DE102013225629B3

DE102013225629B3 - Luftleitsystem mit integrierter Diagnoseeinrichtung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102013225629B3
Application number: DE201310225629
Authority: DE
Inventors: Domenico Solazzo
Original assignee: Roechling Automotive AG and Co KG
Current assignee: Roechling Automotive Se De
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2015-04-02
Anticipated expiration: 2033-12-12
Also published as: US20150159541A1; US9810138B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Luftleitsystem (10) mit integrierter Diagnoseeinrichtung (26) für ein Kraftfahrzeug, umfassend: eine Trägerstruktur (12), eine Luftdurchsatzöffnung (14), eine verstellbar an der Trägerstruktur (12) angebrachte Verschlusselement-Anordnung (16) mit einem oder mehreren Verschlusselementen (18), eine Antriebseinrichtung (22) zu Verstellung der Verschlusselement-Anordnung (16) in einer Verstellbewegung, eine Diagnoseeinrichtung (26) zur Erfassung von Informationen über einen Zustand der Verschlusselement-Anordnung (16) eine Schnittstelle (28) zur Übertragung von Daten wenigstens von der Diagnoseeinrichtung (26) zu einem weiteren Gerät, wobei das Luftleitsystem (10) weiter für wenigstens ein Verschlusselement (18) der Verschlusselement-Anordnung (16) ein diesem zugeordnetes Widerstandselement (24) umfasst, welches dazu ausgebildet ist, das zur Verstellung der Verschlusselement-Anordnung (16) erforderliche Drehmoment oder eine hierzu erforderliche Kraft in einer vorgegebenen Phase der Verstellbewegung vorübergehend zu verändern, wobei die Diagnoseeinrichtung (26) als Informationen über den Zustand der Verschlusselement-Anordnung (16) wenigstens eine Betriebsgröße der Antriebseinrichtung (22) erfasst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Luftleitsystem mit integrierter Diagnoseeinrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Trägerstruktur, eine Luftdurchsatzöffnung, eine zur Variation des Strömungsquerschnitts der Luftdurchsatzöffnung wenigstens zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung verstellbar an der Trägerstruktur angebrachte Verschlusselement-Anordnung mit einem oder mehreren Verschlusselementen, eine Antriebseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, die Verschlusselement-Anordnung in einer Verstellbewegung wenigstens zwischen der Schließstellung und der Öffnungsstellung zu verstellen, eine Diagnoseeinrichtung, die dazu ausgebildet ist, Informationen über einen Zustand der Verschlusselement-Anordnung zu erfassen, und eine Schnittstelle zur Übertragung von Daten wenigstens von der Diagnoseeinrichtung zu einer weiteren Einrichtung, welche ein externes, etwa im Kraftfahrzeug vorgesehenes, oder auch ein zum Luftleitsystem selbst gehörendes internes Gerät sein kann.
Ein gattungsgemäßes Luftleitsystem ist beispielsweise in den Druckschriften DE 10 2011 116 394 A1 und DE 10 2006 028 634 A1 offenbart.
Aus der Druckschrift DE 10 2012 103 464 A1 ist ein Stellantrieb für eine Luftdurchlassvorrichtung für eine Motorkühlung eines Fahrzeugs bekannt, welcher einen Antriebsmotor zur Verstellung der Luftdurchlassvorrichtung und eine Steuereinheit zur Steuerung des Antriebsmotors aufweist. In der Steuereinheit sind Betriebsparameter für einen ersten Betriebsmotor des Antriebsmotors hinterlegt, um die Luftdurchlassvorrichtung bestimmungsgemäß zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung zu verstellen. Dabei ist vorgesehen, dass die Steuereinheit dazu eingerichtet und vorgesehen ist, mindestens eine Betriebsgröße des Antriebsmotors während einer Verstellung der Luftdurchlassvorrichtung zu erfassen und dahingehend auszuwerten, ob ein bestimmter Betriebszustand der Luftdurchlassvorrichtung vorliegt. Wenn dieser vorliegt, betreibt die Steuereinheit den Antriebsmotor für zumindest eine nachfolgende Verstellung der Luftdurchlassvorrichtung in mindestens einen weiteren Betriebsmodus, in dem zu dem ersten Betriebsmodus unterschiedliche Betriebsparameter zur Steuerung des Antriebsmotors vorgesehen sind.
