DE102011079369B4

DE102011079369B4 - Detektiersystem, Drehwinkelanschlag und Verfahren

Info

Publication number: DE102011079369B4
Application number: DE102011079369.0A
Authority: DE
Inventors: Andreas Thanheiser; Alexander Kern
Original assignee: Montaplast GmbH
Current assignee: Montaplast GmbH
Priority date: 2011-07-19
Filing date: 2011-07-19
Publication date: 2020-09-03
Anticipated expiration: 2031-07-20
Also published as: DE102011079369A1

Abstract

Detektiersystem (2) zur OBD-konformen Erfassung einer Funktionstüchtigkeit eines eine Welle (3) und mindestens ein auf der Welle (3) drehfest angeordnetes Stellglied, wie Klappe (4, 4.1), insbesondere Einlasskanalschaltungsklappe, Drallklappen oder Tumbleklappe, aufweisenden Klappensystems (1) in einem Saugrohr (S) eines Motors, wobei die Welle (3) zu einer Drehanstellung der Klappe (4, 4.1) um eine Längsdrehachse (1) mittels eines an einem ersten Ende (5.1) der Welle (3) angreifenden Aktuators (A) mit integriertem Drehwinkelsensor in bestimmte Drehwinkelpositionen hinein drehbar ist, wobei zur Drehbegrenzung der Welle (3) auf einen bestimmten Drehwinkelbereich (10) ein Drehwinkelanschlag (8) vorgesehen ist, der in einem Bereich zwischen dem ersten Ende (5.1) der Welle (3) und der in Richtung von dem ersten Ende (5.1) zu einem dem ersten Ende (5.1) gegenüberliegenden zweiten Ende (5.2) der Welle (3) hin vorderen Klappe (4.1) anschlagswirksam mit der Welle (3) gekoppelt ist dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkelanschlag (8) unmittelbar anschließend an der Aktuatoraufnahme (7) auf der Welle (3) aufgesteckt angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Detektiersystem zur OBD-konformen Erfassung einer Funktionstüchtigkeit eines eine Welle und mindestens ein auf der Welle drehfest angeordnetes Stellglied, wie Klappe, insbesondere Einlasskanalschaltungsklappe, Drallklappen oder Tumbleklappe, aufweisendes Klappensystem in einem Saugrohr eines Motors, wobei die Welle zu einer Drehanstellung der Klappe um eine Längsdrehachse mittels eines an einem ersten Ende der Welle angreifenden Aktuators mit integriertem Drehwinkelsensor in bestimmte Drehwinkelpositionen hinein drehbar ist. Zur Drehbegrenzung der Welle auf einen bestimmten Drehwinkelbereich ist ein Drehwinkelanschlag vorgesehen, der in einem Bereich zwischen dem ersten Ende der Welle und der in Richtung von dem ersten Ende zu einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende der Welle hin vorderen Klappe anschlagswirksam mit der Welle gekoppelt ist. Die Erfindung betrifft ferner einen Drehwinkelanschlag für das Detektiersystem und ein Verfahren.
Die Funktionstüchtigkeit des Klappensystems gilt als gewährleistet, wenn bei einer Überprüfung ein zulässiger Drehwinkel zwischen Drehwinkelsensor und der Klappe eingehalten wird. Für ein Klappensystem in einem Saugrohr gelten beispielsweise in den USA, insbesondere in Kalifornien, gesetzliche Vorschriften, die beispielsweise bezüglich der Abgasemission von Verbrennungsmotoren eine Überwachung der Funktionsfähigkeit des Klappensystems die Möglichkeit einer Fahrzeugdiagnose mittels eines Fahrzeugdiagnosesystem (On Board Diagnose (OBD)) während des Fahrbetriebes vorschreiben. Die OBD soll ohne zusätzliche Eingriffe durchführbar sein. Die OBD kann beispielsweise beim Einschalten und/oder Ausschalten des Verbrennungsmotors automatisch durchgeführt werden. Es wird eine Drehwinkelmessung zwischen Drehwinkelsensor und der Klappe in beiden Endpositionen, Offenposition und Schließposition, derselben durchgeführt. Eine Funktionsstörung des Klappensystems wird diagnostiziert, wenn eine erfasste Drehwinkeldifferenz zwischen den beiden Positionen unzulässig hoch ist. Ursache hierzu können beispielsweise eine unzulässige Verdrehung der Welle bis Bruch derselben oder eine Verbiegung, Verschiebung oder Bruch der Klappe sein. Typischerweise können die Klappensysteme als Klappen Einlasskanalschaltungsklappen, Drallklappen oder Tumbleklappen aufweisen.
Bei marktüblichen Lösungen wird zur Wellenbrucherkennung beispielsweise ein einem der Wellenenden angeordneter Sensor verwendet. Nachteilig sind unter anderem ein erhöhter Aufwand, ein notwendiger Bauraum an diesem Wellenende für den Sensor sowie ein erhöhter Montageaufwand. Ist der Sensor am ersten Wellenende angeordnet, so muss dieser im Saugrohr zusätzlich nach außen hin abgedichtet werden.
Ein gattungsgemäßes Detektiersystem wird in DE 10 2006 061 610 A1 offenbart. In dem Detektiersystem ist auf eine Drehwelle üblicher Anschlag vorgesehen. Dieser ist jedoch konstruktiv aufwendig in einem gesonderten Freiraum des Saugrohrs vertretbar und Anschlags wirksam angeordnet.
