Lastverstelleinrichtung für eine drosselklappengeregelte Brennkraftmaschine

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Lastverstelleinrichtung für eine drosselklappengeregelte Brennkraftmaschine, mit der die Drosselklappe (4) einerseits über ein fahrpedalseitiges Stellelement (8), andererseits über einen elektromotorischen Stellantrieb (12) beaufschlagbar ist, wobei deren Bewegungen entkoppelt sind. Um sowohl die Leerlaufposition des fahrpedalseitigen Stellelementes (8), somit den Fahrerwunsch "Leerlauf" erkennen zu können, ferner den Lageistwert des elektromotorischen Stellantriebes (12) für den Lageregelkreis und die Drosselklappenposition für die Einspritzelektronik, schlägt die Erfindung vor, daß ein dem elektromotorischen Stellantrieb (12) zugeordnetes Antriebspotentiometer (25) und ein der Drosselklappe (4) zugeordnetes Drosselklappenpotentiometer (24) vorgesehen ist, die eine gemeinsame Trägerplatte (19) aufweisen, welche drehfest mit der Antriebswelle (11) des elektromotorischen Stellantriebes (12) verbunden ist und zwei Schleiferbahnen (21, 20) aufweist, wobei ein Schleifer (21) für das Antriebspotentiometer (25) gehäusefest angebracht ist und ein Schleifer (20) für das Drosselklappenpotentiometer (24) drehfest mit dem als Drosselklappenwelle (5) ausgebildeten drosselklappenseitigen Stellelement verbunden ist. Die beschriebene Lösung benötigt keinen separaten Leerlaufkontakt zur Erfassung der LL_min-Stellung des fahrpedalseitigen Stellelementes (8). - Eine weitere Lösung schlägt vor, die beiden Potentiometer unterschiedlichen Trägerplatten zuzuordnen, wobei eine der Trägerplatten mit der Antriebswelle des elektromotorischen Stellantriebes und die andere Trägerplatte mit dem fahrpedalseitigen Stellelement zusammenwirkt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Lastverstelleinrichtung für eine drosselklappengeregelte Brennkraftmaschine, wobei die Drosselklappe in Abregelrichtung vorgespannt ist, und ein fahrpedalseitig in Vollastrichtung ansteuerbares, in Abregelrichtung gegen einen Leerlaufanschlag in eine Stellung LL_min vorspannbares Stellelement in Aufregelrichtung in den Bewegungsweg eines Stellelementes für die Drosselklappe eingreift, sowie ein mittels eines elektromotorischen Stellantriebes ansteuerbares, in Abregelrichtung vorgespanntes Stellelement in Aufregelrichtung in den Bewegungsweg des Stellelementes für die Drosselklappe eingreift, wobei eine Einrichtung vorgesehen ist, die die Stellung der Drosselklappe und des stellantriebseitigen Stellelementes sowie die LL_min-Stellung des fahrpedalseitigen Stellelementes erfaßt.

[0002] Bei einer derartigen Lastverstelleinrichtung, die dem Zweck dient, fahrpedalunabhängig über den elektromotorischen Stellantrieb die Drosselklappe im Leerlauf zu regeln und/oder im Teillast-/Vollastbereich der Brennkraftmaschine eine Geschwindigkeitsregelung zu ermöglichen, sind zur Realisierung der Regelung folgende Signale zu erfassen:

1. Erkennung des Fahrerwunsches "Leerlauf",

2. Lageistwert des elektromotorischen Stellantriebes für den Lageregelkreis,

3. die Drosselklappenposition für die Einspritzelektronik.

[0003] Bisher wurden diese Funktionen durch einen Leerlaufkontakt auf einem als Seilscheibe ausgebildeten fahrpedalseitigen Stellelement sowie ein erstes Potentiometer auf der Antriebswelle des elektromotorischen Stellantriebes und ein zweites Potentiometer auf dem als Drosselklappenwelle ausgebildeten drosselklappenseitigen Stellelement realisiert, wobei die Schleiferbahnen beider Potentiometer sich auf einer gemeinsamen Trägerplatte befanden, die fest mit dem Drosselklappengehäuse verbunden waren. Die Schleifer wurden vom elektromotorischen Stellantrieb bzw. der Drosselklappe relativ zur Schleiferbahn bewegt.

