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Luftklappenversorgungsvorrichtung
zur gesteuerten Zuführung
von Verbrennungsluft in eine Brennkraftmaschine, bei der in einem
Drosselklappengehäuseelement
ein mit einem Drosselklappenwellenelement verbundenes Drosselklappenelement wenigstens
mit einer Rückstelleinheit
durch eine Stellbewegung zu verstellen ist.
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Eine Vorrichtung der eingangs genannten
Art ist aus der WO 95 35 440 A2 bekannt. Ein Drive-by-Wire System
besteht hierbei aus einer Drosselklappeneinheit und einer Verstelleinheit,
die sich gemeinsam in einem Gehäuse
befinden. Die Drosselklappeneinheit weist wenigstens eine Drosselklappe auf,
die mit einer Drosselklappenwelle im Gehäuse angeordnet ist. Die Verstelleinheit
besteht aus einer Motoreinheit, einer Rückstellfeder und einer Öffnerfeder,
die an der Drosselklappenwelle so angeordnet sind, daß sich ein
Fahrzeug im Normalbetrieb und im Limp-Home-Betrieb bei Ausfall der
Motoreinheit bewegen läßt.
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Aus der
DE 36 31 283 A1 ist eine
Einrichtung zur gesteuerten Zumessung von Verbrennungsluft in eine
Brennkraftmaschine bekannt, die im Falle eines Ausfalls des elektrischen
Stellers an der Drosselklappe einen Not fahrbetrieb zuläßt und ein
Zufrieren der Drosselklappe in der Ruhe verhindert. Die Drosselklappe
ist mit einer Stellwelle verbunden. An der Stellwelle ist eine Rückführfeder
und eine Gegenfeder angeordnet. Während die Rückstellfeder die Drosselklappe
in eine Endstellung stellt, sorgt die Gegenfeder dafür, daß die Drosselklappe
in einen Ruhewinkel geöffnet
wird und den Notfahrbetrieb ermöglicht.
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Eine Einrichtung, die ähnlich wie
die vorhergenannte aufgebaut ist und ebenfalls zwei Federn einsetzt,
ist aus der
EP 0 992
662 A2 bekannt.
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Diesen drei bekannten Lösungen ist
gemeinsam, daß Spiralfedern
zum Einsatz kommen, die bruchanfällig
sind. Außerdem
haben die Spiralfedern eine Federkraft, die exponentiell ansteigt.
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Aus der
DE 41 40 353 A1 ist eine
Einrichtung zur Einstellung des Luftstroms durch einen Durchstromkörper mit
einer Drosselklappeneinrichtung für eine Kraftstoffversorgungsanlage
eines Fahrzeugmotors mit interner Verbrennung bekannt. In einem Gehäuse befindet
sich eine Feder. Die Feder ist am Anfang gleichfalls spiralförmig ausgebildet
und beschreibt einen Winkel von 300°. Danach geht der spiralförmige Teil
der Feder in einen U-förmigen
Abschnitt über.
Die Feder weist ein zweites Ende auf, das sich an den U-förmigen Abschnitt anschließt. Die Feder
arbeitet der Drehbewegung des Elektromotors entgegen. Ihre Ausgestaltung
sorgt dafür,
daß der Drosselschieber
bei Ausfall des Elektromotors einen kleinen Durchlaß für einen
Notbetrieb ermöglicht.
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Letztendlich wird in der
DE 41 24 973 A1 eine
Lastverstelleinrichtung für
eine Antriebsmaschine beschrieben, bei der bei einem nicht aktivierten Stellantrieb
eine Drosselklappe unter Wirkung einer Feder in einer durch einen
einstellbaren Anschlag bestimmten Stellung außerhalb des normalen Stellbereichs
gehalten wird. Als Feder soll allerdings eine Zugfeder, eine Druckfeder
oder eine Drehfeder zum Einsatz kommen.
