DE19721239A1 - Vorrichtung zur Betätigung der Drosselklappe eines Verbrennungsmotors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Betätigung der Drosselklappe eines Verbrennungsmotors, bei der die Drosselklappe über einen Stellmotor bewegt wird. Insbesondere betrifft die Erfindung den mechanischen Notlauf für eine derartige Vorrichtung, wenn beispielsweise der Stellmotor ausgefallen ist.

Kraftfahrzeuge, die über eine Antriebs-Schlupf-Regelung (ASR), Tempomat und/oder eine elektronische Leerlaufdrehzahlregelung verfügen, sind im Regelfall mit Vorrichtungen zur motorischen Betätigung der Drosselklappe des Verbrennungsmotors versehen (sogenanntes E-Gas). Um beim Ausfall des Stellmotors die Drosselklappe über das Fahrpedal mechanisch noch betätigen zu können (Notlauffunktion), ist die Betätigungsvorrichtung für die Drosselklappe über einen Seilzug oder dergleichen Zugelement mit dem Fahrpedal verbunden und das über das Fahrpedal bewegbare Drehelement (sogenannte Seilscheibe) mit der Drosselklappenwelle über ein Kopplungsfederelement mechanisch gekoppelt. Bei elektrisch intakter Betätigungsvorrichtung muß der Stellmotor beim Verstellen der Drosselklappe stets gegen die Kraft des Koppelfederelements arbeiten. Dies ist insofern nachteilig, als durch Betätigung des Fahrpedals sich in Folge des Koppelfederelements die auf die Drosselklappe wirkenden Drehmomente verändern, was wiederum die Lageregelung der Drosselklappe beeinflussen kann.

Der Erfindung liegt die Abgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Betätigung der Drosselklappe eines Verbrennungsmotors zu schaffen, bei der sich im Normalzustand (intakter Stellmotor mit Ansteuerelektronik) Betätigungen des Fahrpedals nicht ungewollt auf Veränderungen der auf die Drosselklappe wirkenden Drehmomente auswirken, obwohl das Fahrpedal über ein Zugelement stets mechanisch mit der Betätigungsvorrichtung gekoppelt ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung eine Vorrichtung zur Betätigung der Drosselklappe eines Verbrennungsmotors vorgeschlagen, die versehen ist mit

• - einem Gehäuse, das einen Durchlaß aufweist, in dem sich eine Welle mit einer an dieser befestigten Drosselklappe befindet,
• - einem in dem Gehäuse angeordneten Drosselklappen-Drehwinkel-Sollwertgeber zur Vorgabe eines Drehwinkels der Drosselklappe in Abhängigkeit von der Betätigung eines Fahrpedals, wobei der Drosselklappen-Drehwinkel-Sollwertgeber ein Drehelement, das über ein Zugelement mit dem Fahrpedal koppelbar ist, ein Drehwinkelgeber und mindestens eine Drehelement-Rückstellfeder zum Zurückbewegen des Drehelements in eine Ausgangsstellung bei nicht betätigtem Fahrpedal aufweist,
• - einem ebenfalls in dem Gehäuse angeordneten Stellglied zum Verdrehen der Welle der Drosselklappe,
• - einem Drehlagemeldeorgan zum Ausgeben eines den Istwert der Drehstellung der Drosselklappenwelle anzeigenden Ausgangssignals, wobei das Stellglied, das Drehlagemeldeorgan und der Drehwinkelgeber mit einer Steuerschaltung zum Ansteuern des Stellgliedes verbindbar sind,
• - einer Drosselklappen-Rückstellfeder zum selbsttätigen Zurückbewegen der Welle der Drosselklappe in eine Drosselklappen-Ausgangsstellung,
• - einem Koppelelement zum mechanischen Koppeln des Drehelements des Drosselklappen-Drehwinkel-Sollwertgebers mit der Welle der Drosselklappe, wobei das Koppelelement zwischen einer Entkopplungsposition, in der es weder mit dem Drehelement noch mit der Drosselklappenwelle gekoppelt ist, und einer Kopplungsposition bewegbar ist, in der es einerseits mit dem Drehelement zum Mitnehmen durch das Drehelement bei-dessen Verdrehung in beiden Richtungen gekoppelt ist und andererseits mit der Drosselklappenwelle zum Mitnehmen der Drosselklappenwelle zumindest in zur Wirkung der Kraft der Drosselklappen-Rückstellfeder entgegengesetzter Richtung koppelbar ist, und
• - einer Bewegungsvorrichtung zum Bewegen des Koppelelements aus der Entkopplungsposition in die Kopplungsposition, wobei die Bewegungsvorrichtung von der Steuerschaltung ansteuerbar ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist mit einem Gehäuse versehen, durch das hindurch sich ein Durchlaß erstreckt, der mittels einer auf einer Welle befestigten und im Gehäuse drehbar gelagerten Welle in seinem Querschnitt veränderbar ist. Die durch die Betätigung des Fahrpedals vom Fahrer gewünschte Drosselklappenstellung (Fahrerwunsch) wird über einen Drosselklappen-Drehwinkel-Sollwertgeber erfaßt, der ein drehbar am Gehäuse gelagertes Drehelement aufweist, welches über den Seilzug (Zugelement) mit dem Fahrpedal gekoppelt ist. Über einen Drehwinkelgeber wird die sich in Folge der Betätigung des Fahrpedals einstellende Drehstellung des Drehelements erfaßt und einer Steuerschaltung zugeführt. Die Verdrehung des Drehelements in Richtung "Öffnen" der Drosselklappe erfolgt gegen die Kraft mindestens einer Rückstellfeder, über die das Drehelement bei weniger starkem Durchdrücken des Fahrpedals selbsttätig in die Ausgangsstellung zurückbewegt wird.