Aus der Druckschrift DE 10 2005 040 290 A1 ist ein weiterer Antrieb zum Verstellen von Luftklappen für die Zuführung von Luft in Kraftfahrzeugen offenbart. Der aus der letztgenannten Druckschrift offenbarte Antrieb weist einen in einem Gehäuse aufgenommenen Antriebsmotor und ein Untersetzungsgetriebe auf. Das Gehäuse besteht dabei aus drei Gehäuseteilen, wobei des zweite Gehäuseteil an seiner einen oberen Seite eine Aufnahmevertiefung für die Einsetzung der Getriebeteile von oben her und an seiner anderen, entgegengesetzten unteren Seite einen Hohlraum für die Einsetzung des Antriebsmotors von unten her aufweist. Die Getriebeteile werden von einem ersten Gehäuseteil, das mit dem zweiten Gehäuseteil verklipst wird, festgelegt, und der Antriebsmotor wird von einem dritten Gehäuseteil, das gleichfalls mit dem zweiten Gehäuseteil verklipst wird, abgedeckt. Das Statorpaket des Antriebsmotors kann direkt in dem Hohlraum aufgenommen und am zweiten Gehäuseteil fixiert sein, wobei dann der Rotor das Statorpaket glockenartig übergreift.
In Kraftfahrzeugen werden verbreitet Diagnosesysteme (sogenannte On-Board-Diagnose-Systeme, kurz OBD-Systeme) eingesetzt, um den Betrieb verschiedener Steuergeräte laufend zu überwachen, insbesondere solcher Geräte, die die Abgas-Emissionen des Kraftfahrzeugs beeinflussen.
Luftleitsysteme regulieren die Betriebstemperatur wesentlicher Bestandteile eines Kraftfahrzeugs, insbesondere des Motors. Ihre Funktionstüchtigkeit ist also sowohl für die Betriebssicherheit wie auch für den Kraftstoffverbrauch und das Abgasverhalten des Kraftfahrzeugs relevant.
Daher werden im Stand der Technik Luftleitsysteme mit integrierter Diagnoseeinrichtung eingesetzt, wobei die Diagnoseeinrichtung dazu ausgebildet ist, eine Rückmeldung, etwa an ein OBD-System, darüber abzugeben, ob das Luftleitsystem bestimmungsgemäß arbeitet.
Das in der DE 10 2011 116 394 A1 beschriebene, gattungsgemäße Luftleitsystem dient zur Steuerung einer Luftströmung durch eine Kühlergrillöffnung eines Kraftfahrzeugs und umfasst eine Verschlusselement-Anordnung aus mehreren Luftklappen als Verschlusselementen. Die Verstellbewegung der Luftklappen wird über einen Leitregler geregelt, wobei ein untergeordneter Prozessor als Diagnoseeinrichtung fungiert und eine Rückmeldung über den aktuellen Zustand der Luftklappen an den Leitregler ausgibt, etwa darüber, ob diese sich geöffnet oder geschlossen haben.
Um eine solche Rückmeldung zu erzeugen, werden im Stand der Technik Sensoren eingesetzt, im Fall von schwenkbaren Luftklappen etwa Hall-Sensoren oder Potentiometer, wie aus der DE 10 2006 028 634 A1 bekannt.
Derartige Sensoren benötigen Bauraum, sie müssen mit Energie versorgt werden und erhöhen den Montageaufwand wie auch die Fehleranfälligkeit und nicht zuletzt die Kosten des Luftleitsystems.
Besonders relevant ist dies in dem Fall, in dem die Verschlusselement-Anordnung mehrere, über eine Verbindungsstruktur gemeinsam bewegbare Verschlusselemente umfasst.
Im Betrieb des Kraftfahrzeugs kann es vorkommen, dass sich bei einem Verschlusselement die Kopplung mit der Verbindungsstruktur löst, etwa durch Materialbruch, wenn die Verstellbewegung eines Verschlusselements beispielsweise durch einen Fremdkörper im Luftleitsystem blockiert wird.
Um zu überprüfen, ob ein solches Luftleitsystem ordnungsgemäß funktioniert, sich also alle Luftklappen gemäß den Steuerbefehlen verstellen lassen, ist es nicht ausreichend, die Stellung der Antriebseinrichtung zu überprüfen, sondern vielmehr muss der Zustand jeder einzelnen Luftklappe durch einen gesonderten Sensor erfasst werden, was aus den vorstehend erwähnten Gründen das Luftleitsystem technisch kompliziert, fehleranfällig und teuer macht.
Vor dem Hintergrund dieses Standes der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, das aus dem Stand der Technik bekannte Luftleitsystem zu vereinfachen und dabei eine zuverlässige Kontrolle von dessen Funktionsfähigkeit sicherzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das gattungsgemäße Luftleitsystem weiter für wenigstens ein Verschlusselement der Verschlusselement-Anordnung ein diesem Verschlusselement zugeordnetes Widerstandselement umfasst, welches dazu ausgebildet ist, das zur Verstellung der Verschlusselement-Anordnung erforderliche Drehmoment oder eine hierzu erforderliche Kraft in einer vorgegebenen Phase der Verstellbewegung aufgrund einer Wechselwirkung zwischen dem Verschlusselement und dem zugeordneten Widerstandselement vorübergehend zu verändern, üblicherweise zu erhöhen, wobei die Diagnoseeinrichtung dazu ausgebildet ist, als Informationen über den Zustand der Verschlusselement-Anordnung wenigstens eine Betriebsgröße der Antriebseinrichtung zu erfassen.
