DE4134876C2 - Einrichtung zur Verstellung einer Drosselklappe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Ver­ stellung der Drosselklappe im Ansaugstutzen einer Brenn­ kraftmaschine gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.

Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art (DE 39 01 583 A1 oder DE 39 27 004 A1 ist zur Drehung der Drosselklappe im Leerlaufbereich ein Elektromotor vorgesehen, der von einer elektronischen Regeleinrichtung angesteuert wird. Zwischen der Drossel­ klappenstellung mit geringsten Öffnungsquerschnitt (LL_min) und der Drosselklappenstellung mit dem größten, im Rahmen der Leerlaufregelung erreichbaren Öffnungsquerschnitt (LL_max) liegt eine Leerlaufnotstellung (LL_not), in der die Drosselklappe einen definierten Mindest-Öffnungsquerschnitt freigibt. Dazu ist zusätzlich zu der Rückstellfeder eine Notlauffeder vorgesehen, die von dem Elektromotor gespannt wird, wenn die Drosselklappe aus der Leerlaufnot­ stellung weiter in Richtung geringstem Öffnungsquerschnitt (LL_min) gedreht wird und die die Drosselklappe automatisch bis (LL_not) öffnet, wenn der Elektromotor und/oder die elektronische Regeleinrichtung ausfällt. Diese Notlauffeder wirkt der Rückstellfeder entgegen. Sie muß stärker sein als diese, weil andernfalls die Leerlaufnotstellung nicht erreicht wird.

Bei diesen bekannten Einrichtungen zur Verstellung der Dros­ selklappe wird als nachteilig angesehen, daß im Leerlaufbe­ reich Rückstellfeder und Notlauffeder gegensinnig wirken und daß deswegen das elektromotorische Stellglied und die zugehörige elektronische Steuerung so ausgelegt werden müs­ sen, daß die Drosselklappe aktiv in beiden Drehrichtungen verstellt werden kann. Damit unterscheidet sich die Ein­ flußnahme im Leerlaufbereich von derjenigen im Bereich zwi­ schen Leerlauf (LL) und Vollast (VL). Im letztgenannten Bereich wirkt die über das Gaspedal aufgebrachte Kraft nur in eine Richtung, nämlich gegen die Kraft der Rück­ stellfeder, die bei einer Verminderung der Gaspedalkraft passiv die Verstellung der Drosselklappe in Gegenrichtung bewirkt. Im gesamten Stellbereich zwischen LL und VL hat man ein stabiles und spiel freies Gleichgewicht zwischen der von außen aufgebrachten Kraft und der Kraft der Rückstellfeder. Im Bereich zwischen LL_min und LL_max wirkt das elektromotorische Stellglied gegen die Rück­ stellfeder und außerdem zwischen LL_not und LL_min gegen die Notlauffeder. Daraus folgt, daß die Drosselklappe zwischen LL_not und LL_max von dem elektromotorischen Stellglied aktiv gegen die Rückstellfeder, zwischen LL_mot und LL_min aber aktiv gegen die Notlauffeder bewegt werden muß und daß das elektromotorische Stellglied in beide Wirkrichtungen ansteuerbar sein muß. Es leuchtet ein, daß ein derartiges elektromotorisches Stellglied aufwendiger ist als ein nur einseitig gegen die Rückstellfeder arbeitendes elektromoto­ risches Stellglied. Dabei spielt die Forderung nach spiel­ freier Drehrichtungsumkehr eine erhebliche Rolle, zumal mit einem nicht zu vernachlässigenden Bauteileverschleiß über die angestrebte Einsatzdauer gerechnet werden muß.