Neben dem Drosselklappen-Drehwinkel-Sollwertgeber ist im Gehäuse auch ein Stellglied in Form insbesondere eines Stellmotors angeordnet, der die Drosselklappenwelle drehbar antreibt. Die jeweilige Drosselklappenstellung wird über ein Drehlagemeldeorgan der Steuerschaltung gemeldet. Über eine Rückstellfeder wird die Drosselklappe selbsttätig in ihre Ausgangsstellung (Schließstellung) zurückbewegt, wenn der Stellmotor nicht mehr oder weniger stark angesteuert wird.

Ferner weist die erfindungsgemäße Drosselklappen-Betätigungsvorrichtung ein Koppelelement auf, mit dem sich bei Bedarf, nämlich bei Ausfall des Stellmotors, das bei Betätigung des Fahrpedals über den Seilzug drehbare Drehelement des Drosselklappen-Drehwinkel-Sollwertgebers mit der Welle der Drosselklappe mechanisch koppeln läßt. Im Normalfall, d. h. bei intaktem Stellmotor, befindet sich das Koppelelement in einer Entkopplungsposition, in der es weder mit dem Drehelement des Drosselklappen-Drehwinkel-Sollwertgebers noch mit der Drosselklappenwelle gekoppelt ist. Über eine auf ein Auslösesignal hin aktivierbare Bewegungsvorrichtung läßt sich das Koppelelement aus seiner Entkopplungsposition in eine Kopplungsposition bewegen, in der es mit dem Drehelement zum Mitnehmen durch das Drehelement bei dessen Verdrehung in beiden Richtungen gekoppelt ist. Das Koppelelement ist also in der Entkopplungsposition derart mit dem Drehelement verbunden, daß dieses das Koppelelement beim Verdrehen in beiden Richtungen mitnimmt. Ferner ist das Koppelelement in der Koppelposition auch mit der Drosselklappenwelle verbunden und zwar dergestalt, daß das Koppelelement bei Verdrehung des Drehelements in Richtung "Öffnen" der Drosselklappe die Drosselklappenwelle mitdreht. Da die Bewegung der Drosselklappe in Richtung "Schließen" durch die auf die Drosselklappenwelle wirkende Rückstellfeder bewerkstelligt wird, ist eine mechanische Kopplung zwischen Koppelelement und Drosselklappenwelle beim Schließen der Drosselklappe nicht zwingend notwendig.

Bei der erfindungsgemäßen Drosselklappen-Betätigungsvorrichtung sind also der Drosselklappen-Drehwinkel-Sollwertgeber, der über das Fahrpedal betätigt wird, und die Drosselklappenwelle im Normalfall mechanisch entkoppelt und lediglich "elektrisch" miteinander gekoppelt. Der über den Drehwinkelgeber des Drosselklappen-Drehwinkel-Sollwertgebers erfaßte Fahrerwunsch wird der Steuerelektronik mitgeteilt, die daraufhin den Stellmotor ansteuert. Die Rückmeldung der Drehstellung der Drosselklappenwelle und damit der Drosselklappe erfolgt über das Drehlagemeldeorgan, das ebenfalls mit der Steuerschaltung verbunden ist. Ferner ist in der Steuerschaltung eine Kennlinie abgelegt, die den funktionalen Zusammenhang zwischen Fahrerwunsch und elektrischer Drosselklappenverstellung beschreibt. Außerdem gehen in die Steuerschaltung die für beispielsweise eine Leerlaufregelung, eine Antriebs-Schlupf-Regelung und die automatische Geschwindigkeitsregelung erforderlichen Meßdaten ein.

Ein Defekt des Stellmotors aufgrund beispielsweise einer Unterbrechung der Ansteuerleitung des Stellmotors oder einer anderen Stromlos-Schaltung des Stellmotors führt in Folge der Drosselklappen-Rückstellfeder automatisch dazu, daß sich die Drosselklappe in ihre Ausgangs- bzw. Schließstellung zurückbewegt. Damit wird von der Steuerschaltung anhand der Abweichung zwischen dem elektrisch vorgegebenen Sollwert und dem tatsächlichen Istwert erkannt, daß der Stellmotor defekt ist. Als Folge davon wird die Bewegungsvorrichtung angesteuert, die dafür sorgt, daß das Koppelelement aus seiner Entkopplungsposition in die Kopplungsposition überführt wird. Nun läßt sich die Drosselklappe durch Verdrehen des Drehelements bei Betätigung des Fahrpedals verdrehen (Notlaufbetrieb), so daß die Fahrtüchtigkeit des Fahrzeuges insoweit nicht beeinträchtigt ist. (Selbstverständlich sind die Funktionen ASR, Tempomat und Leerlaufregelung nicht mehr gegeben.)

Mit der Erfindung sind also die beiden Idealanforderungen an eine Vorrichtung zur elektrischen Betätigung der Drosselklappe, daß nämlich im Normalbetrieb keinerlei mechanische Kopplung zwischen Fahrpedal und Drosselklappe gegeben ist und daß im Notlaufbetrieb eine mechanische Verbindung zwischen Fahrpedal und Drosselklappe gegeben ist, in ein und demselben Gerät auf kompakte Weise vereinigt.