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Es stellt sich deshalb die Aufgabe,
eine Luftklappenversorgungsvorrichtung der eingangs genannten Art
so weiterzuentwickeln, daß deren
Drosselklappenelement einfach und sicher verstellbar ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile
bestehen insbesondere darin, daß anstelle
eines Federelements jetzt Magnetfederelemente zum Einsatz kommen.
Das Magnetfederelement ist bruchsicher, läßt sich hinsichtlich seines
Federweges so einstellen, daß der
Federweg im wesentlichen bei seiner Bewegung linear ist. Hierdurch
ist eine bessere und genauere Verstellmöglichkeit gegeben.
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Eine erste Gegenbewegungseinheit
kann so ausgebildet sein, daß drehbar
zueinander wenigstens zwei Magnetelemente mit gleichen magnetischen
Polen sich gegenüberliegend
angeordnet sind. Eine derartige Rückstelleinheit ersetzt die üblicherweise
eingesetzte Rückstellfeder,
die das Drosselklappenelement immer in eine sichere Endstellung bewegt.
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Als erstes Magnetelement der Gegenbewegungseinheit
kann ein Haltemagnetelement an einem im Drosselklappengehäuseelement
positionierten Magnethaltezapfen angeordnet sein. Als zweites Magnetelement
der Gegenbewegungseinheit kann ein Bewegungsmagnetelement an einem
Magnethaltearm einer Zahnkranzeinheit angeordnet sein, die mit dem
Drosselklappenwellenelement verbunden sein kann.
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Das Halte- und das Bewegungsmagnetelement
können
"sich in einer oder zwei Ebenen bewegen. Hierdurch lässt sich
die Federcharakteristik und die Federkraft beeinflussen.
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Die Gegenbewegungseinheit kann als
drittes Magnetelement ein Verstärkungsmagnetelement aufweisen,
das an dem Bewegungsmagnetelement mit einem entgegengesetzten magnetischen
Pol angeordnet sein kann.
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In einem Federweg können sich
das Haltemagnetelement und das Bewegungsmagnetelement mit ihre Südpolen gegenüberliegen.
Es ist aber auch möglich,
daß sie
sich mit ihren Nordpolen gegenüberliegen.
Der Federweg kann im wesentlichen linear ansteigend sein.
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Das Verstärkungsmagnetelement kann mit seinem
Südpol
am Nordpol oder mit seinem Nordpol am Südpol des Bewegungsmagnetelements
angeordnet werden. Diese Maßnahmen
sorgen dafür,
daß bei
einer Bewegung des Bewegungsmagnetelements auf das Haltemagnetelement,
dieser Bewegung eine Magnetkraft entgegensetzt wird, die eine gleiche
rückstellende
Wirkung wie eine Federkraft hat.
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Das Bewegungsmagnetelement und das Verstärkungsmagnetelement
können
wenigstens teilweise in den Magnethaltearm eingeformt sein. Der Magnethaltearm
und ein sich daran anschließendes Zahnkranzsegment
der Zahnkranzeinheit können wenigstens
teilweise aus Kunststoff bestehen. Hierdurch ist eine genaue Positionierung
und eine leichte Einformbarkeit der beiden Magnetelemente gegeben.
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Eine zweite Gegenbewegungseinheit
kann derart ausgebildet sein, daß verschiebbar zueinander wenigstens
zwei weitere Magnetelemente mit gleichen magnetischen Polen wenigstens
teilweise versetzt übereinanderliegend
angeordnet sind. Diese Rückstelleinheit
ersetzt ebenfalls die Limp-Home-Feder,
die einen Notbetrieb des Luftklappensystems ermöglicht, wenn die Motorantriebseinheit
ausgefallen ist. Außerdem
wird gleichfalls sicher vermieden, daß das Drosselklappenelement
festfrieren kann.
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Als erstes Magnetelement der zweiten
Gegenbewegungseinheit kann ein Standmagnetelement in einem auf einer
weiteren Halteplatte gehaltenen Magnetgehäuseelement angeordnet sein.