Gemäß DE 103 19 403 B4 wird ein übliches Detektiersystem mit zwei Drehwinkelanschlägen vorgeschlagen. Dies ist konstruktionsseitig und montageseitig aufwendig. Der eine Drehwinkelanschlag ist bezüglich der Welle vor oder hinter der dem Antrieb nächst gelegenen Klappe und der andere Drehwinkelanschlag ist vor oder hinter der dem Antrieb entferntesten Klappe angeordnet.
Aus DE 10 2009 033 505 A1 ist eine Schalt- oder Drallklappenwelle für ein Detektiersystem bekannt. Es wird vorgeschlagen, endseitig der Welle jeweils einen Anschlag vorzusehen, wobei die Anschläge in üblicher Weise bezüglich der Drehachse um einen bestimmten Toleranzwinkel verdreht angeordnet sind.
EP 1 908 943 A1 beschreibt ein Detektiersystem mit zwei axial voneinander beabstandeten Anschlägen. Die Anschläge sind jeweils an einer von einer Klappe ausgehenden axialen Verlängerung angeordnet. Optional können beide Anschläge an einer Klappe oder jeweils an einer Klappe angeordnet sein.
In der DE 101 39 994 B4 und der DE 10 2004 060 714 A1 wird jeweils zur Messsicherheit der Einsatz von zwei Magnetfeldsensoren vorgeschlagen.
Bei einer weiteren ebenfalls aufwendigen Lösung wird die Welle um einen metallischen Hebel mit Anschlägen verlängert.
Aufgabe der Erfindung ist, ein gattungsgemäßes Detektiersystem zur OBD-konformen Erfassung einer Funktionsstörung eines Klappensystems bereitzustellen, das einfacher aufgebaut sowie leicht herstellbar und montierbar ist.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen werden in den Unteransprüchen beschrieben. Die gestellte Aufgabe wird bereits dadurch gelöst, dass der Drehwinkelanschlag unmittelbar an der Aktuatoraufnahme anschließend auf der Welle aufgesteckt angeordnet ist.
Damit kann eine Funktionsstörung des Klappensystems dadurch detektiert werden, dass mittels des Drehwinkelgebers ein Drehwinkel erfasst wird, der größer oder kleiner als der des vorgesehenen Drehwinkelbereiches des Drehwinkelanschlags ist.
Bei einem zu großen erfassten Drehwinkel können beispielsweise eine unzulässige Verdrehung der Welle bis Bruch derselben oder eine Verbiegung, Verschiebung oder Bruch der Klappe die Ursache sein. Bei einem zu niedrigen Drehwinkel kann beispielsweise eine Klappe blockiert werden oder beispielsweise durch Fremdpartikel oder Ablagerungen nicht ordnungsgemäß schließen und/oder öffnen. Es kann auch die Wellendrehung blockiert werden. Bei Funktionstüchtigkeit des Klappensystems wird der Drehwinkel erfasst, der in Referenz dem Drehwinkelbereich des Drehwinkelanschlags entspricht. Hierbei können zugleich weiter unten erläuterte bestimmte Toleranzen berücksichtigt werden. Die Funktionstüchtigkeit des Klappensystems kann auch dann als gewährleistet angesehen werden, wenn zum Ende des Drehwinkelbereiches im Bereich der Klappe vorgesehene Endanschläge wirksam werden, die im Betrieb und auch bei der OBD-II konformen Erfassung ein reguläres Abschalten des Aktuators bewirken können. Der Drehwinkelbereich kann somit individuell an die jeweiligen konstruktiven und/oder werkstoffspezifischen Vorgaben des Klappensystems angepasst werden. Vorzugsweise ist der Drehwinkelbereich einstellbar.
Somit dient der Drehwinkelanschlag bei der OBD-konformen Erfassung einer Funktionstüchtigkeit für den Drehwinkelgeber des Aktuators als Referenz dafür, ob der zulässige Winkelbereich eingehalten oder überschritten wird. Damit wird, wie im Stand der Technik vorgesehen, ein aufwendiger zweiter Drehwinkelgeber überflüssig. Der Drehwinkelanschlag an sich kann, wie weiter unten näher beschrieben, sehr einfach aufgebaut sein. Vorzugsweise ist der Drehwinkelanschlag höchstens gering beabstandet zu dem ersten Ende anschlagswirksam mit der Welle gekoppelt. Damit kann ein möglicher auftretender Torsionswinkel der Welle unter Drehmomentbelastung gering gehalten werden, so dass ein möglicher Toleranzwinkelbereich bezüglich der Wellentorsion vorteilhaft entsprechend gering ausfallen kann. Ferner muss kein zusätzlicher Bauraum für den Drehwinkelanschlag geschaffen werden.
