insgesamt in Richtung minimaler Leerlaufstellung über den gesamten Leerlaufregelbereich vor.
Beim elektromotorischen Betrieb des Stellgliedes 9 werden die Bewegungen des Elelektromotors 14 über die beiden Drehmomentwandler 30a und 30b annähernd gleich übersetzt. Es ist vorgesehen, daß die beiden Drehmomentwandler jeweils ein Übersetzungsverhältnis 10 aufweisen, womit sich eine Gesamtübersetzung von 100 ergibt. Unterstellt man, daß die Drosselklappe 9 zwischen den Betriebsstellungen LLmin und LLmax in einem Winkelbereich von 8° elektromotorisch zu verstellen ist, bedeutet dies, daß die Motorwelle und damit die Getriebeantriebswelle 81b um 800° zu verschwenken ist. Insbesondere die Hilfsfeder 31 stellt dabei sicher, daß bei einem Defekt der elektronischen Regeleinrichtung 17 oder des Elektromotors 14 das Reib-/Rastmoment des stromlosen Elektromotors 14 in jeder Stellung überwunden wird, so daß die Rückführung der Drosselklappe 9 unter Zuhilfenahme der Leerlauffeder 12a gewährleistet ist. Bei der Übersetzung der Drehbewegung der Motorwelle ist die Istwerterfassungseinrichtung 18 vorteilhaft im Bereich der Getriebezwischenwelle 82b angeordnet, womit sich ein wesentlich verbessertes Auflösungsvermögen der Istwerterfassungseinrichtung 18 ergibt.