Die vorübergehende Änderung des für die Verstellbewegung erforderlichen Drehmoments bzw. der dazu erforderlichen Kraft kann sich, je nachdem, wie die Antriebseinrichtung gesteuert bzw. geregelt wird, in unterschiedlicher Weise in deren Betriebsgrößen widerspiegeln, bei einem auf eine konstante Drehzahl geregelten Gleichstrommotor etwa in einer vorübergehenden Änderung der Stromaufnahme. Durch Erfassung einer geeigneten Betriebsgröße der Antriebseinrichtung können also Rückschlüsse über das erforderliche Drehmoment bzw. die erforderliche Kraft gezogen werden.
Die Erfassung einer zu erwartenden vorübergehenden Änderung des Drehmoments bzw. der Kraft durch die Diagnoseeinrichtung in einer bestimmten Phase der Verstellbewegung kann als Anzeichen dafür gewertet werden, dass das betreffende Verschlusselement, welches in dieser Phase durch das zugeordnete Widerstandselement beeinflusst wird, die gewünschte Verstellbewegung durchführt, also ordnungsgemäß funktioniert.
Bleibt die in einer bestimmten Phase zu erwartende Veränderung des Drehmoments bzw. der Kraft jedoch aus, kann geschlossen werden, dass das zugehörige Verschlusselement die Verstellbewegung entweder nicht ausführt, oder dass das entsprechende Widerstandselement defekt (etwa abgebrochen) ist. In diesem Fall kann ein Fehlersignal erzeugt werden, um eine Überprüfung des Luftleitsystems durch den Fahrer oder eine Werkstatt zu veranlassen, etwa indem eine Warnleuchte am Armaturenbrett des Kraftfahrzeugs aufleuchtet.
Bei dem Widerstandselement kann es sich um ein strukturell sehr einfaches, passives Bauteil handeln, welches kostengünstig im Hinblick auf Herstellung und Montage ist und nicht mit Energie versorgt werden muss, so dass zu dem Widerstandselement hin führende Versorgungs- oder Signalleitungen entbehrlich sind und die Struktur des Luftleitsystems deutlich vereinfacht werden kann.
Wenn die Verschlusselement-Anordnung mehrere Verschlusselemente umfasst, ist bevorzugt vorgesehen, dass das Luftleitsystem weiter für jedes Verschlusselement der Verschlusselement-Anordnung ein nur diesem Verschlusselement zugeordnetes Widerstandselement umfasst, wobei die Widerstandselemente jeweils dazu ausgebildet sind, das zur Verstellung der Verschlusselement-Anordnung erforderliche Drehmoment oder die dazu erforderliche Kraft in jeweils verschiedenen vorgegebenen Phasen der Verstellbewegung vorübergehend zu verändern.
Auf diese Weise kann, durch Erfassung der verschiedenen vorübergehenden Änderungen des Drehmoments bzw. deren Ausbleiben durch die Diagnoseeinrichtung auf sehr einfache Weise bestimmt werden, ob alle Verschlusselemente ordnungsgemäß funktionieren, und ein defektes Verschlusselement kann anhand der Phase der Verstellbewegung identifiziert werden, in welcher die normalerweise zu erwartende Änderung im Drehmoment oder der Kraft ausbleibt.
Eine besonders einfache Unterscheidung der verschiedenen Verschlusselemente kann dadurch gewährleistet werden, dass die verschiedenen vorgegebenen Phasen paarweise disjunkt sind.
Alternativ oder ergänzend kann zu dem gleichen Zweck vorgesehen sein, dass unterschiedlichen Verschlusselementen zugeordnete Widerstandselemente das in den jeweiligen Phasen aufzubringende Drehmoment bzw. die aufzubringende Kraft unterschiedlich stark verändern.
Das erfindungsgemäße Luftleitsystem lässt sich insbesondere dann vorteilhaft einsetzen, wenn mehrere, vorzugsweise alle Verschlusselemente der Verschlusselement-Anordnung über eine Verbindungsstruktur, etwa einen Verbindungssteg, zur gemeinsamen Verstellbewegung gekoppelt sind, und die Antriebseinrichtung einen einzelnen, mit der Verbindungsstruktur gekoppelten Stellantrieb umfasst.