Wie bereits oben erwähnt, erfolgt bei mechanisch miteinander gekoppeltem Drehelement und Drosselklappenwelle die Zurückbewegung der Drosselklappe durch die an dieser angreifenden Rückstellfeder. Dies hat den Vorteil, daß ein Verklemmen der Drosselklappe elektrisch erkannt werden kann. Ist nämlich die Drosselklappe in einer Öffnungsstellung verklemmt und läßt sich durch die Rückstellfeder nicht mehr schließen, so erkennt die Steuerschaltung anhand der Ausgangssignale des Drehwinkelgebers des Drosselklappen-Drehwinkel-Sollwertgebers und dem Drehlagemeldeorgan der Drosselklappenwelle, daß die Drosselklappe eine andere Stellung als durch die Drehstellung des Drehelements des Drosselklappen-Drehwinkel-Sollwertgebers gewünscht einnimmt. Als Folge davon kann aus Sicherheitsgründen in die Motorelektronik eingegriffen werden, um das Fahrzeug zwangsabzuschalten. Sofern diese zusätzliche Fehleranalyse im Notlaufbetrieb nicht gewünscht wird, kann das Koppelelement in seiner Kopplungsposition mit der Drosselklappenwelle derart gekoppelt sein, daß es diese in beiden Drehrichtungen, also auch beim Bewegen der Drosselklappe in die Schließstellung mitnimmt. Auf die Drosselklappe wirkt dann beim Zurückbewegen die Kraft der mindestens einen Drehelement-Rückstellfeder, da Drehelement und Drosselklappe kraftschlüssig in beiden Richtungen miteinander gekoppelt sind.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Koppelelement in seiner Entkopplungsposition über eine Vorspannfeder in Richtung auf die Kopplungsposition vorgespannt ist, wobei das Koppelelement in der Entkopplungsposition an einem bewegbaren Anschlagelement anliegt, das gesteuert aus der Bewegungsbahn des Koppelelements heraus bewegbar ist, so daß sich das Koppelelement aus seiner Entkopplungsposition in die Kopplungsposition bewegen kann.

Im Hinblick auf eine Reduktion der Gesamtteileanzahl der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es zweckmäßig, die Vorspannfeder für das Koppelelement und die Rückstellfeder für die Drosselklappe durch ein und dieselbe Feder zu realisieren, die zwischen der Drosselklappenwelle einerseits und dem Koppelelement andererseits angeordnet ist und in jeder Drehstellung der Drosselklappenwelle die zum Bewegen des Koppelelements aus der Entkopplungsposition in die Kopplungsposition erforderliche Vorspannkraft aufbringt.

Eine weitere Vereinfachung der mechanischen Konstruktion der erfindungsgemäßen Drosselklappen-Betätigungsvorrichtung ergibt sich dadurch, daß die die Funktion der Vorspannfeder und der Drosselklappen-Rückstellfeder realisierende Feder eine Torsionsfeder mit einem Schraubenfederabschnitt und zwei an dessen Enden im wesentlichen radial abstehenden Schenkelendabschnitten ist. Der Schraubenfederabschnitt der Torsionsfeder ist dabei im wesentlichen konzentrisch zur Drosselklappenwelle angeordnet, wobei der eine Schenkelendabschnitt der Torsionsfeder unter Spannung an einem mit der Drosselklappenwelle verbundenen Hebel anliegt. Der andere Schenkelendabschnitt der Torsionsfeder stellt das Koppelelement dar, das in seiner Entkopplungsposition an dem Anschlagelement der Bewegungsvorrichtung anliegt, ohne in Eingriff mit dem Drehelement zu stehen. Bei Aktivierung der Bewegungsvorrichtung, d. h. beim Herausbewegen des Anschlagelements aus der Bewegungsbahn des das Koppelelement darstellenden Schenkelendabschnitts bewegt sich dieser in Folge der Spannung der Torsionsfeder in seine Kopplungsposition, in der er an dem Drehelement bidirektional verriegelt ist (Kraftschluß). Dieser Schenkelabschnitt liegt nun auch an dem mit der Drosselklappenwelle verbundenen Hebel an, so daß nun beide Schenkelendabschnitte der Torsionsfeder beidseitig des Hebels anliegen. Der das Koppelelement bildende Schenkelendabschnitt dient dabei der Mitnahme des Hebels und damit der Drosselklappe bei Betätigung des Fahrpedals zum Öffnen der Drosselklappe (im Notlaufbetrieb), während der andere Schenkelabschnitt der gespannten Torsionsfeder die Aufgabe hat, den Hebel bei weniger starker Betätigung bzw. beim Aufheben der Betätigung des Fahrpedals zurückzubewegen.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die Rückstellfeder für die Drosselklappe zwischen dieser und dem Koppelelement angeordnet ist, während eine weitere Feder vorgesehen ist, die zwischen dem Koppelelement und dem Drehelement angeordnet ist und das Koppelelement gegen das Drehelement vorspannt. Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, daß die Vorspannfeder zwischen dem Koppelelement und dem Gehäuse angeordnet ist, wobei die von ihr aufgebrachte Vorspannkraft entgegengesetzt zur Rückstellkraft der mindestens einen Rückstellfeder für das Drehelement gerichtet ist und ferner kleiner ist als diese Rückstellkraft.

Nachfolgend werden anhand der Figuren Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1-6 schematische Konstruktions- und Funktionsdarstellungen eines ersten Ausführungsbeispiels der Drosselklappen-Betätigungsvorrichtung in verschiedenen Betriebsstellungen,

Fig. 7 eine Seitenansicht eines Drosselklappenstutzens, bei dem das in den Fig. 1-6 schematisch gezeigte Konstruktions- und Funktionsprinzip realisiert ist,

Fig. 8 eine Draufsicht auf den Drosselklappenstutzen in Richtung des Pfeils VIII gemäß Fig. 7 bei in Leerlaufstellung befindlicher Drosselklappe,

Fig. 9 eine Draufsicht auf den Drosselklappenstutzen in Richtung des Pfeils VIII gemäß Fig. 7 bei einer mittleren Drehstellung des Drehelements und der Drosselklappe,

Fig. 10 eine Draufsicht auf den Drosselklappenstutzen in Richtung des Pfeils VIII gemäß Fig. 7 bei wegen Ausfall in der Leerlaufstellung befindlicher Drosselklappe und noch in mittlerer Drehstellung befindlichem Drehelement,

Fig. 11 den oberen Teil des Drosselklappenstutzens gemäß Fig. 7 bei in seiner Entkopplungsposition befindlichem Koppelelement,

Fig. 12 eine Darstellung auf den oberen Teil des Drosselklappenstutzens bei in seiner Kopplungsposition befindlichem Koppelelement,

Fig. 13 eine Schnittansicht entlang der Linie XIII-XIII der Fig. 12,

Fig. 14, 15 die Relativdrehstellungen von Drehelement und Koppelelement in der Entkopplungsposition und Kopplungsposition,

Fig. 16, 17 schematische Darstellungen eines alternativen Ausführungsbeispiels einer Drosselklappen-Betätigungsvorrichtung im mechanisch entkoppelten Zustand und mechanisch gekoppelten Zustand,

Fig. 18, 19 die Ausbildung und Relativdrehstellung von Drehelement und Koppelelement in der Entkopplungsposition und der Kopplungsposition bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 16 und 17,

Fig. 20-23 schematische Konstruktions- und Funktionsdarstellungen eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Drosselklappen-Betätigungsvorrichtung und

Fig. 24 eine schematische Konstruktions- und Funktionsdarstellung einer Drosselklappen-Betätigungsvorrichtung gemäß einem letzten Ausführungsbeispiel der Erfindung im mechanisch entriegelten Zustand.