In seiner Funktion als zu dem Aktuator außen liegender Referenzanschlag kann der Drehwinkelbereich des Drehwinkelbereiches so eingestellt sein, dass er dem zulässigen Drehwinkel entspricht, der zumindest etwa an dem Ort gemessen würde, an dem der Drehwinkelanschlag auf der Welle angeordnet ist. Bestimmte Toleranzen bezüglich einer Wellentorsion können in den Drehwinkelbereich einbezogen sein. Ist der Drehwinkel größer oder kleiner als der des vorgesehenen Drehwinkelbereiches des Drehwinkelanschlags, so kann mittels einer entsprechenden Software des Detektiersystems ein Signal zur Anzeige einer Störung ausgelöst werden und/oder aufgezeichnet werden. Der Drehwinkelanschlag kann somit in dem Klappensystem integriert sein. Unter Einbeziehung des Aktuators zum Klappensystem kann somit das Detektiersystem in dem Klappensystem integriert sein.
Vorzugsweise ist die Welle zumindest in dem Bereich zwischen Drehwinkelanschlag und Klappe aus Metall gefertigt. Dies genügt der Bedingung gemäß der OBD-II, einer Novellierung der ursprünglichen „OBD-Vorschrift“, dass die Welle zwischen dem Messpunkt, hier dem Drehwinkelanschlag als Referenz zum Drehwinkelgeber, und der Klappe aus Metall sein muss, mit der Annahme, dass durch diese Maßnahme ein Bruch der Welle in diesem Bereich ausgeschlossen wird. Wegen einer vereinfachter Fertigung und Montage der Welle wird vorgeschlagen, diese vollständig aus Metall, bevorzugt aus Messing oder Stahl zu fertigen.
Vorzugsweise umfasst der Drehwinkelbereich einen ordnungsgemäßen maximalen Drehwinkel zur Stellglied- bzw. Klappenbetätigung sowie einen zusätzlichen Toleranzwinkel. Der ordnungsgemäße maximale Drehwinkel wird als Drehwinkel der Welle verstanden, in dem die Klappe zwischen der Offenposition und der Schließposition verschwenkt oder verdreht wird. Der Toleranzwinkel kann einen oder mehrere Toleranzbereiche umfassen, die bestimmte Abweichungen berücksichtigen. Der Toleranzwinkel kann zum Beispiel einen ersten Toleranzbereich bezüglich einer messtechnischen Abweichung des Drehwinkelsensors aufweisen. Ferner kann der Toleranzwinkel einen zweiten Toleranzbereich bezüglich sich auf den Drehwinkel der Welle auswirkender mechanischer Toleranzen, wie infolge konstruktiver Abweichungen und/oder eines Verdrehwinkels der Welle infolge ihrer mechanischen Torsionsbelastung, umfassen. Es kann ein dritter Toleranzbereich bezüglich einer Abweichung bei der Messung des Detektiersystems und/oder Auslösung des Signals bei Detektierung der Funktionsuntüchtigkeit vorgesehen sein. Die Höhe der einzelnen Toleranzbereiche hängt von einer Reihe von Faktoren, wie zum Beispiel Eigenschaften beteiligter Werkstoffe, Aufbau des Klappensystems oder exakte Anordnung des Drehwinkelanschlags, ab.
Der Aktautor kann über eine Kinematik-Aktuatorsschnittstelle mit der Welle verbunden sein. Aktuator und Welle können so zueinander angeordnet sein, dass der Aktautor, außerhalb des Saugrohrs angeordnet, unter Abdichtung mit der Kinematik-Aktuatorsschnittstelle in das Saugrohr eingreift. Zum Anschluss an die Welle kann als Teil der Kinematik-Aktuatorsschnittstelle eine Aktuatoraufnahme vorgesehen sein, die kraftwirksam bzw. drehmomentwirksam mit dem Aktuator gekoppelt ist.
Die Welle kann zum Aktuator hin in einen vorgesehenen Kanal des Saugrohres einmünden, in dem die Aktuatoraufnahme und der Drehwinkelanschlag angeordnet sind.
Die Welle kann in der Aktuatoraufnahme mit einem das erste Ende aufweisenden Endbereich drehfest gelagert sein. Hierzu kann die Aktuatoraufnahme eine Öffnung aufweisen, in die die Welle vorzugsweise formschlüssig einsteckbar ist. Hierbei können Öffnung und Welle bis auf ein eventuelles Spiel jeweils einen gleichen nichtkreisrunden Querschnitt, wie ovalen oder polygonen Querschnitt, aufweisen. Vorzugsweise ist die Öffnung sackartig ausgebildet. Damit kann eine weitere Abdichtung der Öffnung gegenüber der Umgebung des Saugrohres entfallen. Vorteilhaft ist der Drehwinkelanschlag vorzugsweise mittels Formschluss drehfest auf der Welle angeordnet. Dieser Formschluss kann gleich dem Formschluss zwischen Welle und Aktuatoraufnahme hergestellt sein. Hierzu kann der Drehwinkelanschlag eine Öffnung mit einem nichtkreisrunden Querschnitt für die Welle aufweisen. Zweckmäßig ist der Querschnitt der Öffnungen gleich.
Vorzugsweise ist der Drehwinkelanschlag höchstens in einem geringen axialen Abstand zur Antriebsaufnahme anschlagswirksam mit der Welle gekoppelt. Vorzugsweise erfolgt die anschlagswirksame Koppelung des Drehwinkelanschlags mit der Welle in axialer Richtung von dem ersten Ende zu dem dem ersten Ende gegenüber liegenden Ende hin hinter der Antriebsaufnahme, vorteilhaft unmittelbar an derselben anliegend. Vorzugsweise ist der Drehwinkelanschlag unmittelbar anschließend an die Aktuatoraufnahme auf der Welle aufgesteckt angeordnet. Zur Lagestabilisierung können die beiden Bauteile, vorzugsweise unter Ausbildung einer axialen Steckverbindung, axial ineinander oder übereinander greifen, wobei eine Zentrierung derselben auf der Welle erzielt werden kann. Es können die beiden Bauteile, Drehwinkelanschlag und Antriebsaufnahme, zu einem Bauteil zusammengefasst und vormontiert werden. Insgesamt werden durch diese Maßnahmen der Aufbau und die Montage des Detektiersystems vereinfacht.