In diesem Fall kann das Luftleitsystem selbst durch Überwachung der Betriebsgröße der Antriebseinrichtung prüfen, ob noch alle Verschlusselemente mit der Verbindungsstruktur gekoppelt sind und kann ein ggf. defektes Verschlusselement identifizieren, ohne dass jedes einzelne Verschlusselement mit einem separaten Sensor überwacht werden muss.
Hierbei kann der Stellantrieb direkt mit der Verbindungsstruktur bewegungsübertragend gekoppelt sein, er kann jedoch auch direkt mit einem der Verschlusselemente gekoppelt sein, wobei die Kopplung der verschiedenen Verschlusselemente dann über den Verbindungssteg erfolgt.
Auch soll auch nicht ausgeschlossen sein, dass die Verschlusselement-Anordnung mehrere Gruppen von Verschlusselementen umfasst, wobei die Verschlusselemente einer jeden Gruppe zur gemeinsamen Verstellbewegung gekoppelt sind, und die Antriebseinrichtung für jede Gruppe einen gesonderten Stellantrieb umfasst. In diesem Fall wird bevorzugt eine geeigneten Betriebsgröße von jedem Stellantrieb durch die Diagnoseeinrichtung erfasst.
Weiterhin kann vorgesehen sein, die Widerstandselemente so anzuordnen, dass die letzte der vorgegebenen Phasen der Verstellbewegung von der Öffnungsstellung in die Schließstellung in der letzten Hälfte, vorzugsweise im letzten Viertel der Dauer der gesamten Verstellbewegung von der Öffnungsstellung in die Schließstellung beginnt.
Das Auftreten der zu erwartenden vorübergehenden Änderung des Drehmoments bzw. der Kraft in der letzten vorgegebenen Phase kann damit als Anzeichen dafür eingesetzt werden, dass die Verschlusselement-Anordnung bald die Schließstellung erreichen wird.
In Reaktion hierauf kann zum Beispiel die Drehzahl eines als Antriebseinrichtung fungierenden Motors reduziert werden. Insbesondere dann, wenn das Luftleitsystem einen Endanschlag in der Schließstellung besitzt, wird so ein weiches, kontrolliertes Anfahren der Schließstellung erreicht, und dadurch können Antrieb und Anschläge geschont werden.
Entsprechend kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass die letzte der vorgegebenen Phasen der Verstellbewegung von der Schließstellung in die Öffnungsstellung in der letzten Hälfte, vorzugsweise im letzten Viertel der Dauer der gesamten Verstellbewegung von der Schließstellung in die Öffnungsstellung beginnt.
Konstruktiv können die Widerstandselemente besonders einfach dadurch realisiert sein, dass das Widerstandselement oder jedes von mehreren, bevorzugt jedes der Widerstandselemente in Form eines in den Verstellweg des zugehörigen Verschlusselements hineinragenden Vorsprungs aus einem elastischen Material ausgebildet ist, vorzugsweise aus Gummi.
Auf seiner Verstellbewegung lenkt das Verschlusselement das zugeordnete Widerstandselement in einer durch die Positionen des Widerstandselements vorgegebenen Phase der Verstellbewegung vorübergehend elastisch aus, wodurch das erforderliche Drehmoment bzw. die erforderliche Kraft zur Verstellung der Verschlusselement-Anordnung in dieser Phase vorübergehend erhöht wird. Über das Material, die Form und die Größe der Vorsprünge kann das Ausmaß dieser vorübergehenden Drehmoment- bzw. Kraft-Erhöhung beeinflusst werden.
Grundsätzlich sollen jedoch auch andere Ausführungsformen der Widerstandselemente nicht ausgeschlossen sein, etwa als Feder-Elemente.
Zur Vermeidung unerwünschter Luftverwirbelungen und nicht zuletzt um den optischen Gesamteindruck des Luftleitsystems insbesondere beim Einsatz im Kühlergrill-Bereich nicht zu beeinträchtigen, kann vorgesehen sein, dass das Widerstandselement oder jedes von mehreren Widerstandselementen, vorzugsweise jedes der Widerstandselemente so angeordnet ist, dass es wenigstens in der Schließstellung der Verschlusselement-Anordnung bei Betrachtung des Luftleitsystems in einer Anströmungsrichtung im Betriebszustand des in ein Kraftfahrzeug eingebauten Luftleitsystems nicht sichtbar ist, etwa durch das zugeordnete Verschlusselement oder auch die Trägerstruktur verdeckt ist.
Als Antriebseinrichtung kann beispielsweise ein Gleichstrommotor eingesetzt werden, insbesondere ein bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC-Motor), vorzugsweise eine permanent erregter BLDC-Motor, der besonders bevorzugt sensorlos geregelt ist (zum Beispiel über die Gegen-EMK).