[0004] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lastverstelleinrichtung der genannten Art so weiter zu bilden, daß ohne einen separaten, dem fahrpedalseitigen Stellelement zugeordneten Leerlaufkontakt der Fahrerwunsch "Leerlauf" erkannt und darüber hinaus jede Betriebsstellung der Drosselklappe und des elektromotorischen Stellantriebes erfaßt werden kann.

[0005] Eine erste Lösung sieht vor, daß die Einrichtung zum Erfassen der Position der Teile als Antriebspotentiometer und Drosselklappenpotentiometer ausgebildet ist, die eine gemeinsame Trägerplatte aufweisen, welche drehfest mit der Antriebswelle des elektromotorischen Stellantriebs verbunden ist und zwei Schleiferbahnen aufweist, wobei ein Schleifer für das Antriebspotentiometer gehäusefest angebracht ist und ein Schleifer für das Drosselklappenpotentiometer drehfest mit dem als Drosselklappenwelle ausgebildeten drosselklappenseitigen Stellelement verbunden ist.

[0006] Wird die Drosselklappe über den elektromotorischen Stellantrieb bewegt, so findet keine Relativbewegung zwischen dem mit der Drosselklappenwelle verbundenen Schleifer und der zugeordneten Schleiferbahn statt. Wird das Fahrpedal betätigt, so bewegt sich die Drosselklappe relativ zum elektromotorischen Stellantrieb. Am mit der Drosselklappenwelle verbundenen Schleifer wird ein Spannungshub gemessen, der das Verlassen der LL_min-Position indiziert. Die Einspritzelektronik erhält als Eingangssignal die Summe der beiden Spannungshübe von elektromotorischem Stellantrieb und Drosselklappenwelle.

[0007] Gemäß einer zweiten Lösung ist vorgesehen, daß die Einrichtung zum Erfassen der Position der Teile als Antriebspotentiometer und als dem fahrpedalseitigen Stellelement zugeordnetes Potentiometer ausgebildet ist, wobei eine erste, gehäusefeste Trägerplatte mit einer Schleiferbahn vorgesehen ist, mit der ein drehfest mit der Antriebswelle des elektromotorischen Stellantriebs verbundener Schleifer zusammenwirkt, sowie eine zweite gehäusefeste Trägerplatte mit einer Schleiferbahn vorgesehen ist, mit der ein Schleifer zusammenwirkt, der mit einem als schwenkbares Bauteil ausgebildeten fahrpedalseitigen Stellelement drehfest verbunden ist. Bei dem schwenkbaren Bauteil handelt es sich insbesondere um eine Seilscheibe.

[0008] In der Stellung LL_min bleibt die Seilscheibe in Ruhe, so daß an dem dieser zugeordneten Schleifer eine konstante, definierte Spannung abgegriffen wird. Eine Spannungsänderung indiziert das Verlassen der Leerlaufposition. Da die Drosselklappe stets entweder von der Seilscheibe oder von dem elektromotorischen Stellantrieb bewegt wird, erhält die Einspritzelektronik jeweils den Höheren der beiden Spannungswerte beider Potentiometer.

[0009] Weitere Merkmale der Erfindung sind in der Beschreibung der Figuren dargestellt, wobei bemerkt wird, daß alle Einzelmerkmale und alle Kombinationen von Einzelmerkmalen erfindungswesentlich sind.

[0010] In der Darstellung der Figuren sind beide erfindungsgemäßen Lösungen beispielsweise dargestellt. Es zeigt:

Figur 1

ein Blockschaltbild zur Verdeutlichung der prinzipiellen Wirkungsweise einer im Leerlaufregelbereich arbeitenden Lastverstelleinrichtung gemäß der ersten erfindungsgemäßen Lösung,

Figur 2

eine schematische Darstellung der Lastverstelleinrichtung gemäß Figur 1 im Bereich von Drosselklappe, fahrpedalseitigem Stellelement und elektromotorischem Stellantrieb,

Figur 2a

eine Ansicht gemäß Figur 2 auf die dort im Bereich des elektromotorischen Stellantriebes Verwendung findenden Potentiometer,

Figur 3

ein Blockschaltbild gemäß Figur 1 für eine der Leerlauf- und Geschwindigkeitsregelung dienende Lastverstelleinrichtung gemäß der zweiten erfindungsgemäßen Lösung und

Figur 4

eine schematische Darstellung gemäß Figur 3 für die Lastverstelleinrichtung nach der zweiten erfindungsgemäßen Lösung.