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Als zweites Magnetelement der Gegenbewegungseinheit
kann ein Schiebemagnetelement über dem
Standmagnetelement in dem Magnetgehäuseelement beweglich und versetzt
angeordnet sein und mit einem Anschlagarm einer weiteren Zahnkranzeinheit,
die mit dem Drosselklappenwellenelement verbunden sein kann, in
das Magnetgehäuseelement zu
schieben ist.
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In dem Anschlagarm kann ein Abstoßmagnetelement
angeordnet sein. Hierdurch wird die Federkraft verstärkt.
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Das Schiebemagnetelement und das
Standmagnetelement können
- – in
einen Nord- und einem diesem gegenüberliegenden Südpol (N,
S) geteilt sein,
- – einen
scheibenförmigen
Nordpol aufweisen, um den wenigstens ein Südpol angeordnet ist,
- – einen
scheibenförmigen
Nordpol aufweisen, dem ein scheibenförmigen Südpol gegenüberliegt.
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Das Haltemagnetelement, das Bewegungsmagnetelement,
das Wellenmagnetelement und das Standmagnetelement, das erste, zweite
und dritte Schiebe- und das erste, zweite und dritte Standmagnetelement
können
im Querschnitt quadratisch, rechteckig, dreieckig, viereckig, vieleckig,
oval, rund, ellipsoid oder dergleichen ausgebildet sein. Hierdurch
läßt sich
die Bewegungskennlinie dieser Magnetanordnung beeinflussen.
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Das erste, zweite und dritte Schiebemagnetelement
können
sich gegenüberliegende
Begradigungen aufweisen. Hierdurch lässt sich das Schiebemagnetelement
verdrehungssicher verschieben.
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Das Bewegungshaltemagnetelement,
das Bewegungselement, das Wellenmagnetelement und das Standmagnetelement
können
als Dauermagnete ausgebildet werden. Als Magnetwerkstoffe kommen die
bekannterweise verwendeten Werkstoffe zum Einsatz.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen
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1 ein
Luftklappensystem mit einer Gegenbewegungseinheit als Magnetstellfeder
in einer schematischen, perspektivischen Darstellung,
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2 ein
Luftklappensystem gemäß 1 in einer teilweise auseinandergezogenen
Darstellung von oben gesehen,
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3 ein
Luftklappensystem gemäß 1 in einer teilweise auseinandergezogenen
Darstellung seitlich von unten gesehen,
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4 eine
Gegenbewegungseinheit als Magnetstellfeder für ein Luftklappensystem gemäß den 1 bis 3 in einer schematisch dargestellten Teildraufsicht,
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5 ein
Luftklappensystem mit einer weiteren Ausführungsform einer Gegenbewegungseinheit in
einer schematischen, perspektivischen Teildarstellung,
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6 eine
erste Ausführungsform
einer Magnetanordnung für
eine Gegenbewegungseinheit gemäß 5 in einer schematischen,
perspektivischen Teildarstellung
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7a)
eine zweite Ausführungsform
einer Magnetanordnung für
eine Gegenbewegungseinheit gemäß 5 in einer schematischen,
perspektivischen Teildarstellung,
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7b)
eine dritte Ausführungsform
einer Magnetanordnung für
eine Gegenbewegungseinheit gemäß 5 in einer schematischen,
perspektivischen Teildarstellung und
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8 einen
Federweg einer Gegenbewegungseinheit gemäß 1 bis 4 und 5 bis 6 bzw. 7 als
Funktion einer Federkraft in Abhängigkeit
vom Weg.
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In den 1 bis 3 ist eine Luftklappensystemvorrichtung
gezeigt.
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Sie besteht aus einem Drosselklappengehäuseelement 1,
an das ein Antriebsgehäuse 14 angeformt
ist. In das Drosselklappengehäuseelement 1 ist
ein Motorgehäuseelement 2 angeformt.