Aus der DE 32 34 468 C2 ist eine Ventilsteuerungsvorrichtung für ein Drosselorgan in einer Brennkraftmaschine mit einem elektromotorischen Stellmotor, durch den das Drosselorgan entgegen der Kraft eines Federelementes in eine durch ein Steuerge­ rät vorbestimmte, einen Regelöffnungsquerschnitt öffnende bewegbar ist, bekannt, wobei das Federelement das Drosselorgan bei nicht erregtem Stellmotor in eine Endstellung zurückstellt, in der eine vorbestimmte Notlauföffnung freigegeben wird. Nicht bekannt ist, wie die Drehung des Drosselorganes zwischen Leerlauf und Vollast sowie im Leerlaufbereich erfolgt. Das aus diesem Stand der Technik be­ kannte Stellelement ist nicht mit dem Drosselorgan gekoppelt und eine Bypasslei­ tung ist nicht in dem die Drosselklappe umschließenden Ansaugstutzen vorgesehen. Außerdem erfolgt die Einflußnahme auf die Luftmenge in einem unteren Regelbe­ reich über ein elektromotorisch verstellbares Drosselorgan in der Bypassleitung, die außer im Notfall auch in einem weiteren Stellbereich, der sich von dem Notfallbereich unterscheidet, geöffnet ist.

Es besteht somit die Aufgabe, die eingangs genannte Einrichtung zur Verstellung der Drosselklappe einer Brenn­ kraftmaschine dahingehend weiterzubilden, daß die geschil­ derten Nachteile mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand vermieden werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Verstelleinrichtung gemäß den Merkmalen des Kennzeichens des Patentanspruches 1 vorgeschlagen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in den Ansprüchen 2 bis 7 beschrieben.

Die erfindungsgemäße Verstelleinrichtung ermöglicht es, der Brennkraftmaschine automatisch eine zwischen LL_min und LL_max liegende Luftmenge zur Verfügung zu stellen, wenn das elektromotorische Stellelement oder die zugehörige elektro­ nische Steuerung ausfallen sollten. Anders als beim Stand der Technik wird dazu keine gesonderte Notlauffeder benö­ tigt, die der im Leerlaufbereich wirksamen Feder entgegen­ wirken müßte und damit ein stärkeres, in beiden Drehrich­ tungen aktiv bewegbares Stellelement erfordern würde. Durch die Entkoppelung von Drosselklappenwelle und Stellelement kann letzteres über den LL_min-Anschlag der Drosselklappe weiter in Schließrichtung gedreht werden und dabei als eine Art Drehschieber in der Bypassleitung benutzt werden. Die dazu nötige dritte Rückstellfeder wirkt in die gleiche Richtung wie die im Leerlaufbereich wirksame, wobei das Stellelement nur in einer Drehrichtung aktiv angesteuert werden muß und im gesamten Stellbereich eine spielfreie Drehrichtungsumkehr gewährleistet ist.

Der Erfindungsgedanke ist auch bei Verstelleinrichtungen anwendbar, bei denen das Stellelement nicht nur für den Regelbereich LL_min bis LL_max sondern für den Regelbereich LL_min bis VL ausgelegt ist. Man muß dann selbstverständlich eine entsprechend angepaßte zweiten Rückstellfeder vorsehen und das Stellelement selbst für den größeren Regelbereich auslegen. Die Versorgung mit "Notluft" hingegen kann genauso erfolgen wie bei einer Einrichtung, deren Stellele­ ment nur für den Regelbereich LL_min bis LL_max aus gelegt ist.

Weitere Einzelheiten des Erfindungsgedankens werden anhand des in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbei­ spiels näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Schema der erfindungsgemäßen Einrich­ tung in Stellung LL_min,

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch den Ansaugstutzen und das Stellelement,

Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt senkrecht zum Schnitt nach Fig. 2,

Fig. 4 zeigt Fig. 3 mit einer anderen Stellung.

Fig. 1 zeigt eine stark schematisierte Darstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung, bei der konstruktive Einzel­ heiten so wiedergegeben sind, wie sie für eine Erläuterung der Zusammenhänge und Funktionen am besten geeignet erscheinen. Die Drosselklappe 1, die im Ansaugstutzen 2 drehbar gelagert ist, gehört tatsächlich nicht in das Gehäuse 19, das aber alle anderen Teile enthält und bei ausgeführten Anlagen außen am Ansaugstutzen 2 befestigt ist. Außerhalb des Gehäuses 19 sind die elektronische Steuerung 18 und das Gaspedal 3 dargestellt. Letzteres wirkt über ein Gestänge 13 oder dgl. auf einen Bügel 12 ein, der durch die erste Rückstellfeder 4 in Schließrich­ tung der Drosselklappe 1 vorgespannt ist. Die Rückstellfe­ der 4 wird aus Sicherheitsgründen immer doppelt ausgeführt. Der Stellweg des Bügels reicht von Leerlauf (LL) bis Vollast (VL), wobei gehäusefeste Anschläge in Verbindung mit einem Haken 12b am Bügel 12 für eine mechanische Begrenzung sorgen.