[0011] Figur 1 bezieht sich auf den Fall der elektromotorischen Regelung der Drosselklappe im Leerlaufbereich der Brennkraftmaschine. In dieser Figur bezeichnet die Ziffer 1 eine Lastverstelleinrichtung, die extern über ein Fahrpedal 2 und eine Elektronik 3 ansteuerbar ist. Die Lastverstelleinrichtung 1 beinhaltet die Drosselklappe 4, die über ein drosselklappenseitiges Stellelement 5 verstellbar ist. Eine Zugfeder 6 greift an dem drosselklappenseitigen Stellelement 5 und an einem stationären Bauteil der Lastverstelleinrichtung 1 an und spannt das drosselklappenseitige Stellelement 5 in Leerlaufrichtung vor.

[0012] Die Drosselklappe 4 ist zwischen einer minimalen Leerlaufstellung LL_min und einer Vollaststellung VL regelbar.

[0013] Das Fahrpedal 2 wirkt über eine Bowdenzug 7 mit einem fahrpedalseitigen Stellelement 8 zusammen, das mittels des Fahrpedals 2 zwischen einem Anschlag LL_min und einem Anschlag VL beweglich ist. Eine Zugfeder 9 greift am fahrpedalseitigen Stellelement 8 und einem stationären Bauteil der Lastverstelleinrichtung 1 an und spannt das fahrpedalseitige Stellelement 8 in Leerlaufrichtung gegen den Anschlag LL_min vor.

[0014] Das fahrpedalseitige Stellelement 8 greift in Aufregelrichtung in den Bewegungsweg des drosselklappenseitigen Stellelementes 5 ein. Unabhängig hiervon greift ein stellantriebseitiges Stellelement 11 in Aufregelrichtung in den Bewegungsweg des drosselklappenseitigen Stellelementes 5 ein. Das stellantriebseitige Stellelement 11 ist mittels eines elektromotorischen Stellantriebes 12 zwischen einem LL_min-Anschlag und einem LL_max-Anschlag bewegbar. Eine Zugfeder 14 greift am stellantriebseitigen Stellelement 11 und einem stationären Bauteil der Lastverstelleinrichtung 1 an und spannt das stellantriebseitige Stellelement 11 in Abregelrichtung gegen den Anschlag LL_min vor.

[0015] Die insoweit beschriebene Lastverstelleinrichtung wird im Leerlaufregelbereich über den elektromotorischen Stellantrieb 12 angesteuert und im Teillast- sowie Vollastbetrieb über das Fahrpedal 2. Im Leerlaufbetrieb - bei nicht betätigtem Fahrpedal 2 - nimmt das fahrpedalseitige Stellelement 8 die gezeigte Anschlagsposition LL_min ein, während die Drosselklappe 4 sich in Abhängigkeit von der Ansteuerung über den elektromotorischen Stellantrieb 12, der seinerseits von der Elektronik 3 angesteuert wird, in einem Arbeitspunkt befindet, der im Beispiel nach der Figur 1 etwa in der Mitte zwischen den Betriebsstellungen LL_min und LL_max liegt. Dieser Arbeitspunkt kann selbstverständlich variieren, er hängt z.B. ab von der Betriebstemperatur und den Verbrauchern (beispielsweise Heckscheibenheizung, Klimaanlage), die von der Brennkraftmaschine versorgt werden müssen und damit einen bestimmten, veränderlichen Luftbedarf der Brennkraftmaschine bedingen.

[0016] Überwacht werden die Positionen des stellantriebseitigen Stellelementes 11 und des drosselklappenseitigen Stellelementes 5 mittels eines im wesentlichen dem stellantriebseitigen Stellelement 5 zugeordneten Istwerterfassungselementes 13, dessen Anordnung und Funktionsweise in der Darstellung der Figuren 2 und 2a näher verdeutlicht ist.