Bevor nachfolgend auf die Zeichnung eingegangen wird, sei vorangeschickt, daß in den schematischen Darstellungen der Fig. 1-6, 16, 17 und 20-24 die Drehbewegungen, die die einzelnen Teile der Drosselklappen-Betätigungsvorrichtung vollführen, als Linearbewegungen dargestellt sind.

Das in den Fig. 1-15 gezeigte erste Ausführungsbeispiel einer Drosselklappen-Betätigungsvorrichtung 10 soll nachfolgend zunächst anhand der schematischen Konstruktions- und Funktionsdarstellungen der Fig. 1-6 erläutert werden, bevor auf die technische Realisierung entsprechend der Fig. 7-15 eingegangen wird.

Die Betätigungsvorrichtung 10 weist ein Gehäuse 12 auf, in dem u. a. ein Durchlaß 14 ausgebildet ist, der von einer auf einer Welle 16 befestigten Drosselklappe 18 in seinem Querschnitt veränderbar ist. Die Welle 16 wird durch einen Elektro-Stellmotor 20 gedreht und läßt sich zwischen zwei am Gehäuse 12 ausgebildeten Anschlägen 22, 24 verdrehen, die die Schließposition (Anschlag 22) und die maximale Öffnungsposition (Anschlag 24) definieren. Die aktuelle Drehstellung der Welle 16 und damit die aktuelle Öffnungsstellung der Drosselklappe 18 wird über ein durch ein Doppelpotentiometer realisiertes Drehlagemeldeorgan 26 erfaßt und an eine Steuerschaltung 28 weitergegeben. Die Betätigungsvorrichtung 10 ist ferner mit einem Drosselklappen-Drehwinkel-Sollwertgeber 30 versehen, der ein drehbar am Gehäuse 12 gelagertes Drehelement 32 aufweist. Dieses Drehelement 32 (auch Seilscheibe genannt) ist über einen Seilzug 34 mit dem Fahrpedal 36 des Fahrzeuges verbunden. Durch Betätigen des Fahrpedals 36 läßt sich das Drehelement 32 zwischen einer Ausgangsposition, die durch einen am Gehäuse 12 ausgebildeten Anschlag 38 definiert ist, und einer Maximal-Drehposition verdrehen, die durch einen am Gehäuse 12 ausgebildeten Anschlag 40 definiert ist. Die jeweilige Drehstellung des Drehelements 32 ist mittels eines Drehwinkelgebers 42 erfaßbar, der als Doppelpotentiometer ausgebildet ist und mit der Steuerschaltung 38 verbunden ist. Über mindestens eine Rückstellfeder 44 ist das Drehelement 32 in seine durch den Anschlag 38 definierte Ausgangsstellung vorgespannt.

Genauso wie das Drehelement 32 ist auch die Drosselklappe 18 über eine Rückstellfeder 46 in ihre Schließstellung vorgespannt, wobei die Rückstellfeder 46 an einem mit der Welle 16 verbundenen Hebel 48 angreift. Das andere Ende der Rückstellfeder 46 greift an einem Koppelelement 50 an, bzw. weist dieses Koppelelement 50 auf. Das Koppelelement 50 dient der mechanischen Kopplung zwischen dem Drehelement 32 (Seilscheibe) und dem Hebel 48 der Drosselklappenwelle 16, wozu das Koppelelement 50 seine Kopplungsposition gemäß Fig. 5 einnimmt. In der Darstellung gemäß Fig. 1 befindet sich das Koppelelement 50 in seiner Entkopplungsposition, in der es an einem Anschlagelement 52 einer Bewegungsvorrichtung 54 zum gesteuerten Bewegen des Koppelelements 50 aus dessen Entkopplungsposition in dessen Kopplungsposition anliegt. Das Anschlagelement 52 läßt sich mittels eines Aktuators 56 der Bewegungsvorrichtung 54 aus seiner Anlage mit dem Koppelelement 50 bringen, so daß dieses in Folge der Vorspannung der Rückstellfeder 46 sich in Richtung auf den Hebel 48 der Drosselklappenwelle 16 zubewegt und an diesem anliegt. In dieser Kopplungsposition gelangt das Koppelelement 50 in eine bezogen auf beide Drehrichtungen des Drehelements 32 kraftschlüssige Verriegelung an dem Drehelement 32. Diese Verriegelung ist in Fig. 1 durch die Ausnehmung 58 des Drehelements 32 dargestellt, in die das Koppelelement 56 eintaucht (siehe Fig. 5).