Der Bügel 12 kann über einen Mitnehmer 12a den Hebel 14 in Öffnungsrichtung der Drosselklappe 1 mitnehmen, während die zweite Rückstellfeder 6 den Hebel 14 in Schließrichtung bewegt, wenn bei einer Entlastung des Gaspedals 3 der Bügel 12 durch die erste Rückstellfeder 4 in Richtung auf den Anschlag LL bewegt wird. Der Stellweg des Hebels 14 ist durch den gehäusefesten Anschlag LL_min und den Anschlag LL_max am Bügel 12 begrenzt, wobei LL_min einstellbar ist, in jedem Fall aber so liegt, daß zwischen dem Bügel 12 und dem Hebel 14 ein kleiner Zwischenraum besteht, wenn der Bügel 12 am Anschlag LL und der Hebel 14 am Anschlag LL_min anlie­ gen. Der Hebel 14 ist drehfest mit der Welle 20 der Dros­ selklappe 1 verbunden. Er wird im Leerlaufbereich, d. h. zwischen LL_min und LL_max vom Stellglied 5 in Öffnungsrich­ tung und von der zweiten Rückstellfeder 6 in Schließrich­ tung bewegt. Erfindungsgemäß ist der Hebel 14 mit dem Hebel 15 des Stellelements 5 so gekoppelt, daß letzterer bei einem Ausfall des Stellelements 5 oder der elektronischen Steuerung 18 von der dritten Rückstellfeder 7 bis zu einem gehäusefesten Anschlag LL_not weiter in Schließrichtung bewegt werden kann. Dabei wird dann ein Bypaß (vgl. Fig. 2) geöffnet, durch den die Brennkraftmaschine mit "Notluft" versorgt wird, deren Menge einem einstellbaren Wert zwischen LL_min und LL_max entspricht. Die Einstellung erfolgt in erster Linie durch die Dimensionierung des Bypaß-Querschnitts.

Das Stellelement 5 kann als Antrieb - wie symbolisch darge­ stellt - einen Drehmagneten aufweisen, der direkt auf die Welle 20 der Drosselklappe 1 aufgesteckt ist. Man kann aber auch einen Elektromotor mit Getriebe verwenden, wobei das letzte Zahnrad mit einer auf die Welle 20 aufsetzbaren Hohlwelle ausgebildet wird.

Mit 16 und 17 sind Ist-Wert-Sensoren für die Stellung der Drosselklappe 1 bzw. des Stellelements 5 bezeichnet. Damit werden die für den notwendigen Soll-Ist-Vergleich in der elektronischen Steuerung 18 erforderlichen Signale gewon­ nen. Im übrigen verarbeitet die elektronische Steuerung 18 diese und andere Signale zu Stellsignalen für das Stellele­ ment 5, das über die Hebel 15 und 14 im Leerlaufbetrieb die Drosselklappe auf die von der Brennkraftmaschine jeweils benötigte Luftmasse einstellt.

Fig. 2 zeigt einen Vertikalschnitt durch den Ansaugstutzen 2 und das Stellelement 5, das an den Ansaugstutzen 2 ange­ flanscht ist. Der Schnitt B-B verläuft seitlich von der Welle 20 der Drosselklappe 1 (vgl. Fig. 3 und 4) durch einen Bypasskanal 8, in dessen Verlauf ein bewegliches Teil 9 angeordnet ist, das in der Art eines Drehschiebers den Bypasskanal 8 freigeben (Fig. 4) oder schließen kann (Fig. 3). Das bewegliche Teil 9 ist einstückig mit einer Hülse 10 ausgebildet, die auf die Welle 20 der Drosselklappe 1 auf­ gesteckt ist und ihrerseits mit einer Scheibe 23 verbunden ist. Die Scheibe 23 trägt einen Drehmagneten 21, der in Verbindung mit einer Spule 22 einen Direktantrieb für die Welle 20 bildet.