Hierbei kann die Diagnoseeinrichtung als die Betriebsgröße der Antriebseinrichtung eine Stromaufnahme erfassen, etwa die Stärke des Ankerstroms.
Grundsätzlich soll nicht ausgeschlossen sein, dass die Diagnoseeinrichtung laufend den jeweils aktuellen Wert der erfassten Betriebsgröße an die Schnittstelle abgibt.
Zur Entlastung eines zentralen Überwachungssystems (etwa eines OBD-Systems) ist jedoch vorgesehen, dass die Diagnoseeinrichtung dazu ausgebildet ist, die Betriebsgröße der Antriebseinrichtung als Funktion der Zeit zu erfassen und aus dem Verlauf dieser Funktion Informationen über den Zustand der Verschlusselement-Anordnung, insbesondere den Zustand der einzelnen Verschlusselemente abzuleiten und an die Schnittstelle zu übertragen.
Hierzu kann ein entsprechend programmierter Schaltkreis an der Diagnoseeinrichtung vorgesehen sein. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Diagnoseeinrichtung auf Anfrage bzw. in regelmäßigen Zeitabständen oder bei bestimmten Gelegenheiten (etwa nach dem Einschalten der Zündung in einem Geschwindigkeitsbereich von z. B. 0–40 km/h) ein Signal an die Schnittstelle abgibt, welches Informationen darüber liefert, ob die Verschlusselemente funktionieren, und welches der Verschlusselemente gegebenenfalls nicht funktioniert.
Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist die Schnittstelle dazu ausgebildet, mit einem OBD-System des Kraftfahrzeugs zusammenzuarbeiten. Hierzu muss die Schnittstelle entsprechend den für das OBD-System geltenden Normen angepasst sein.
Nachfolgend wird die vorstehend erläuterte Erfindung anhand von ausgewählten Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den beigefügten Figuren illustriert sind.
1 zeigt in den Teilabbildungen a), b) und c) verschiedene Ansichten eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Luftleitsystems, wobei Teilabbildung a) eine Draufsicht auf die Rückseite des Luftleitsystems zeigt, Teilabbildung b) eine Schnittansicht des Gegenstands von Teilabbildung a) in der dort mit B-B bezeichneten Schnittebene zeigt, und Teilabbildung c) eine Schnittansicht des Gegenstands von Teilabbildung a) in der dort mit C-C bezeichneten Schnittebene zeigt.
2 zeigt den Gegenstand von 1c) in den Teilabbildungen a) bis c) in verschiedenen Stadien der Verstellbewegung, und
3 zeigt das Drehmoment bzw. die Stromaufnahme der Antriebseinrichtung als Funktion der Zeit für ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Luftleitsystems mit fünf Verschlusselementen.
Bei allen Figuren handelt es sich um stark vereinfachte Schemazeichnungen, die das Prinzip der Erfindung veranschaulichen sollen und insbesondere nicht maßstäblich zu verstehen sind. Um die Figuren nicht zu überfrachten sind nicht in allen Figuren alle Bestandteile mit Bezugszeichen versehen, insbesondere dann, wenn der dargestellte Gegenstand mehrere gleichartige Bestandteile umfasst.
1a) zeigt eine Aufsicht auf eine Rückseite eines ersten Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Luftleitsystem 10.
Dabei ist die der dargestellten Rückseite gegenüberliegende Vorderseite diejenige Seite des Luftleitsystems, die dann, wenn das Luftleitsystem 10 in ein Kraftfahrzeug eingebaut ist, im Betrieb des Kraftfahrzeugs angeströmt wird. Beim Einsatz in einem Kühlergrill ist die in 1a) dargestellte Rückseite diejenige Seite, die im eingebauten Zustand dem Innenraum eines in den Figuren nicht dargestellten Kraftfahrzeugs zugewandt ist.
Das Luftleitsystem 10 umfasst, wie in 1a) gezeigt, eine Trägerstruktur 12 und eine Luftdurchsatzöffnung 14, deren Strömungsquerschnitt durch eine verstellbar an der Trägerstruktur 12 angebrachte Verschlusselement-Anordnung 16 variiert werden kann.
Diese umfasst im dargestellten Beispiel drei Verschlusselemente 18, bei welchen es sich hier um Luftklappen 20 handelt, die jeweils um eine Klappenachse 20a schwenkbar an der Trägerstruktur 12 angebracht sein können.
Die Verstellbewegung der Verschlusselemente 18 wird über einen hier nur schematisch dargestellten Aktuator als Antriebseinrichtung 22 angetrieben, der beispielsweise als ein sensorlos auf eine bestimmte Drehzahl (z. B. 2400 rpm) geregelter BLDC-Motor ausgebildet sein kann.