In einer bevorzugten Ausbildung kann der Drehwinkelanschlag als mechanischer Anschlag mit zumindest einem Anschlagpaar ausgebildet sein, dessen eine Anschlag an einem drehfest auf der Welle angeordneten Drehteil mit der mittigen Öffnung für die Welle und dessen andere Anschlag an einem fest an einer Basis verbindbaren Gehäuse angeordnet sind. In Vereinfachung der Form und kraftmechanisch günstig kann der Drehwinkelanschlag zumindest im Wesentlichen achsensymmetrisch zu der Öffnung ausgebildet sein. In einer günstigen Weiterbildung können das Drehteil radial innen mit einem außenseitigen sich radial nach außen erstreckenden Anschlag und das Gehäuse radial außen mit einem innenseitigen sich radial nach innen erstreckenden Anschlag angeordnet sein. Hierbei können die Anschläge etwa auf einem gleichen Radius angeordnet sein. Damit können die Anschläge in einer Anschlagsposition jeweils an einer umfänglichen Seite aneinander anschlagen.
Somit kann eine Drehbewegung mit einer Relativbewegung der Anschläge in positiver und negativer Drehrichtung zur Welle vorgesehen sein. In beiden Fällen ergibt sich eine Anschlagposition, wobei die eine Anschlagposition der Offenposition und die andere der Geschlossenposition repräsentiert. Beispielsweise bei einem ordnungsgemäßen maximalen Drehwinkel kleiner 180° oder, wie häufig vorhanden, von um 90°, ist es konstruktiv einfacher und kraftmechanisch günstig zwei Anschlagspaare vorzusehen. Deren Anschläge können am Drehteil sowie am Gehäuse jeweils radial einander gegenüber liegend, d.h. umfänglich um 180° versetzt zueinander, angeordnet sein. Damit können sie wechselweise in den beiden Positionen gegeneinander anschlagen. Über die umfängliche Dicke der Anschläge kann der tatsächliche Drehwinkelbereich eingestellt werden. Bevorzugt sind Drehteil und Gehäuse mittels Kunststoffspritzguss hergestellt.
Vorzugsweise erstreckt sich das Gehäuse mit einem Abschnitt gegen die axiale Richtung zu dem Aktuator hin, übergreift mit diesem Abschnitt die Antriebsaufnahme und liegt, vorzugsweise unter Ausbildung einer Steck- und/oder Rastverbindung mit Antriebaufnahme, vorzugsweise endstirnseitig an derselben an. Hierbei kann zwischen Antriebaufnahme und dem Abschnitt eine Abdichtung, beispielsweise eine O-Ring-Abdichtung, erfolgen.
Damit kann der Drehwinkelanschlag in einfacher Weise gegenüber der Umgebung des Saugrohres abgedichtet werden.
An der Antriebaufnahme können radiale Antriebhebel zum Angriff des Aktuators vorgesehen sein. Kraftmechanisch günstig können zwei radial einander gegenüber liegend angeordnete Hebel vorgesehen sein, die sich von der Antriebsaufnahme radial nach außen erstrecken. Vorzugsweise können die Hebel jeweils ein klauenartiges Profil mit einem mittlere radialen Schlitz aufweisen, in den der Aktuator beispielsweise mit einem axialen Vorsprung oder Pin eingreifen kann. Die Antriebsaufnahme kann somit auf eine H-förmige, sich senkrecht zur Welle erstreckende Platte mit den Hebeln aufgesetzt, vorzugsweise einstückig verbunden sein. Konstruktiv einfach können Antriebsaufnahme und Platte ein einziges Bauteil bilden, das vorzugsweise mittels Kunststoffspritzguss hergestellt ist.
Somit kann ein Drehwinkelanschlag gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen vorgesehen sein, der einen Drehwinkelbereich aufweist bzw. auf denselben einstellbar ist und der einen ordnungsgemäßen maximalen Drehwinkel zur Klappenbetätigung und einen zusätzlichen Toleranzwinkel mit einem ersten Toleranzbereich bezüglich einer messtechnischen Abweichung des Drehwinkelsensors, einem zweiten Toleranzbereich bezüglich sich auf den Drehwinkel der Welle auswirkenden mechanischer Toleranzen, wie infolge konstruktiver Abweichungen und/oder eines Verdrehwinkels der Welle infolge ihrer mechanischer Torsionsbelastung, und/oder einem dritten Toleranzbereich bezüglich einer Abweichung bei der Auslösung des Signals bei Detektierung der Funktionsstörung, umfasst.