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Im Drosselklappengehäuseelement 1 ist
in einer Drosselklappenausnehmung 13 mit einem Drosselklappenwellenelement 4 ein
Drosselklappenelement 45 verstellbar angeordnet. Das Drosselklappenwellenelement 4 ragt
in das Antriebsgehäuse 14 hinein.
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Wie insbesondere die 2 und 3 zeigen,
ist mit dem Wellenelement 4 eine Motoreinheit 15 verbunden,
die in das Motorgehäuseelement 2 eingesetzt
werden kann. Über
der Motoreinheit 15 befindet sich eine Motorhalteeinheit 16.
Sie ist wenigstens teilweise mit einer Verbindungseinheit 20 verbunden,
in die eine Dehnungsschleife 21 eingebracht ist.
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An der Verbindungseinheit 20 ist
an einem Ende eine Steckereinheit 22 angeordnet, die in
eine Steckerausnehmung 23 in dem Drosselklappengehäuseelement 1 einzusetzen
ist.
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Am gegenüberliegenden Ende der Verbindungseinheit 20 ist
ein Hall-Effekt-Sensorelement 19 angeordnet, das aus einem
Statorteilelement 17 mit zwei sich gegenüberliegenden
Statorteilelementen 17.1, 17.2 und einem IC-Element
besteht. Ein Magnetelement des Sensorelements 19 ist am
Drosselklappenwellenelement 4 angeformt.
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Die Kraft der Motoreinheit 15 auf
das Wellenelement wird mit Hilfe eines Getriebes übertragen. Von
diesem Getriebe ist ein Zahnradelement 52, ein Getriebezapfen 7 und
eine Zahnkranzeinheit 6, 8 gezeigt.
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Unterhalb eines Drehtellers 11 ist
verdeckt ein Rückholfederelement 25 angeordnet.
Wird durch die Motoreinheit 15 das Drosselklappenwellenelement
bewegt und damit das Drosselklappenelement 45 geöffnet, sorgt
das Rückholfederelement 25 dafür, daß das Drosselklappenwellenelement
und damit das Drosselklappenelement 45 immer in eine definierte
Endstellung (Leerlaufstellung) bewegt wird.
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Erfindungswesentlich ist, daß mit Hilfe
dieser Zahnkranzeinheit durch eine Gegenbewegungseinheit 3 das
Drosselklappenelement in einer bestimmten Endstellung (Limp-Home-Stellung) gehalten
wird. Während
mit Hilfe des Rückholfederelements 25 durch
eine Rückstellbewegung
R das Drosselklappenwellenelement 4 in eine Endstellung
(Leerlaufstellung) zurückgestellt
wird, wird hierdurch eine Gegenfederbewegung G mit Hilfe der Gegenbewegungseinheit 3 das
Drosselklappenelement in der anderen Endstellung in einem Öffnungswinkel
offengehalten. Und zwar drückt
hierbei das Ende eines Zahnkranzsegments 6 der Zahnkranzeinheit
an einen Anschlagzapfen 5, der auf einer Halteplatte 24 gehalten
wird.
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Das wird dadurch erreicht, daß an einem
auf der Halteplatte 24 positionierten Magnethaltezapfen 10 ein
Haltemagnetelement 31 mit Nord- und Südpol N, S so angeordnet ist,
daß es
mit seinem Südpol
S in einen freien Raum zeigt.
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Auf der gegenüberliegenden Seite wird ein Bewegungsmagnetelement 32 von
einem Magnethaltearm 9 der Zahnkranzeinheit so gehalten,
daß dessen
Südpol
S dem Südpol
S des Haltemagneten 31 gegenüberliegt. Das Bewegungsmagnetelement 32 ist
verschieblich in einer Tasche des Magnethaltearms 9 gehalten
Der Nordpol N des Bewegungsmagnetelement 32 liegt einem
Nordpol N eines Verstärkermagnetelements 33 mit
Nord- und Südpol N,
S gegenüber,
so daß eine
Gegenkraft F1 ausgebildet wird. Beide Magnetelemente 32, 33 sind
in den Magnethaltearm 9, der wenigstens teilweise aus Kunststoff
besteht, eingeformt.