Nachfolgend soll anhand der Fig. 1-6 auf die Funktionsweise der Betätigungsvorrichtung 10 eingegangen werden. Im Normalzustand, d. h. bei nicht defektem Stellmotor 20 sind das Drehelement 32 und die Drosselklappe 18 mechanisch entkoppelt. Fig. 1 zeigt dabei die Situation im Leerlauf-Betriebszustand des Fahrzeugmotors. Die vom Fahrer des Fahrzeuges durch Betätigen des Fahrpedals 36 gewünschte Drosselklappenstellung wird über den Seilzug 34 zunächst in eine bestimmte Drehstellung des Drehelements 32 umgesetzt, die über den Drehwinkelgeber 42 erfaßt und der Steuerschaltung 28 gemeldet wird. Der Drehstellung des Drehelements 32 entsprechend wird dann von der Steuerschaltung 28 der Stellmotor 20 angesteuert, um die Drosselklappe 18 dem Fahrerwunsch entsprechend einzustellen. Für die Darstellung der Erfindung in den Figuren sei unterstellt, daß keinerlei Ansteuerungen des Stellmotors 20 im Hinblick auf eine Antriebs-Schlupf-Regelung bzw. eine Geschwindigkeitsregelung erfolgen. Über das Drehlagemeldeorgan 26 wird die aktuelle Drehstellung der Drosselklappe 18 der Steuerschaltung 28 rückgemeldet. Dieser Funktionszusammenhang zwischen über das Fahrpedal 36 betätigtem Drosselklappen-Drehwinkel-Sollwertgeber 30 und Drosselklappen-Stellmotor 20 bleibt so lange erhalten, wie kein Defekt im Stellmotor 20 auftritt.

Fig. 2 zeigt den Fall, daß bei einer mittleren Drehstellung des Drehelements 32, die durch eine entsprechende Betätigung des Fahrpedals 36 bestimmt ist, in der Steuerschaltung 28 ein Defekt im Stellmotor 20 erkannt worden ist. Es sei angenommen, daß sich der Defekt auf eine Stromlosschaltung des Stellmotors 20 in Folge beispielsweise eines Kabelbruchs oder eines abgelösten Steckkontakts bezieht. Als Folge des nicht mehr bestromten Stellmotors 20 wird die Drosselklappe 18 über die Rückstellfeder 46 in ihre Schließstellung überführt. Als nächstes gibt die Steuerschaltung 28 an den Aktuator 56 ein Auslösesignal zum Zurückbewegen des Anschlags 52 aus. Als Folge davon bewegt sich das Koppelelement 50 aus seiner Entriegelungsposition (siehe Fig. 1 und 2) in seine Verriegelungsposition, in die es in Folge der Vorspannung der Rückstellfeder 46 bewegt wird und in der das Koppelelement 50 am Hebel 48 der Welle 16 anliegt (siehe Fig. 3). Der Fahrer hat in der Zwischenzeit gemerkt, daß ein Defekt aufgetreten ist, und zwar daran, daß das Fahrzeug wegen der sich in die Schließposition bewegenden Drosselklappe 18 an Geschwindigkeit verliert. Als Folge davon wird der Fahrer seinen Fuß vom Fahrpedal 36 nehmen, was zur Folge hat, daß sich das Drehelement 32 aufgrund der Kraft der Rückstellfeder 44 in die Ausgangsposition zurückbewegt. Da sich das Koppelelement 50 in seiner Verriegelungsposition befindet, kann es nun in die Ausnehmung 58 eintauchen und am Drehelement 32 verriegeln.

Durch diese Verriegelung ist es möglich, trotz ausgefallenem Stellmotor 20 mit dem Fahrzeug noch zu fahren. Durch Betätigung des Gaspedals 36 nämlich wird nun die über den Seilzug 34 auf das Drehelement 32 aufgebrachte Drehbewegung von diesem über das Koppelelement 50 und den Hebel 48 in eine Drehbewegung der Drosselklappenwelle 16 umgesetzt (siehe Fig. 6). Die Betätigungsvorrichtung 10 arbeitet nun wie bei einer mechanischen Drosselklappe. Sollte sich in diesem Notlauf-Betriebszustand eine Festklemmung der Drosselklappe 18 einstellen, so kann dieser Fehler noch erkannt und aus sicherheitstechnischen Gründen das Fahrzeug abgeschaltet werden. Voraussetzung allerdings ist, daß die Funktion des Drehwinkelgebers 42 und des Drehlagemeldeorgans 26 sowie der Steuerschaltung 28 nicht beeinträchtigt ist. Wird nämlich beispielsweise ausgehend von einer Gaspedalbetätigung gemäß Fig. 6 der Fuß vom Gaspedal 36 genommen, und bleibt die Drosselklappe 18 aufgrund eines mechanischen Defekts (Klemmung) der Drosselklappe 18 selbst oder des Stellmotors 20 in der Position gemäß Fig. 6, so kann sich zwar aufgrund der Rückstellfeder 44 das Drehelement 32 in die Ausgangsposition zurückbewegen, während die Drosselklappe 18 unverändert bleibt. Ursache hierfür ist, daß das Koppelelement 50 beim Zurückbewegen des Drehelements 32 in dessen Ausgangsstellung nicht mit dem Hebel 48 der Drosselklappenwelle 16 gekoppelt ist. Da die Rückstellfeder 44 stärker ist als die Rückstellfeder 46 nimmt das Drehelement 32 das Koppelelement 50 gegen die sich in der Rückstellfeder 46 aufbauende Kraft mit, bis die Position gemäß Fig. 6 eingenommen ist. Über den Drehwinkelgeber 42 und das Drehlagemeldeorgan 26 wird erkannt, daß sich die Drosselklappe 18 nicht in der durch die Drehstellung des Drehelements 32 vorgegebenen Position befindet. Als Folge davon gibt die Steuerschaltung 28 ein Signal zur Zwangsabschaltung des Fahrzeugmotors aus.

Wie in Fig. 4, die den Leerlaufzustand der Betätigungsvorrichtung 10 bei mechanisch gekoppeltem Drehelement 32 und Drosselklappe 18, also im Notlaufbetrieb, zeigt, dargestellt, weist die Betätigungsvorrichtung 10 einen erhöhten Luftdurchsatz auf, da die Drosselklappe 18 bzw. deren Welle 16 nicht mehr an dem Gehäuseanschlag 22 anliegt. Vielmehr wird die Lage der Drosselklappe 18 im Leerlauf über das am Gehäuseanschlag 38 anliegende Drehelement 32 definiert. Dies führt dazu, daß der Durchlaß 14 größer ist als im Leerlaufbetrieb gemäß Fig. 1 bei intakter Betätigungsvorrichtung 10. Durch den erhöhten Leerlauf-Luftdurchsatz im Notlaufbetrieb ist die Fahrtüchtigkeit des Fahrzeugs, das jetzt über keinerlei spezielle Funktionen wie z. B. LFR oder Kaltstart verfügt, erhöht.