Somit kann ein Verfahren zur OBD-konformen Erfassung einer Funktionstüchtigkeit eines eine Welle und mindestens ein auf der Welle drehfest angeordnetes Stellglied, wie Klappe, insbesondere Einlasskanalschaltungsklappe, Drallklappen oder Tumbleklappe, aufweisenden Klappensystems, aufweisenden Klappensystems in einem Saugrohr eines Motors mittels eines Detektiersystems gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen folgende Verfahrensschritte aufweisen:

• Verdrehen der Welle über den Drehwinkelbereich des Drehwinkelanschlag unter Erfassung der Verdrehung mittels des Drehwinkelsensors der Steuerungs- oder Regelvorrichtung und
• entweder Auslösen eines Signals zur Anzeige und/oder Registrierung einer ordnungsgemäßen Funktion des Klappensystems, wenn zum Ende des Drehwinkelbereiches im Bereich der Klappe vorgesehene Endanschläge wirksam werden, die ein reguläres Abschalten des Aktuators bewirken,
• oder Auslösen eines Signals zur Anzeige und/oder Registrierung einer Funktionsstörung, wenn mittels des Drehwinkelsensors eine Über- oder Unterschreitung des Drehwinkelbereiches registriert wird.

Mit dem Starten des Motors kann eine Überprüfung und eine Kalibrierung des Drehwinkelsensors im Zusammenspiel über den Drehwinkelbereich des Drehwinkelanschlags erfolgen, indem ein Spannungsverlauf über den Drehwinkel registriert wird, anhand dessen nachfolgend entsprechend inkremental ein am Drehwinkelsensor erfasster Spannungsabfall einem Drehwinkel zugeordnet wird.
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand einer in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsform des Detektiersystems näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

1 eine Längsschnittansicht eines Klappensystems mit einer Drehwinkelanschlag und Welle als Teile eines Detektiersystems in einem Saugrohr,
2 eine Ausschnittsvergrößerung gemäß dem Ausschnitt II in 1
3 eine perspektivische Ansicht des Drehwinkelanschlags mit eingesteckter Welle gemäß 1,
4 eine perspektivische Längsschnittansicht des Drehwinkelanschlags gemäß 1, ohne Welle,
5 eine Längsschnittansicht des Drehwinkelanschlages mit Welle gemäß 1,
6 eine gegenüber 3 um 90° gedrehte Längsschnittansicht des Drehwinkelanschlages mit Welle gemäß 1 und
7 eine perspektivische Draufsicht auf den Drehwinkelanschlag.

In den 1 und 2 wird in einer Längsschnittansicht bzw. in einem Ausschnitt desselben ein Klappensystem 1 mit integriertem Detektiersystem 2 zur OBD-konformen Erfassung einer Funktionstüchtigkeit des Klappensystems 1 in einem Saugrohr S eines hier nicht weiter dargestellten Verbrennungsmotors gezeigt. Das Klappensystem 1 weist hier vier drehfest auf der Welle 3 angeordnete Stellglieder auf, die als Klappen 4 ausgebildet sind. Die Welle 3 ist zur Dreheinstellung der Klappen 4 um eine Längsdrehachse 1 mittels eines an einem ersten Ende 5.1 der Welle 3 angreifenden Aktuators A mit integriertem Drehwinkelsensor in bestimmte Drehwinkelpositionen hinein drehbar. Der in dem Aktuator A integrierte Drehwinkelsensor ist in der Zeichnung nicht eigens dargestellt, da er beliebiger Bauart sein kann.
Die Welle 3 mündet zum Aktuator A hin in einen Kanal K des Saugrohres S ein. Aktuatoraufnahme 7 und Drehwinkelanschlag 8 sind auf der Welle 3 sitzend in dem Kanal K angeordnet.
Die Welle 3 ist mit einem das erste Ende 5.1 aufweisenden Endbereich 6 in einer mit dem Aktuator A kraftwirksam gekoppelten Aktuatoraufnahme 7 drehfest gelagert. Zwischen erstem Ende 5.1 der Welle 3 und einer in Richtung zum dem ersten Ende 5.1 gegenüber liegendem zweiten Ende 5.2 hin vorderen Klappe 4.1, hier zugleich unmittel angrenzend an der Aktuatoraufnahme 7, ist ein Drehwinkelanschlag 8 zur Drehbegrenzung der Welle 3 auf einem bestimmten Drehwinkelbereich 10 (7) ebenfalls drehfest auf der Welle 3 angeordnet. Aktuatoraufnahme 7 und Drehwinkelanschlag 8 weisen hierzu eine mittige Öffnung 9 auf, in die bzw. durch die die Welle 3 geführt ist. Zur drehfesten Lagerung der Aktuatoraufnahme 7 und des Drehwinkelanschlages 8 auf der Welle 3 weisen Welle 3 und Öffnung 9 aneinander angepasste rechtwinklige Querschnitte auf (2,3).