[0017] Die Figur 2 zeigt, daß das elektromotorische Stellelement 11 als Antriebswelle des Stellmotors 12 ausgebildet ist, deren freies Ende einen Mitnehmer 15 aufweist, dessen Mitnehmeransatz 15a exzentrisch zur Antriebswelle 11 angeordnet ist. Ferner ist das drosselklappenseitige Stellelement 5 als Drosselklappenwelle ausgebildet, jedes der beiden Enden der Drosselklappenwelle 5 nimmt einen sich radial erstreckenden Mitnehmer 16 bzw. 17 auf. Die Drosselklappenwelle 5 fluchtet mit der Antriebswelle 11 des elektromotorischen Stellantriebes 12 und ist geringfügig beabstandet zu dieser, wobei der Mitnehmeransatz 15a den Mitnehmer 16 in Aufregelrichtung hintergreift. Schließlich ist das fahrpedalseitige Stellelement 8 als Seilscheibe ausgebildet, die aus dem eigentlichen Scheibenelement 8a und der mit dieser zentrisch verbundenen Scheibenwelle 8b besteht. Entsprechend dem Mitnehmer 15 ist drehfest mit der Scheibenwelle 8b ein Mitnehmer 18 drehfest verbunden, der einen exzentrisch zur Scheibenwelle 8b angeordneten Mitnehmeransatz 18a aufweist. Die Scheibenwelle 8b fluchtet mit der Drosselklappenwelle 5 und ist geringfügig beabstandet zu dieser positioniert. Der Mitnehmeransatz 18b hintergreift den Mitnehmer 17 in Aufregelrichtung. Das Scheibenelement 8a ist mittels des Bowdenzuges 7 pedalseitig in Aufregelrichtung beaufschlagbar.

[0018] Das im wesentlichen der Antriebswelle 11 des elektromotorischen Stellantriebes 12 zugeordnete Istwerterfassungselement 13 weist eine mit der Antriebswelle 11 drehfest verbundene Trägerplatte 19 auf, die, wie insbesondere der Figur 2a zu entnehmen ist, auf der der Drosselklappe 4 zugewandten Seite zwei sich jweils in etwa über einen Viertelkreis erstreckende Schleiferbahnen 20 und 21 aufweist. Mit der äußeren Schleiferbahn 21 wirkt ein Schleifer 22 zusammen, der stationär gelagert ist, insbesondere gehäusefest, entweder am Drosselklappengehäuse oder am Gehäuse der Lastverstelleinrichtung. Mit der inneren Schleiferbahn 20 wirkt ein Schleifer 23 zusammen, der drehfest mit dem der Antriebswelle 11 zugewandten Bereich der Drosselklappenwelle 5 verbunden ist.

[0019] Bewegt der elektromotorische Stellantrieb 12 über den Mitnehmer 15 die Drosselklappe 4, so findet keine Relativbewegung zwischen dem Schleifer 23 und der Schleiferbahn 20 statt. Wird die Seilscheibe 8 betätigt, so bewegt sich über den Mitnehmer 18 die Drosselklappe 4 relativ zum elektromotorischen Stellantrieb 12 und damit der Trägerplatte 19. Im Bereich des durch den Schleifer 23 und die Schleiferbahn 20 gebildeten Potentiometers 24 wird ein Spannungshub gemessen, der das Verlassen der LL_min-Position indiziert. Bei einer Bewegung des elektromotorischen Stellantriebes 12 wird durch das mittels des Schleifers 22 und der Schleiferbahn 21 gebildete weitere Potentiometers 25 ein Spannungshub gemessen, der die Position des elektromotorischen Stellantriebes 12 angibt. Die Einspritzelektronik, die Bestandteil der Elektronik 3 ist, erhält als Eingangssignal die Summe der beiden Spannungshübe von elektromotorischem Stellantrieb 12 und Drosselklappe 4.