Die Fig. 7-15 zeigen verschiedene Ansichten und Betriebszustände der gemäß den Fig. 1-6 aufgebauten Drosselklappen-Betätigungsvorrichtung in Form eines kompakten Drosselklappenstutzens. Die Bezugszeichen, die für die einzelnen Bestandteile der Betätigungsvorrichtung 10 in den Fig. 1-6 verwendet sind, finden sich auch in den Fig. 7-15 für die entsprechenden Teile wieder. Dabei ist anzumerken, daß anstelle einer Rückstellfeder 44 für das Drehelement 32 aus Sicherheitsgründen zwei Rückstellfedern 44 vorhanden sind, von denen jedoch in den Fig. 7-15 jeweils lediglich die an das Drehelement 32 angreifenden Enden gezeigt sind. Ferner sei bemerkt, daß die an den Hebel 48 der Welle 16 angreifende Rückstellfeder 46 für die Drosselklappe als Torsionsfeder bzw. Schenkelfeder 46a ausgebildet ist, die einen mittleren Schraubenfederabschnitt 46b mit radial abstehenden Schenkelendabschnitten 46c aufweist. Der eine Schenkelendabschnitt 46c liegt an dem Hebel 48 der Welle 16 an, um die Drosselklappe 18 in die Schließstellung vorzuspannen. Der andere Schenkelendabschnitt 46c ist das Koppelelement 50, das in der Entriegelungsstellung am Anschlag 52 anliegt und dabei nicht im Eingriff mit dem Drehelement 32 steht (siehe auch die schematische Darstellung gemäß Fig. 14).

Der Anschlag 52 selbst befindet sich gemäß Fig. 14 und 15 an einem drehbaren Teil 60, das in Folge der Anlage des federnd vorgespannten Koppelelements 50 an dem Anschlag 52 in die in den Fig. 13-15 mit 62 dargestellte Drehrichtung bewegbar ist. Das drehbare Teil 60 wird durch einen Sperrhebel 64, der über den Aktuator 56 betätigbar ist, in der vorgespannten Drehposition gemäß Fig. 14 gehalten bzw. bei Ansteuerung des Aktuators 56 freigegeben, um sich in die Drehstellung gemäß Fig. 15 zu bewegen. Während in der Drehstellung gemäß Fig. 14 das Koppelelement 50 (der eine Schenkelendabschnitt 46c der Schenkelfeder 46a) in seiner Entriegelungsposition befindet, in der es weder mit dem Drehelement 32 verriegelt ist noch an dem Hebel 48 der Drehwelle 16 der Drosselklappe 18 anliegt, befindet sich das Koppelelement 50 nach einem Hochschwenken des Sperrhebels in Folge der Betätigung des Aktuators 56 in der Ausnehmung 58 des Drehelements 32 und ferner in Anlage an dem Hebel 48, der mit der Drosselklappenwelle 16 verbunden ist. Zum weiteren Verständnis sei noch erwähnt, daß der Fig. 1 der Schemadarstellung die Fig. 7, 8, 11 und 14 entsprechen, während der Fig. 2 die Fig. 9 entspricht. Der Situation gemäß Fig. 3
entspricht die Darstellung der Fig. 10 und 11, während Fig. 4 den Fig. 12, 13 und 15 entspricht. Für die in den Fig. 5 und 6 gezeigten Situationen existieren keine Darstellungen des Drosselstutzens.

In den Fig. 16 und 17 sind Konstruktions- und Funktionsprinzipien einer Modifikation der Betätigungsvorrichtung 10 gemäß den Fig. 1-15 gezeigt. Soweit die Einzelelemente der alternativen Betätigungsvorrichtung 10' der Fig. 16 und 17 gleich denen der Betätigungsvorrichtung 10 der Fig. 1-15 sind, sind sie mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Der Unterschied der Betätigungsvorrichtung 10' gegenüber der Betätigungsvorrichtung 10 besteht lediglich darin, daß das Koppelelement 50 in seiner Kopplungsposition (Fig. 17) in beiden Drehrichtungen der Drosselklappe 18 mit deren Welle 16 gekoppelt ist. Dies ist in den Fig. 16 und 17 bei 66 gezeigt. Damit nimmt das Koppelelement 50 die Drosselklappe 18 beim Notlauf, d. h. bei mechanischer Kopplung von Drehelement 32 und Hebel 48 der Drosselklappenwelle 16 auch dann mit, wenn sich das Drehelement 32 in Folge der Rückstellfeder 44 in die Ausgangsposition zurückbewegt. Auf diese Weise wird also aufgrund der Spannung der Rückstellfeder 44 auch die Drosselklappe 18 in ihre Schließstellung zurückbewegt.

Die technische Realisierung des in den Fig. 16 und 17 wiedergegebenen Konzepts bei dem Drosselklappenstutzen der Fig. 7-15 gelingt recht einfach, indem das drehbare Teil 60 mit einem Vorsprung 68 versehen ist, hinter den der am Hebel 48 der Welle 16 angreifende Schenkelendabschnitt 46c der Schenkelfeder 46a greift. Damit ist die Schenkelfeder 46a (d. h. die Rückstellfeder 46) an ihrem einen Ende an dem drehbaren Teil 60 und an dem anderen Ende an dem Drehelement 32 verriegelt, wobei sich zusätzlich zwischen beiden Schenkelendabschnitten 46c der Hebel 48 der Drosselklappenwelle 16 befindet. Wegen der Verriegelung der Schenkelendabschnitte 46c ist der Hebel 48 beidseitig eingefangen und wird damit in beiden Drehrichtungen des Drehelements 32 von den Schenkelendabschnitten 46c mitgenommen.