Der Drehwinkelanschlag 8 ist außerhalb des Aktuators A und damit beabstandet zu dem in dem Aktuator A integrierten Drehwinkelsensor angeordnet. Er dient als Referenzanschlag für den Drehwinkelsensor. Die Welle 3 ist aus Metall, hier aus Stahl, gefertigt und genügt somit den aktuellen Bestimmungen zur OBD-konformen Erfassung (OBD-II), gemäß denen die Welle 3 zwischen den Orten der Drehwinkelmessung, hier der Drehwinkelanschlag 8 und die Klappen 4, aus Metall gefertigt sein muss. Mit der Anordnung des Drehwinkelanschlages 8 auf der Welle 3 angrenzend an den Endbereich 6 der Welle 3 wird ein vorteilhaft einfacher Aufbau des Detektiersystems 2 erzielt. Ferner können hierdurch auftretende Toleranzen hinsichtlich einer Torsion der Welle 3 infolge einer Torsionsbelastung durch die Klappen 4 möglichst gering gehalten werden. Da der Drehwinkelsensor, wie weiter unten gezeigt, in das Detektiersystem 2 einbezogen wird und der Drehwinkelanschlag 8 als Referenzanschlag für den Drehwinkelsensor außerhalb des Aktuators A dient, muss zur OBD-konformen Erfassung lediglich der Drehwinkelanschlag 8 an sich zusätzlich vorgesehen sein. Zwar Bestandteil des Detektiersystems 2, aber hier nicht explizit gezeigt, ist eine Computer gestützte OBD-konforme Erfassung und Auswertung des Detektiersystems 2.
Die Funktionstüchtigkeit des Klappensystems 1 ist dann gegeben, wenn bei einer Überprüfung der Funktionstüchtigkeit ein zulässiger Drehwinkel zwischen dem Drehwinkelsensor und der Klappe 4 bzw. den Klappen 4 eingehalten wird. Damit der Drehwinkelanschlag 8 als zum Aktuator A außen liegender Referenzanschlag dienen kann, ist der Drehwinkelbereiches 10 des Drehwinkelanschlags 8 so eingestellt, dass er einem zulässigen Drehwinkel entspricht, der etwa an dem Ort gemessen würde, an dem der Drehwinkelanschlag 8 auf der Welle 3 angeordnet ist. Somit gilt äquivalent für die OBD-konforme Erfassung der Funktionstüchtigkeit des Klappensystems 1, dass eine Funktionsstörung dann diagnostiziert wird, wenn ein mittels des Drehwinkelgebers erfasster Drehwinkel größer oder kleiner bzw. wesentlich kleiner als der eines baulich vorgesehenen Drehwinkelbereiches 10 des Drehwinkelanschlags 8 ist. Werden somit bei der Überprüfung der Funktionstüchtigkeit des Klappensystems 1 die mechanischen (und/oder elektronischen) Anschläge des Drehwinkelgebers nicht oder erst nach größeren mittels des Drehwinkelgebers erfassten Drehwinkel erreicht, so kann davon ausgegangen werden, dass die Klappen 4 bei einem bestimmten vorgeschriebenen Wert des Drehwinkelgebers 8 nicht ordnungsgemäß schließen und/oder öffnen bzw. die Welle oder die Drehwinkelanschläge unzulässig tordiert wird oder sogar gebrochen ist/sind.
Der Drehwinkelanschlag 8 weist ein drehfest auf der Welle 3 angeordnetes Drehteil 11 mit der mittigen Öffnung 9 für die Welle 3 und ein fest mit einer Basis B verbundenem Gehäuse 12 auf. Der Drehwinkelanschlag 8 ist als rein mechanischer Anschlag mit hier zwei Anschlagspaaren 13 ausgebildet. Hierbei ist das Drehteil 11 radial innen zum Gehäuse 12 angeordnet. Der Aufbau des Drehwinkelanschlags 8 ist insgesamt koaxial und im Wesentlichen achsensymmetrisch. Das Drehteil 2 weist zwei sich radial nach außen erstreckende Anschläge 14 und das Gehäuse 12 zwei sich radial nach innen erstreckende Anschläge 14 auf, die jeweils diametral gegenüberliegend zur Öffnung 9 angeordnet sind. Wie insbesondere in den 3 und 7 ersichtlich, schlagen die Anschläge 14 in einer Anschlagsposition jeweils in umfänglicher Richtung aneinander an. Das Gehäuse 12 liegt radial außen innenseitig am Kanal K, welches zugleich eine einfache Dichtung des Saugrohres S an dieser Stelle gegenüber einer Umgebung U darstellt.
In der 7, einer Draufsicht auf den Drehwinkelanschlag 8, sind einzelne Winkelbereiche eingezeichnet, wobei diese jedoch exemplarisch zu sehen sind, da die Winkelbereiche von einer Reihe von Faktoren, wie Aufbau des Klappensystems, Wellenwerkstoff und Positionierung des Drehwinkelanschlages 8, bestimmt werden. Der Drehwinkelbereich 10 weist hier einen ordnungsgemäßen maximalen Drehwinkel β zur Klappenbetätigung sowie einen zusätzlichen Toleranzwinkel β_T auf. Der Toleranzwinkel β_T berücksichtigt verschiedene Toleranzbereiche, die sich nicht allein auf Abweichungen hinsichtlich des Drehwinkel der Welle 3, beispielsweise infolge konstruktiver Abweichungen und/oder einer mechanischen Torsionsbelastung der Welle 3, beziehen, sondern auch weitere Toleranzen bezüglich einer Abweichung der Auslösung des Signals bei Detektierung der Funktionsstörung und einer messtechnischen Abweichung des Drehwinkelsensors berücksichtigen.