[0020] Die in Figur 3 gezeigte Lastverstelleinrichtung ist nur hinsichtlich der Erfassung der Istwerte gegenüber der in Figur 1 beschriebenen Lastverstelleinrichtung modifiziert. Mit dieser übereinstimmende Teile sind der Einfachheit halber mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

[0021] Dem Blockschaltbild nach Figur 3 ist zu entnehmen, daß dem elektromotorischen Stellantrieb 12 ein Istwerterfassungselement 13 zugeordnet ist, und dem pedalseitigen Stellelement 8 ein eigenes Istwerterfassungselement 10. Bei dieser Variante wird damit der Istwert des drosselklappenseitigen Stellelementes 5 indirekt dargestellt. Die Variante nach Figur 3 unterscheidet sich von der nach Figur 1 allerdings grundsätzlich dadurch, daß der elektromotorische Stellantrieb 12 nicht ausschließlich der Regelung der Drosselklappe 4 im Leerlaufregelbereich dient, sondern auch der Geschwindigkeitsregelung, damit in einem Bereich von LL_min bis VL. Einzelheiten der Positionserfassung des stellantriebseitigen Stellelementes 11 und des fahrpedalseitigen Stellelementes 8 sind der Darstellung der Figur 4 zu entnehmen, mit der Variante nach Figur 2 übereinstimmende Teile sind auch dort wieder mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

[0022] Wie der Darstellung der Figur 4 zu entnehmen ist, fluchten die Antriebswelle 11 des elektromotorischen Stellantriebes 12, die Drosselklappenwelle 5 und die Scheibenwelle 8b. Die Trägerplatte 19 ist nicht drehfest mit der Antriebswelle 11 verbunden, sondern es durchsetzt die Antriebswelle 11 eine Bohrung in der Trägerplatte 19, die gehäusefest verbunden ist. Auf der dem elektromotorischen Stellantrieb 12 zugewandten Seite ist die Trägerplatte 19 mit der Schleiferbahn 21 versehen, der mit dieser zusammenwirkende Schleifer 22 ist bei der Variante nach Figur 4 drehfest mit der Antriebswelle 11 verbunden. Entsprechend durchsetzt die Scheibenwelle 8b die Ausnehmung einer weiteren Trägerplatte 26, die wie die Trägerplatte 19 bei dieser Variante gehäusefest angeordnet ist. Auf der dem Scheibenelement 8a zugewandten Seite weist die Trägerplatte 26 eine Schleiferbahn 27 auf, mit der ein Schleifer 28 zusammenwirkt, welcher drehfest mit der Scheibenwelle 8b verbunden ist. Im Leerlauf bleibt die Seilscheibe 8 in Ruhe, so daß am durch die Schleiferbahn 27 und den Schleifer 28 gebildeten Potentiometer 29 eine konstante, definierte Spannung abgegriffen wird. Eine Spannungsänderung indiziert das Verlassen der Leerlaufposition der Seilscheibe 8. Über das durch die Schleiferbahn 21 und den Schleifer 22 gebildete Potentiometer 25 wird die Position des elektromotorischen Stellantriebes 12 dargestellt. Da die Drosselklappe 4 stets entweder von der Seilscheibe 8 oder dem elektromotorischen Stellantrieb 12 bewegt wird, erhält die Einspritzelektronik jeweils den Höheren der beiden Spannungswerte der beiden Potentiometer 25 und 29.

[0023] Selbstverständlich kann die Variante nach Figur 2 auch bei der den Leerlaufregelbereich und die Geschwindigkeitsregelung abdeckenden Lastverstelleinrichtungen nach Figur 3 Anwendung finden, wie umgekehrt die Variante nach Figur 4 bei der Lastverstelleinrichtung nach Figur 1.

Bezugszeichenliste

[0024] 