Zur Erzeugung der gewünschten Verstellbewegung kann weiter ein hier nicht dargestelltes Getriebe zwischen der Abtriebswelle des Motors und dem damit gekoppelten Verschlusselement 18 (hier der obersten Luftklappe 20) vorgesehen sein.
Eine Diagnoseeinrichtung 26 ist im vorliegenden Beispiel dazu ausgebildet, eine Stromaufnahme als Betriebsgröße der Antriebseinrichtung 22 zu erfassen, und kann über eine Schnittstelle 28 in Kommunikationsverbindung mit einem weiteren Gerät, etwa einem Steuer- oder Regelgerät für die Antriebseinrichtung 22 oder/und einem OBD-System des Kraftfahrzeugs gebracht werden.
Die Verschlusselemente 18 der Verschlusselement-Anordnung 16 können über eine Verbindungsstruktur 23 zur gemeinsamen Verstellbewegung gekoppelt sein.
Wie in der Schnittansicht aus 1b) gezeigt, kann die Verbindungsstruktur 23 beispielsweise einen Verbindungssteg 25 umfassen, an welchem drehfest mit Achszapfen 20b der Luftklappen 20 verbundene Kurbel-Elemente 21 um jeweilige Achsen 21a drehbar gelagert sind, die parallel zu den Klappenachsen 20a verlaufen.
Wesentlich für die vorliegende Erfindung sind die Widerstandselemente 24, die im dargestellten Beispiel als an der Trägerstruktur 12 vorgesehene elastische Vorsprünge (etwa aus Gummi) ausgebildet sind, die in die Luftdurchsatzöffnung 14 und in den Verstellweg der jeweiligen Verschlusselemente 18 hineinragen.
Dabei ist im vorliegenden Fall jeweils ein Paar von gegenüberliegenden Vorsprüngen als Widerstandselement 24 einem bestimmten Verschlusselement 18 zugeordnet, in dessen Verstellweg die Vorsprünge hineinragen.
Grundsätzlich ist es auch möglich, jeweils nur einen Vorsprung als Widerstandselement einzusetzen. Bei der vorliegenden Anordnung von um ihre Längsachse schwenkbaren Luftklappen 20 ist es jedoch vorteilhaft, zwei Vorsprünge im Bereich der beiden gegenüberliegenden Längsenden der jeweiligen Luftklappe 20 vorzusehen, um ein unerwünschtes Verwinden der Luftklappe 20 um ihre Längsachse im Betrieb zu vermeiden.
Die Widerstandselemente 24 sind genauer in der Schnittdarstellung der Teilabbildung 1c) zu erkennen. Aus dieser Ansicht wird noch deutlicher als aus der Draufsicht aus Teilabbildung a), dass die Widerstandselemente 24 jeweils an verschiedenen Stellen des Verstellwegs der zugehörigen Luftklappe 20 in diesen hineinragen, so dass die einzelnen Luftklappen 20 die zugehörigen Widerstandselemente 24 (Gummi-Stopps) nacheinander „überfahren”, was nachfolgend unter Bezugnahme auf die 2 und 3 noch genauer erläutert werden wird.
2a) entspricht 1c), wobei in 2 zusätzlich zu den in 1 verwendeten Bezugszeichen die obere Luftklappe 20.1, die mittlere Luftklappe 20.2 und die untere Luftklappe 20.3 wie auch die zugeordneten Widerstandselemente 24.1, 24.2, 24.3 durch verschiedene zusätzliche Bezugszeichen unterschieden werden.
Weiterhin sind in 2a) zusätzlich die Verstell-Winkel α₁, α₂ und α₃ eingetragen, unter welchen die Verschlusselemente 18 die jeweils zugeordneten Widerstandselemente 24 erreichen. Das Bezugssystem wurde dabei so gewählt, dass ein Verstell-Winkel von 0° der in Teilabbildung a) dargestellten Schließstellung entspricht, ein Verstell-Winkel von etwa 90° im Uhrzeigersinn (Öffnungsrichtung O) aus der Schließstellung der in Teilabbildung c) dargestellten Öffnungsstellung. In der Schließstellung können wenigstens einige der Verschlusselemente 18 an Endanschlägen 12a anliegen, die im vorliegenden Beispiel an der Trägerstruktur 12 vorgesehen sind.