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Das Haltemagnetelement 31 liegt
den Magnetelementen 32, 33 in einer oder zwei
Ebenen gegenüber.
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Fällt
die Motoreinheit 15 aus, läßt sich das Drosselklappenelement 45 mit
Hilfe der Gegenfederbewegung G von dem Anschlagzapfen 5,
an dem das Ende Zahnkranzsegments 6 anliegt, soweit bewegen,
bis das Ende des Anschlagarms 8 an den Anschlagzapfen 5 anschlägt. Das
Magnetelement 32 auf der einen und die Magnetelemente 32, 33 auf
der anderen Seite, von denen das Magnetelement 33 die Magnetkraft
des Magnetelements 32 insbesondere die Gegenkraft F1 verstärkt, legen
einen Federweg 34 zurück.
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Durch eine besondere Ausgestaltung
der Magnetelemente kann die Federkraft zum Federweg 34,
der bei würfelförmigen Magnetelementen
exponentiell ist, wie 8 zeigt,
linearisiert werden. Hierdurch ist eine genaue und feine Einstellung
des Drosselklappenelements möglich,
so daß ein
Notfahrbetrieb des Fahrzeugs mit verminderter Geschwindigkeit gegeben
ist. Von besonderem Vorteil ist, daß die Magnetelemente im Gegensatz
zu Federn verschleißfrei
und bruchsicher arbeiten, so daß das
Luftklappensystem im Limp-Home-Betrieb
einwandfrei arbeitet.
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Eine weitere Ausführungsform einer Gegenbewegungseinheit 12 ist
in den 5 bis 7b) gezeigt. Sie besteht
aus einem Schiebemagnetelement 121 und einem darunter liegenden
Standmagnetelement 122, das in einem Magnetgehäuseelement 123 angeordnet
ist. Das Magnetgehäuseelement 123 wird von
einer Halteplatte 47 gehalten. Dem Magnetgehäuseelement 123 gegenüberliegend
ragt der Anschlagzapfen hervor. Die Halteplatte ist mit dem Wellenelement 4 verbunden.
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Das Schiebemagnetelement 121 weist,
wie insbesondere 6 zeigt,
auf der einen Seite einen magnetischen Südpol S und auf der gegenüberliegenden
Seite einen magnetischen Nordpol N auf. Dem Schiebemagnetelement 121 ist
ein Standmagnetelement 122 gegenüberliegend und wenigstens teilweise
unterliegend angeordnet. Hierbei sind der Nordpol N dem Südpol S des
Schiebemagnetelements gegenüberliegend
positioniert.
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Erfindungswesentlich ist, daß beide
Magnetelemente 121, 122 im wesentlichen kreisförmig ausgebildet
sind. Damit das Schiebemagnetelement geradlinig verschoben werden
kann, ist es zu beiden Seiten abgeflacht. Dadurch, daß das Schiebemagnetelement
und das Standmagnetelement 122 versetzt zueinander beabstandet
angeordnet sind, läßt sich die
Bewegung (Federweg) beider Magnetelemente zueinander beeinflussen.
Auch kann in einen Anschlagarm 46, der an dem Zahnkranzsegment 6 angeordnet
ist, ein Abstoßmagnetelement 127 angeordnet
sein.
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In 8 ist
ein Federweg ω der
Magnetelemente 121, 122, 127 in einem
Koordinatensystem als eine Kraft F in Abhängigkeit von einem Weg S dargestellt.