Die Überprüfung der Funktionstüchtigkeit wird üblicherweise beim Anlassen und/oder Abschalten des Motors durchgeführt, indem der Aktuator 8 die Welle 3 und damit das Drehteil 11 mit den Anschlägen 14 aus einer mittleren Nullstellung, die in 7 mittels einer Strich-Punkt-Linie gekennzeichnet ist, nacheinander gegen beiden Anschläge 14 fährt. Daher ist der Toleranzwinkel ß_T hier jeweils als halber Toleranzwinkel ß_T/2 an beiden Seiten zu den Anschlägen 14 hin in 7 eingetragen.
Das Drehteil 11 übergreift radial außen teilweise die Aktuatoraufnahme 7 und wird hierdurch an derselben zentriert. Ferner ist ein Dichtungsring 15 vorgesehen, der das Gehäuse 12 gegenüber der Aktuatoraufnahme 7 abdichtet. Wegen der sackartigen und damit dichtenden Form der Öffnung 9 der Aktuatoraufnahme 7 ist hier keine weitere Abdichtung der Welle 3 notwenig. Der Aktuator 8 greift mit zwei axialen Vorsprüngen 16 (2) in radiale Schlitze 17 einer Kupplung 18 mit H-förmiger Platte 19 (7) an der Aktuatoraufnahme 7 an, wobei Kupplung 19 und Aktuatoraufnahme 7 ein einstückiges Kunststoff-Spritzgussteil bilden.
Wie insbesondere 6 entnehmbar, ist zur axialen Sicherung des Gehäuses 12 an dem Saugrohr S ein axiales Hakenpaar 20 mit einem ersten Haken 20.1 an dem Saugrohr S und einem zweiten Haken 20.2 an dem Gehäuse 12 vorgesehen. Die Haken 20.1, 20.2 werden mit dem Aufstecken des Drehwinkelanschlages 8 auf die Welle 3 und Einstecken derselben in die Öffnung 9 unter Drehung und/ oder Verschnappung ineinander verhakt, wobei die umfängliche Erstreckung und Anordnung der Haken 20.1, 20.2 so abgestimmt sind, dass die Haken 20.1, 20.2 zumindest über den Drehwinkelbereich 10 ineinander verhakt bleiben.
Bezugszeichenliste

1: Klappensystem
2: Detektiersystem
3: Welle
4: Klappe
4.1: vordere Klappe
5.1: erstes Ende
5.2: zweites Ende
6: Endbereich
7: Aktuatoraufnahme
8: Drehwinkelanschlag
9: Öffnung
10: Drehwinkelbereich
11: Drehteil
12: Gehäuse
13: Anschlagpaar
14: Anschlag
15: Dichtungsring
16: Vorsprung
17: Schlitz
18: Kupplung
19: Platte
20: Hakenpaar
20.1: erster Haken
20.2: zweiter Haken
1: Längsdrehachse
B: Basis
A: Aktuator
K: Kanal
S: Saugrohr
U: Umgebung
ß: Drehwinkel
ß_T: Toleranzwinkel

Claims

Detektiersystem (2) zur OBD-konformen Erfassung einer Funktionstüchtigkeit eines eine Welle (3) und mindestens ein auf der Welle (3) drehfest angeordnetes Stellglied, wie Klappe (4, 4.1), insbesondere Einlasskanalschaltungsklappe, Drallklappen oder Tumbleklappe, aufweisenden Klappensystems (1) in einem Saugrohr (S) eines Motors, wobei die Welle (3) zu einer Drehanstellung der Klappe (4, 4.1) um eine Längsdrehachse (1) mittels eines an einem ersten Ende (5.1) der Welle (3) angreifenden Aktuators (A) mit integriertem Drehwinkelsensor in bestimmte Drehwinkelpositionen hinein drehbar ist, wobei zur Drehbegrenzung der Welle (3) auf einen bestimmten Drehwinkelbereich (10) ein Drehwinkelanschlag (8) vorgesehen ist, der in einem Bereich zwischen dem ersten Ende (5.1) der Welle (3) und der in Richtung von dem ersten Ende (5.1) zu einem dem ersten Ende (5.1) gegenüberliegenden zweiten Ende (5.2) der Welle (3) hin vorderen Klappe (4.1) anschlagswirksam mit der Welle (3) gekoppelt ist dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkelanschlag (8) unmittelbar anschließend an der Aktuatoraufnahme (7) auf der Welle (3) aufgesteckt angeordnet ist.
Detektiersystem (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkelbereich (10) des Drehwinkelanschlages (8) einen ordnungsgemäßen maximalen Drehwinkel (ß) zur Klappenbetätigung sowie einen zusätzlichen Toleranzwinkel (ß_T) aufweist, wobei der Toleranzwinkel einen ersten Toleranzbereich bezüglich einer messtechnischen Abweichung des Drehwinkelsensors, einen zweiten Toleranzbereich bezüglich sich auf den Drehwinkel der Welle (3) auswirkender mechanischer Toleranzen, wie infolge konstruktiver Abweichungen und/oder eines Drehwinkels der Welle (3) infolge ihrer mechanischer Torsionsbelastung, sowie/oder einen dritten Toleranzbereich bezüglich einer Abweichung bei der Auslösung des Signals bei Detektierung der Funktionsstörung, aufweist.
Detektiersystem (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (3) mit einem das erste Ende (5.1) aufweisenden Endbereich (6) in einer mit dem Aktuator kraftwirksam gekoppelten Aktuatoraufnahme (7) drehfest gelagert ist und dass der Drehwinkelanschlag (8) höchstens in einem geringen axialen Abstand zur Aktuatoraufnahme (7) anschlagswirksam mit der Welle (3) gekoppelt ist.
Detektiersystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkelanschlag (8) als mechanischer Anschlag mit einem auf der Welle (3) drehfest anordenbaren Drehteil (11) mit mittiger Öffnung (9) und einem zum Drehteil (11) koaxialen an einer Basis (B) des Saugrohres (S) festlegbaren Gehäuse (12), wobei eine relative Drehbewegung von Drehteil (11) und Gehäuse (12) über ein Anschlagpaar (13) begrenzt wird, dessen einer Anschlag (14) an dem Drehteil (11) und dessen anderer Anschlag (14) an dem Gehäuse (12) angeordnet sind.
Detektiersystem (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkelanschlag (8) zumindest im Wesentlichen achsensymmetrisch zu der Öffnung (9) ausgebildet ist.
Detektiersystem (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, das s das Drehteil (11) radial innen mit einem außenseitigen sich radial nach außen erstreckenden Anschlag (14) und das Gehäuse (12) radial außen mit einem innenseitigen sich radial nach innen erstreckenden Anschlag (14) angeordnet sind und dass die Anschläge (14) in einer Anschlagsposition jeweils an einer umfänglichen Seite aneinander anschlagen.
Detektiersystem (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Anschlagpaare (13) vorgesehen sind, deren Anschläge (14) am Drehteil (11) sowie am Gehäuse (12) jeweils radial einander gegenüber liegend angeordnet sind.
Detektiersystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (3) vollständig aus Metall oder Stahl und/oder der Drehwinkelanschlag (8) aus Kunststoff gefertigt sind.
Drehwinkelanschlag (8) für ein Detektiersystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das zur OBD-konformen Erfassung einer Funktionstüchtigkeit eines eine Welle (3) und mindestens eine auf der Welle (3) drehfest angeordneten Klappe (4, 4.1) aufweisenden Klappensystems (1) in einem Saugrohr (S) eines Motors vorgesehen ist, wobei die Welle (3) zu einer Drehanstellung der Klappe (4, 4.1) um eine Längsdrehachse mittels eines an einem ersten Ende (5.1) der Welle (3) angreifenden Aktuators und einer Steuerungs- oder Regelvorrichtung mit einem Drehwinkelsensor in bestimmte Drehwinkelpositionen hinein drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Drehwinkelbereich (10) aufweist bzw. auf denselben einstellbar ist, der einen ordnungsgemäßen maximalen Drehwinkel (ß) zur Klappenbetätigung und einen zusätzlichen Toleranzwinkel (ß_T) mit einem ersten Toleranzbereich bezüglich einer messtechnischen Abweichung des Drehwinkelsensors, einem zweiten Toleranzbereich bezüglich sich auf den Drehwinkel (ß) der Welle (3) auswirkenden mechanischer Toleranzen, wie infolge konstruktiver Abweichungen und/oder eines Verdrehwinkels der Welle (3) infolge ihrer mechanischer Torsionsbelastung, und/oder einem dritten Toleranzbereich bezüglich einer Abweichung bei der Auslösung des Signals bei Detektierung der Funktionsstörung, umfasst.
Verfahren zur OBD-konformen Erfassung einer Funktionstüchtigkeit eines eine Welle (3) und mindestens ein auf der Welle (3) drehfest angeordnetes Stellglied, wie Klappe (4, 4.1), insbesondere Einlasskanalschaltungsklappe, Drallklappen oder Tumbleklappe, aufweisenden Klappensystems (1) in einem Saugrohr (S) eines Motors mittels eines Detektiersystems (2) gemäß einer der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Welle (3) zu einer Drehanstellung der Klappe (4, 4.1) um eine Längsdrehachse (1) mittels eines an einem ersten Ende (5.1) der Welle (3) angreifenden Aktuators (A) mit integriertem Drehwinkelsensor in bestimmte Drehwinkelpositionen hinein drehbar ist, zur Drehbegrenzung der Welle (3) auf einen bestimmten Drehwinkelbereich (10) ein Drehwinkelanschlag (8) vorgesehen ist, der in einem Bereich zwischen dem ersten Ende (5.1) und in Richtung von dem ersten Ende (5.1) zu einem dem ersten Ende (5.1) gegenüberliegenden zweiten Ende (5.2) der Welle (3) vordere Klappe (4.1) anschlagswirksam mit der Welle (3) gekoppelt ist, mit den Verfahrensschritten: • Verdrehen der Welle (3) über den Drehwinkelbereich (10) des Drehwinkelanschlags (8) unter Erfassung der Verdrehung mittels des Drehwinkelsensors und • entweder Auslösen eines Signals zur Anzeige und/oder Registrierung einer Funktionstüchtigkeit des Klappensystems (1), wenn zum Ende des Drehwinkelbereiches (10) im Bereich der Klappe (4, 4.1) vorgesehene Endanschläge wirksam werden, die ein reguläres Abschalten des Aktuators (A) bewirken • oder Auslösen eines Signals zur Anzeige und/oder Registrierung einer Funktionsstörung des Klappensystems (1), wenn mittels des Drehwinkelsensors eine Über- und/oder Unterschreitung des Drehwinkelbereiches (10) registriert wird.