Anhand der Fig. 20-23 soll nachfolgend auf ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Drosselklappen-Betätigungsvorrichtung 10'' eingegangen werden. Sofern die in den Fig. 20-23 gezeigten Einzelteile gleich den Einzelteilen der Betätigungsvorrichtung 10 der Fig. 1-6 sind, sind sie mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Im Unterschied zur Betätigungsvorrichtung 10 ist das Koppelelement 50 der Betätigungsvorrichtung 10'' mit einer Koppelfeder 70 versehen, die einerseits am Koppelelement 50 und andererseits am Drehelement 32 angreift. Diese Koppelfeder 70 wird bei in der Entriegelungsposition befindlichem Koppelelement 50 gespannt, wenn sich das Drehelement 32 in Folge der Betätigung des Fahrpedals 36 dreht. Die Funktion der Betätigungsvorrichtung 10'' im Normalzustand ist gleich der Funktion der Betätigungsvorrichtung 10. Im Normalzustand, d. h. bei in der Entriegelungsposition befindlichen Koppelelement 50 muß das Drehelement 32 über das Fahrpedal 36 gegen die Kraft sowohl der Rückstellfeder 44 als auch der Koppelfeder 70 bewegt werden. Kommt es in dem Betriebszustand (mittlere Gasstellung) der Fig. 20 zu einem Ausfall des Stellmotors 20, so wird die Drosselklappe 18 in Folge der Rückstellfeder 46 in ihre Schließstellung zurückbewegt (siehe Fig. 21). Die Steuerschaltung 28 erkennt wie bei der Betätigungsvorrichtung 10 der Fig. 1-6 anhand der Ausgangssignale des Drehwinkelgebers 42 und des Drehlagemeldeorgans 26, daß die Drosselklappenstellung nicht der Vorgabe gemäß dem Drosselklappen-Drehwinkel-Sollwertgeber 30 entspricht, weshalb der Aktuator 56 angesteuert wird, um das Koppelelement 50 freizugeben, das sich in Folge der Kraft der Rückstellfeder 46 bis in Anlage mit dem Hebel 48 der Welle 16 bewegt (siehe Fig. 22). Da die Koppelfeder 70 in dieser Position weiterhin gespannt ist, wird das Koppelelement 50 weiter in Richtung auf das Drehelement 32 bewegt, wobei es aufgrund seiner Anlage an dem Hebel 48 der Welle 16 die Drosselklappe 18 mitdreht. In der Endphase dieser Bewegung des Koppelelements 50 stellt sich die Situation gemäß Fig. 23 dar, in der das Koppelelement 50 an dem Drehelement 32 verriegelt ist. Eine derartige bidirektionale Verriegelung ist zwischen dem Koppelelement 50 und dem Hebel 48 nicht gegeben; vielmehr nimmt das Koppelelement 50 die Drosselklappe 18 lediglich bei Verdrehung des Drehelements 32 in Richtung maximaler Drehstellung mit. Insofern kann bei der Betätigungsvorrichtung 10'' der Fig. 20-23 in gleicher Weise wie bei der Betätigungsvorrichtung 10 ein Verklemmen der Drosselklappe 18 bzw. des Stellmotors 20 durch die Steuerschaltung 28 erkannt und der Motor zwangsabgeschaltet werden.

Anhand von Fig. 24 soll abschließend noch kurz auf ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Drosselklappen-Betätigungsvorrichtung 10''' eingegangen werden. Sofern die Einzelteile der Betätigungsvorrichtung 10''' denen der vorher beschriebenen Betätigungsvorrichtungen entsprechen, sind sie mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Bei der Betätigungsvorrichtung 10''' greift die auf die Drosselklappe 18 wirkende Rückstellfeder 46 nicht am Koppelelement 50 sondern am Gehäuse 12 an. An dem Koppelelement 50 greift eine Vorspannfeder 72 an, die mit ihrem anderen Ende ebenfalls mit dem Gehäuse 12 verbunden ist. Die Vorspannfeder 72 spannt das Koppelelement 50 in seine Kopplungsposition vor, in der es am Drehelement 32 bidirektional verriegelt ist und am Hebel 48 der Welle 16 anliegt, um den Hebel 48 bei einer Verdrehung des Drehelements 32 in Folge einer Gaspedal-Betätigung mitzunehmen und die Drosselklappe 18 zu öffnen. Die einzelnen Zwischenbetriebsstellungen der Betätigungsvorrichtung 10''' bei Ausfall des Stellmotors 20 sind entsprechend den einzelnen Betriebsstellungen, wie sie im Zusammenhang mit der Betätigungsvorrichtung 10'' anhand der Fig. 20-23 erläutert wurden.

Bezugszeichenliste

10

Betätigungsvorrichtung (1. Ausführungsbeispiel)

10

' Modifikation der Betätigungsvorrichtung gemäß erstem Ausführungsbeispiel

10

'' Betätigungsvorrichtung (2. Ausführungsbeispiel)

10

''' Betätigungsvorrichtung (3. Ausführungsbeispiel)

12

Gehäuse

14

Durchlaß

16

Welle

18

Drosselklappe

20

Stellmotor

22

Anschlag (Schließstellung der Drosselklappe)

24

Anschlag (maximale Öffnungsstellung der Drosselklappe)

26

Drehlagemeldeorgan für Drosselklappe

28

Steuerschaltung

30

Drosselklappen-Drehwinkel-Sollwertgeber

32

Drehelement

34

Seilzug

36

Fahrpedal

38

Anschlag (Ausgangsstellung des Drehelements)

40

Anschlag (maximale Drehstellung des Drehelements)

42

Drehwinkelgeber

44

Rückstellfeder für das Drehelement

46

Rückstellfeder für die Drosselklappe

46

a Schenkelfeder

46

b Schraubenfederabschnitt

46

c Schenkelendabschnitt

48

Hebel

50

Koppelelement

52

Anschlagelement für Koppelelement

54

Bewegungsvorrichtung

56

Aktuator

58

Ausnehmung (Verriegelung) im Drehelement

60

drehbares Teil

62

Pfeil

64

Sperrelement

66

Verriegelung des Koppelelements an der Drosselklappe

68

Vorsprung

70

Koppelfeder

72

Vorspannfeder

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Betätigung der Drosselklappe eines Verbrennungsmotors, mit