Aus den Fig. 3 und 4, die Schnitte A-A gemäß Fig. 2 dar­ stellen, ist ersichtlich, wie die auf die Welle 20 aufge­ steckte Hülse 10 im Ansaugstutzen 2 den Bypasskanal 8 schließen (Fig. 3) bzw. freigeben kann (Fig. 4). Sie weist dazu einen Schlitz 11 oder dgl. auf, der in die Durchgangs­ position gemäß Fig. 4 gedreht wird, wenn das Stellelement 5 oder die elektronische Steuerung 18 ausfällt und der Hebel 15 des Stellelements 5 von der dritten Rückstellfeder 7 über den Anschlag LL_min der Drosselklappe 2 weiter in Schließrichtung gezogen wird. Der Querschnitt des Bypasses 8 und des Schlitzes 11 kann nach der jeweils gewünschten Not­ luftmenge bemessen werden.

Claims (7)

1. Einrichtung zur Verstellung der Drosselklappe (1) im Ansaugstutzen (2) einer Brenn­ kraftmaschine, bei der die Drehung der Drosselklappe (1) im Bereich zwischen Leerlauf (LL) und Vollast (VL) mechanisch mittels eines Gaspedals (3) und einer Rückstellfeder (4) erfolgt, die Drehung der Drosselklappe (1) zumindest im Leerlauf­ bereich zwischen einer Minimalstellung (LL_min) und einer Maximalstellung (LL_max) mittels eines elektronisch gesteuerten, elektromotorischen Stellelementes (5) gegen die Kraft einer Rückstellfeder (6) bewirkt wird, wobei das elektromotorische Stellele­ ment (5) mittels der Rückstellfeder (6) über die Minimalstellung (LL_min) der Drosselklappe (1) hinaus in Schließrichtung weiter bis in eine Endstellung bewegbar ist, und bei Ausfall des elektromotorischen Stellelementes (5) der Brennkraft­ maschine automatisch ein Notlaufquerschnitt geöffnet wird, durch den eine einer Drosselklappenstellung zwischen LL_min und LL_max entsprechende Luftmasse zur Verfügung gestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Notlaufquerschnitt nur bei Erreichen der Endstellung des elektromotorischen Stellelementes (5) freigebbar ist, als Notlaufquerschnitt eine in dem die Drosselklappe (1) umschließenden An­ saugstutzen (2) angeordnete Bypassleitung (8) vorgesehen ist, die außerhalb der Endstellung des elektromotorischen Stellelementes (5) durch ein bewegliches Teil (9) des elektromotorischen Stellelementes (5) geschlossen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als bewegliches Teil (9) im Ansaugstutzen (2) ein vom Stel­ lelement (5) angetriebener Drehschieber vorgesehen ist, mit dem zwei Teilstücke der Bypassleitung (8) voneinander getrennt bzw. miteinander verbunden werden können.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Drehschieber eine auf der Drosselklappenwelle drehbar gelagerte Hülse (10) mit einem quer zur Achse verlaufenden Schlitz (11) o. dgl. vorgesehen ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (10) einstückig mit der Antriebswelle eines auf die Drosselklappenwelle (20) aufgesteckten, direkt antrei­ benden Stellelements (5) ausgebildet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (10) Teil eines Getriebes ist, über das die Dros­ selklappenwelle (20) vom Stellelement (5) angetrieben wird.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor (16) zur Feststellung der Drosselklappenstellung vorgesehen ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, jedoch mit der Maßgabe, daß das elektronisch gesteuerte, elektromoto­ rische Stellelement nicht nur für den Regelbereich LL_min bis LL_max sondern für den Regelbereich LL_min bis VL ausge­ legt ist.