1

Lastverstelleinrichtung

2

Fahrpedal

3

Elektronik

4

Drosselklappe

5

drosselklappenseitiges Stellelement

6

Zugfeder

7

Bowdenzug

8

fahrpedalseitiges Stellelement

8a

Scheibenelement

8b

Scheibenwelle

9

Zugfeder

10

Istwerterfassungselement

11

stellantriebseitiges Stellelement

12

elektromotorischer Stellantrieb

13

Istwerterfassungselement

14

Zugfeder

15

Mitnehmer

15a

Mitnehmeransatz

16, 17, 18

Mitnehmer

18a

Mitnehmeransatz

19

Trägerplatte

20, 21

Schleiferbahn

22, 23

Schleifer

24, 25

Potentiometer

26

Trägerplatte

27, 28

Schleiferbahn

29

Potentiometer

Ansprüche

1. Lastverstelleinrichtung für eine drosselklappengeregelte Brennkraftmaschine, wobei die Drosselklappe in Abregelrichtung vorgespannt ist und ein fahrpedalseitig in Vollastrichtung ansteuerbares, in Abregelrichtung gegen einen Leerlaufanschlag in eine Stellung LL_min vorspannbares Stellelement in Aufregelrichtung in den Bewegungsweg eines Stellelementes für die Drosselklappe eingreift, sowie ein mittels eines elektromotorischen Stellantriebes ansteuerbares, in Abregelrichtung vorgespanntes Stellelement in Aufregelrichtung in den Bewegungsweg des Stellelementes für die Drosselklappe eingreift, wobei eine Einrichtung vorgesehen ist, die die Stellung der Drosselklappe und des stellantriebseitigen Stellelementes sowie die LL_min-Stellung des fahrpedalseitigen Stellelementes erfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung als Antriebspotentiometer (25) und Drosselklappenpotentiometer (24) ausgebildet ist, die eine gemeinsame Trägerplatte (19) aufweisen, welche drehfest mit der Antriebswelle (11) des elektromotorischen Stellantriebes (12) verbunden ist und zwei Schleiferbahnen (21, 20) aufweist, wobei ein Schleifer (21) für das Antriebspotentiometer (25) gehäusefest angebracht ist und ein Schleifer (20) für das Drosselklappenpotentiometer (24) drehfest mit dem als Drosselklappenwelle (5) ausgebildeten drosselklappenseitigen Stellelement verbunden ist.

2. Lastverstelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das fahrpedalseitige Stellelement (8) als Seilscheibe (8) ausgebildet ist und die Drehachse der Drosselklappenwelle (5), Antriebswelle (11) des elektromotorischen Stellantriebes (12) und der Seilscheibe (8) miteinander fluchten.

3. Lastverstelleinrichtung für eine drosselklappengeregelte Brennkraftmaschine, wobei die Drosselklappe in Abregelrichtung vorgespannt ist und ein fahrpedalseitig in Vollastrichtung ansteuerbares, in Abregelrichtung gegen einen Leerlaufanschlag in eine Stellung LL_min vorspannbares Stellelement in Aufregelrichtung in den Bewegungsweg eines Stellelementes für die Drosselklappe eingreift, sowie ein mittels eines elektromotorischen Stellantriebes ansteuerbares, in Abregelrichtung vorgespanntes Stellelement in Aufregelrichtung in den Bewegungsweg des Stellelementes für die Drosselklappe eingreift, wobei eine Einrichtung vorgesehen ist, die die Stellung der Drosselklappe und des stellantriebseitigen Stellelementes sowie die LL_min-Stellung des fahrpedalseitigen Stellelementes erfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung als Antriebspotentiometer (25) und als dem fahrpedalseitigen Stellelement (8) zugeordnetes Potentiometer (29) ausgebildet ist, wobei eine erste gehäusefeste Trägerplatte (19) mit einer Schleiferbahn (21) vorgesehen ist, mit der ein drehfest mit der Antriebswelle (11) des elektromotorischen Stellantriebs (12) verbundener Schleifer (22) zusammenwirkt, sowie eine zweite gehäusefeste Trägerplatte (26) mit einer Schleiferbahn (27) vorgesehen ist, mit der ein Schleifer (28) zusammenwirkt, der mit einem als schwenkbares Bauteil (8) ausgebildeten fahrpedalseitigen Stellelement drehfest verbunden ist.

4. Lastverstelleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das schwenkbare Bauteil (8) als Seilscheibe ausgebildet ist.

5. Lastverstelleinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselklappe (4) in einer Drosselklappenwelle (5) gelagert ist und die Drehachse von Drosselklappenwelle (5), Antriebswelle (11) des elektromotorischen Stellantriebes (12) und der Seilscheibe (8) miteinander fluchten.

Zeichnung