Wie in 2a) gezeigt, sind die Widerstandselemente 24 so an der Trägerstruktur 12 angeordnet, dass im vorliegenden Beispiel die oberste der dargestellten Luftklappen 20.1 bei einem Verstell-Winkel α₁ von etwa 20° aus der in a) dargestellten Schließstellung heraus das zugehörige Widerstandselement 24.1 erreicht. Die mittlere Luftklappe 20.2 erreicht bei einem Verstell-Winkel α₂ von etwa 40° das zugehörige Widerstandselement 24.2 (welches daher in Teilabbildung b) nicht zu sehen ist) und die unterste Luftklappe 20.3 erreicht bei einem Verstell-Winkel α₃ von etwa 60° das zugeordnete Widerstandselement 24.3.
Die Widerstandselemente 24 sind bevorzugt so elastisch, dass sie die Verstellbewegung nicht wesentlich behindern sondern aufgrund ihrer vorübergehenden, elastischen Auslenkung durch die zugehörigen Verschlusselemente nur zu einer geringfügigen, vorübergehenden Erhöhung des von der Antriebseinrichtung 22 aufzubringenden Drehmoments führen (beispielsweise um etwa 0,1 Nm).
Dies zeigt sich in einem lokalen Maximum der Stromaufnahme (Stromimpuls) der Antriebseinrichtung 22, die von der Diagnoseeinrichtung 26 erfasst und an die Schnittstelle 28 zum Datenaustausch mit einer weiteren Einrichtung wie einem externen Steuergerät, insbesondere einem OBD-System des Kraftfahrzeugs weitergegeben werden kann.
3 zeigt für ein weiteres Ausführungsbeispiel, welches ähnlich wie das in den 1 und 2 dargestellte erste Ausführungsbeispiel aufgebaut sein kann, jedoch im Unterschied zu diesem fünf Verschlusselemente umfasst, das Drehmoment bzw. die Stromaufnahme der Antriebseinrichtung als Funktion der Zeit für eine Verstellbewegung von der Schließstellung in die Öffnungsstellung (also entsprechend einer Sequenz der Teilabbildungen 2c) → 2b) → 2a)).
Ausgehend von der Schließstellung ist in einem Anfangsbereich A1 zunächst ein erhöhtes Drehmoment erforderlich, damit der als Antriebseinrichtung eingesetzte Gleichstrommotor auf einen Mindestdrehzahl anlaufen kann.
Danach fällt das Drehmoment ab und bleibt dann im Wesentlichen konstant, bis das erste Verschlusselement das zugeordnete Widerstandselement erreicht, was sich in einem lokalen Maximum P1 der in 3 dargestellten Funktion ausdrückt.
Für alle fünf Luftklappen ergeben sich zugehörige lokale Maxima P1 bis P5 dieser Funktion, die im vorliegenden Beispiel ungefähr äquidistant sind und in der Größe monoton zunehmen.
Eine, wie in 3 dargestellte unterschiedliche Stärke der Drehmoment-Änderung für verschiedene Verschlusselemente, etwa durch eine unterschiedliche Größe oder Dicke der jeweils zugehörigen Widerstandselemente kann nützlich sein, um die verschiedenen Verschlusselemente besser voneinander unterscheiden zu können.
Am Ende der Verstellbewegung, etwa wenn die Verschlusselemente jeweils an Endanschläge (wie die Endanschläge 12a des Ausführungsbeispiels aus 2) gelangen, nimmt das Drehmoment im Bereich A2 wieder zu.
Das Erkennen des letzten Maximums P5 kann dazu benutzt werden, die Drehzahl der Antriebseinrichtung herunter zu regeln um dadurch ein sanftes Anfahren der Endanschläge zu ermöglichen, um die Anschläge und den Antrieb zu schonen.
Das erfindungsgemäße Luftleitsystem ermöglicht, auf sehr einfache Weise eine Rückmeldung über die Funktionstüchtigkeit der Verschlusselement-Anordnung, insbesondere der einzelnen Verschlusselemente zu erhalten. Insbesondere im Fall mehrerer Verschlusselemente kann jedes einzelne der Verschlusselemente identifiziert und unterschieden werden, ohne dass für jedes Verschlusselement ein separater Sensor vorgesehen sein muss.