• - einem Gehäuse (12), das einen Durchlaß (14) aufweist, in dem sich eine Welle (16) mit einer an dieser befestigten Drosselklappe (18) befindet,
• - einem in dem Gehäuse (12) angeordneten Drosselklappen-Drehwinkel-Sollwertgeber (30) zur Vorgabe eines Drehwinkels der Drosselklappe (18) in Abhängigkeit von der Betätigung eines Fahrpedals (36), wobei der Drosselklappen-Drehwinkel-Sollwertgeber (30) ein Drehelement (32), das über ein Zugelement (34) mit dem Fahrpedal (36) koppelbar ist, ein Drehwinkelgeber (42) und mindestens eine Drehelement-Rückstellfeder (44) zum Zurückbewegen des Drehelements (32) in eine Ausgangsstellung bei nicht betätigtem Fahrpedal (36) aufweist,
• - einem ebenfalls in dem Gehäuse (12) angeordneten Stellglied (20) zum Verdrehen der Welle (16) der Drosselklappe (18),
• - einem Drehlagemeldeorgan (26) zum Ausgeben eines den Istwert der Drehstellung der Drosselklappenwelle (16) anzeigenden Ausgangssignals, wobei das Stellglied (20), das Drehlagemeldeorgan (26) und der Drehwinkelgeber (42) mit einer Steuerschaltung (28) zum Ansteuern des Stellgliedes (20) verbindbar sind,
• - einer Drosselklappen-Rückstellfeder (46) zum selbsttätigen Zurückbewegen der Welle (16) der Drosselklappe (18) in eine Drosselklappen-Ausgangsstellung,
• - einem Koppelelement (50) zum mechanischen Koppeln des Drehelements (32) des Drosselklappen-Drehwinkel-Sollwertgebers (30) mit der Welle (16) der Drosselklappe (18), wobei das Koppelelement (50) zwischen einer Entkopplungsposition, in der es weder mit dem Drehelement (32) noch mit der Drosselklappenwelle (16) gekoppelt ist, und einer Kopplungsposition bewegbar ist, in der es einerseits mit dem Drehelement (32) zum Mitnehmen durch das Drehelement (32) bei dessen Verdrehung in beiden Richtungen gekoppelt ist und andererseits mit der Drosselklappenwelle (16) zum Mitnehmen der Drosselklappenwelle (16) zumindest in zur Wirkung der Kraft der Drosselklappen-Rückstellfeder (46) entgegengesetzter Richtung koppelbar ist, und
• - einer Bewegungsvorrichtung (54) zum Bewegen des Koppelelements (50) aus der Entkopplungsposition in die Kopplungsposition, wobei die Bewegungsvorrichtung (54) von der Steuerschaltung (28) ansteuerbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelelement (50) in seiner Kopplungsposition mit der Drosselklappenwelle (16) derart gekoppelt ist, daß es die Drosselklappenwelle (16) bei einer durch die Drehelement-Rückstellfeder (44) erfolgenden Zurückbewegung des Drehelements (32) mitnimmt, und zwar in die Ausgangsstellung der Drosselklappe (18).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsvorrichtung (54) eine Vorspannfeder (46; 70; 72) zum Vorspannen des Koppelelements (50) in die Kopplungsposition und ein gesteuert bewegbares Anschlagelement (52) aufweist, das in einer Aktivierstellung das Koppelelement (50) gegen die Vorspannkraft der Vorspannfeder (46; 70; 72) in dessen Entkopplungsposition hält und in einer Deaktivierstellung zum Freigeben des Koppelelements (50) aus dessen Bewegungsbahn heraus bewegbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannfeder für das Koppelelement (50) und die Rückstellfeder (46) für die Drosselklappe (18) von einer gemeinsamen Feder gebildet sind, die zwischen der Drosselklappenwelle (16) und dem Koppelelement (50) angeordnet ist und in jeder Drehstellung der Drosselklappenwelle (16) eine Vorspannkraft zum Bewegen des Koppelelements (50) aus der Entkopplungsposition in die Kopplungsposition aufbringt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder eine Schenkelfeder (46a) mit einem Schraubenfederabschnitt (46b) und zwei von deren beiden Enden im wesentlichen radial abstehenden Schenkelendabschnitten (46c) ist, wobei unter Spannung der Schenkelfeder (46a) dessen einer Schenkelendabschnitt (46c) an einem mit der Drosselklappenwelle (16) verbundenen Hebel (48) anliegt, während der andere Schenkelendabschnitt (46c) der Torsionsfeder (46a) das Koppelelement (50) bildet und in der Kopplungsposition an dem Drehelement (32) verriegelt ist sowie in der Entkopplungsposition sich außer Eingriff mit dem Drehelement (32) befindend an dem Anschlagelement (50) anliegt, wobei sich der das Koppelelement (50) bildende Schenkelendabschnitt (46c) der gespannten Schenkelfeder (46a) in der Deaktivierstellung des Anschlagelements (50) in die Kopplungsposition zum mechanischen Koppeln mit dem Drehelement (32) bewegt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfeder (46) für die Drosselklappe (18) zwischen der Drosselklappenwelle (16) und dem Koppelelement (50) angeordnet ist und daß eine weitere Feder (70) vorgesehen ist, die zwischen dem Koppelelement (50) und dem Drehelement (32) angeordnet ist und das Koppelelement (50) in Richtung auf das Drehelement (32) vorspannt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannfeder (72) zwischen dem Koppelelement (50) und dem Gehäuse (12) angeordnet ist, wobei die Vorspannkraft der Vorspannfeder (72) entgegengesetzt zur Rückstellkraft der mindestens einen Drehelement-Rückstellfeder (44) gerichtet und kleiner als diese Rückstellkraft ist.