Wie 8 zeigt, ist der
Federweg ω eine
Gerade, die insbesondere durch die Gestaltung der beiden Magnetelement 121, 122 bestimmt
wird, wie sie anhand der 4,6,7a und 7b beschrieben
wurde.
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Fällt
die Motoreinheit 15 aus, läßt sich das Drosselklappenelement 45 mit
Hilfe der Gegenfederbewegung von dem Anschlagzapfen, an dem das Ende
Zahnkranzsegments 6 anliegt, soweit bewegen, bis das Ende
des Anschlagarms an den Anschlagzapfen anschlägt. Das Magnetelement 121 auf der
einen und das Magnetelement 122 auf der anderen Seite,
wobei das Magnetelement 127 die Kraft verstärkt, legen
den Federweg ω zurück.
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Durch die besondere Ausgestaltung
der Magnetelemente ist der Federweg, wie bereits beschrieben linearisiert
worden. Hierdurch ist eine genaue und feine Einstellung des Drosselklappenelements möglich, so
daß ein
Notfahrbetrieb des Fahrzeugs mit verminderter Geschwindigkeit gegeben
ist. Von besonderem Vorteil ist auch hier, daß die Magnetelemente im Gegensatz
zu Federn verschleißfrei
und bruchsicher arbeiten, so daß das
Luftklappensystem im Limp-Home-Betrieb
einwandfrei arbeitet.
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In 7a) sind
die Magnetelemente ähnlich einem
Zweieurostück
ausgebildet. Sowohl ein Schiebe- als auch ein Standmagnetelement 125, 126 weisen
einen kreisförmigen
Kern als Nordpol N auf, um den sich ein Ring mit wenigstens einem
Südpol
S legt. Beide Magnetelemente 125, 126 liegen versetzt übereinander,
so daß die
Federwirkung wie beschrieben entsteht.
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In 7b) sind
die Magnetelemente ähnlich einem
50 Centstück
ausgebildet. Sowohl ein Schiebe- als auch ein Standmagnetelement
, 128, 129 weisen einen kreisförmigen
Kern mit einem Nordpol N auf der einen und einen Südpol S auf
der anderen Seite auf. Beide Magnetelemente 128, 129 liegen auch
hier versetzt übereinander,
so daß die
Federwirkung wie beschrieben entsteht.
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- 1
- Drosselklappengehäuseelement
- 2
- Motorgehäuseelement
- 3
- Gegenbewegungseinheit
- 4
- Drosselklappenwellenelement
- 5
- Anschlagzapfen
- 6
- Zahnkranzsegment
- 7
- Getriebezapfen
- 8
- Anschlagarm
- 9
- Magnethaltearm
- 10
- Magnethaltezapfen
- 11
- Drehteller
- 12
- Gegenbewegungseinheit
- 13
- Drosselklappenausnehmung
- 14
- Antriebsgehäuse
- 15
- Motoreinheit
- 16
- Motorhalteelement
- 17
- Statorelement
- 17.1,
17.2
- Statorteilelemente
- 18
- IC-Element
- 19
- Hall-Effekt-Sensorelement
- 20
- Verbindungseinheit
- 21
- Dehnungsschleife
- 22
- Steckereinheit
- 23
- Steckerausnehmung
- 24
- Halteplatte
- 25
- Rückholfederelement
- 31
- Haltemagnetelement
- 32
- Bewegungsmagnetelement
- 33
- Verstärkermagnetelement
- 34
- Federweg
- 45
- Drosselklappenelement
- 46
- Anschlagarm
- 47
- Halteplatte
- 52
- Zahnradelement
- 121,
125, 128
- Schiebemagnetelement
- 122,
126, 129
- Standmagnetelement
- 123
- Magnetgehäuseelement
- 127
- Abstoßmagnetement
- N
- Nordpol
- S
- Südpol
- ω
- Federweg
- F
- Kraft
- S
- Weg
- G
- Gegenfeder-Bewegung
- R
- Rückstell-Bewegung
- F1
- Gegenkraft