Claims

Luftleitsystem (10) mit integrierter Diagnoseeinrichtung (26) für ein Kraftfahrzeug, umfassend: • eine Trägerstruktur (12), • eine Luftdurchsatzöffnung (14), • eine zur Variation des Strömungsquerschnitts der Luftdurchsatzöffnung (14) wenigstens zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung verstellbar an der Trägerstruktur (12) angebrachte Verschlusselement-Anordnung (16) mit einem oder mehreren Verschlusselementen (18), • eine Antriebseinrichtung (22), die dazu ausgebildet ist, die Verschlusselement-Anordnung (16) in einer Verstellbewegung wenigstens zwischen der Schließstellung und der Öffnungsstellung zu verstellen, • eine Diagnoseeinrichtung (26), die dazu ausgebildet ist, Informationen über einen Zustand der Verschlusselement-Anordnung (16) zu erfassen, • eine Schnittstelle (28) zur Übertragung von Daten wenigstens von der Diagnoseeinrichtung (26) zu einer weiteren Einrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftleitsystem (10) weiter für wenigstens ein Verschlusselement (18) der Verschlusselement-Anordnung (16) ein diesem Verschlusselement (18) zugeordnetes Widerstandselement (24) umfasst, welches dazu ausgebildet ist, das zur Verstellung der Verschlusselement-Anordnung (16) erforderliche Drehmoment oder eine hierzu erforderliche Kraft in einer vorgegebenen Phase der Verstellbewegung aufgrund einer Wechselwirkung zwischen dem Verschlusselement (18) und dem zugeordneten Widerstandselement (24) vorübergehend zu verändern, wobei die Diagnoseeinrichtung (26) dazu ausgebildet ist, als Informationen über den Zustand der Verschlusselement-Anordnung (16) wenigstens eine Betriebsgröße der Antriebseinrichtung (22) zu erfassen.
Luftleitsystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlusselement-Anordnung (16) mehrere Verschlusselemente (18) umfasst, und das Luftleitsystem (10) weiter für jedes Verschlusselement (18) der Verschlusselement-Anordnung (16) ein nur diesem Verschlusselement (18) zugeordnetes Widerstandselement (24) umfasst, wobei die Widerstandselemente (24) dazu ausgebildet sind, das zur Verstellung der Verschlusselement-Anordnung (16) erforderliche Drehmoment oder die dazu erforderliche Kraft in jeweils verschiedenen vorgegebenen Phasen der Verstellbewegung vorübergehend zu verändern.
Luftleitsystem (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandselemente (24) dazu ausgebildet sind, das zur Verstellung der Verschlusselement-Anordnung (16) erforderliche Drehmoment oder die dazu erforderliche Kraft in jeweils verschiedenen vorgegebenen, paarweise disjunkten Phasen der Verstellbewegung vorübergehend zu verändern.
Luftleitsystem (10) nach Anspruch 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, vorzugsweise alle Verschlusselemente (18) der Verschlusselement-Anordnung (16) über eine Verbindungsstruktur (23), etwa einen Verbindungssteg (25), zur gemeinsamen Verstellbewegung gekoppelt sind, und die Antriebseinrichtung (22) einen einzelnen, mit der Verbindungsstruktur (23) gekoppelten Stellantrieb umfasst.
Luftleitsystem (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die letzte der vorgegebenen Phasen der Verstellbewegung von der Öffnungsstellung in die Schließstellung in der letzten Hälfte, vorzugsweise im letzten Viertel der Dauer der gesamten Verstellbewegung von der Öffnungsstellung in die Schließstellung beginnt.
Luftleitsystem (10) nach nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandselement (24) oder jedes von mehreren, bevorzugt jedes der Widerstandselemente (24) in Form wenigstens eines in einen Verstellweg des zugehörigen Verschlusselements (18) hineinragenden Vorsprungs aus einem elastischen Material ausgebildet ist, vorzugsweise aus Gummi.
Luftleitsystem (10) nach nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandselement (24) oder jedes von mehreren, vorzugsweise jedes der Widerstandselemente (24) so angeordnet ist, dass es wenigstens in der Schließstellung der Verschlusselement-Anordnung (16) bei Betrachtung des Luftleitsystems (10) in einer Anströmungsrichtung (A) im Betriebszustand des in ein Kraftfahrzeug eingebauten Luftleitsystems (10) nicht sichtbar ist.
Kraftfahrzeug-Luftleitsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (22) einen Gleichstrommotor umfasst oder als solcher ausgebildet ist, etwa einen BLDC-Motor, bevorzugt einen permanent erregten BLDC-Motor, der besonders bevorzugt sensorlos geregelt ist.
Luftleitsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bevorzugt nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseeinrichtung (26) dazu ausgebildet ist, als die Betriebsgröße der Antriebseinrichtung (22) eine Stromaufnahme zu erfassen.
Luftleitsystem (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseeinrichtung (26) dazu ausgebildet ist, die Betriebsgröße der Antriebseinrichtung als Funktion der Zeit zu erfassen und aus dem Verlauf dieser Funktion Informationen über den Zustand der Verschlusselement-Anordnung (16), insbesondere über den Zustand der einzelnen Verschlusselemente (18) abzuleiten und an die Schnittstelle (28) zu übertragen.
Luftleitsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle (28) dazu ausgebildet ist, mit einem OBD-System des Kraftfahrzeugs zusammenzuarbeiten.