DE19842807A1 - Vorrichtung zum Öffnen und Schließen der Drosselklappe eines Verbrennungsmotors und damit ausgerüsteter Kraftfahrzeugverbrennungsmotor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Dros­ selklappen für Verbrennungsmotoren und insbesondere eine Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer Drosselklappe, die für die Steuerung der in einem Verbrennungsmotor angesaugten Luftdurchflußmenge verwendet wird, und einen damit ausgerüsteten Kraftfahrzeugverbrennungsmotor.

Die Ausgangsleistung eines Kraftfahrzeugmotors wird normalerweise durch Öffnen und Schließen einer Drossel­ klappe gesteuert, die mit einem von einem Fahrer betätig­ ten Fahrpedal mechanisch verbunden ist. Die Drosselklappe ist in einem Luftansaugkanal des Motors angeordnet und wird in der Weise für die Steuerung der Ausgangsleistung des Motors verwendet, daß mit ihr die Ansaugluftdurch­ flußmenge eingestellt wird.

Eine Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer Drossel­ klappe ist beispielsweise aus der JP 150449-A (1988) bekannt. Diese Vorrichtung enthält eine Steuereinheit, die die Öffnung einer Drosselklappe als Antwort auf einen Befehl bestimmt, der die vom Motor angeforderte Last angibt, einen Motor zum Antreiben der Drosselklappe, um deren Öffnung auf einen Wert zwischen der vollständig geschlossenen Stellung und der vollständig geöffneten Stellung einzustellen, eine Rückstellfeder, die die Drosselklappe in Klappenschließrichtung vorbelastet, sowie ein elastisches Element, das die Drosselklappe in Klappenöffnungsrichtung zieht.

Die Klappenschubkraft der Rückstellfeder ist kleiner als die Klappenzugkraft des elastischen Elements, ferner ist die Motorantriebskraft zum Schließen der Drosselklappe kleiner als die Klappenzugkraft des elastischen Elements. Wenn daher der Motor die Drosselklappe nicht antreibt, wird sie durch die Rückstellfeder in Schließrichtung bewegt, wobei die Stellung der Drosselklappe automatisch in eine Gleichgewichtsstellung eingestellt wird, die durch die Schub kraft der Rückstellfeder und durch die Zugkraft des elastischen Elements bestimmt ist. Außerdem ist die Öffnung in der eingestellten Stellung der Dros­ selklappe vorgegeben, um eine minimale Ansaugluftdurch­ flußmenge sicherzustellen, die zum Anlassen des Motors bei niedriger Temperatur ausreicht, und um einen Antrieb des Fahrzeugs selbst dann zu ermöglichen, wenn die An­ triebskraft des Motors, etwa bei einem Defekt des Motors, nicht erzeugt werden kann.

Aus dem Patent US 4.991.552 ist eine weitere Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer Drosselklappe bekannt, mit der die Drehzahl im Leerlaufbetrieb eines Verbrennungsmo­ tors eingestellt werden kann. In dieser Vorrichtung sind ein erster Hebelmechanismus und ein zweiter Hebelmecha­ nismus vorgesehen, ferner wird auf die Welle einer Dros­ selklappe in Klappenöffnungsrichtung eine Antriebskraft ausgeübt.

Der erste Hebelmechanismus wird durch einen Elektromotor oder durch einen Luftaktuator angetrieben und zur Ein­ stellung der Drehzahl im Leerlaufbetrieb verwendet. Der erste Hebelmechanismus ist so beschaffen, daß er die Drosselklappe aus der vollständig geschlossenen Stellung um ungefähr 25° öffnet. Hingegen öffnet und schließt der zweite Hebelmechanismus die Drosselklappe als Antwort auf eine Fahrpedalbetätigung durch einen Fahrer, wobei der durch den ersten Hebelmechanismus ausgeführte Betrieb gegenüber dem vom zweiten Hebelmechanismus ausgeführten Klappenöffnungsbetrieb Vorrang hat.

Darüber hinaus üben der erste und der zweite Hebelmecha­ nismus die Kraft auf die Drosselklappe nur in Öffnungs­ richtung aus, während die Kraft in Schließrichtung durch eine Rückstellfeder ausgeübt wird.

In heutigen Kraftfahrzeugen wird die Sollausgangsleistung durch Steuern der Öffnung der Drosselklappe zwischen dem vollständig geschlossenen Zustand und dem vollständig geöffneten Zustand erzeugt. Wegen der Abgasreinigung und wegen anderer Gründe ist es wünschenswert, das Luft-/­ Kraftstoffverhältnis genau zu steuern. Insbesondere ist in einem Direkteinspritzungsmotor die genaue Steuerung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses wünschenswert, um eine Schichtladungsverbrennung und eine gleichmäßige Verbren­ nung geeignet und wirksam nutzen zu können. Daher muß die Öffnung der Drosselklappe so gesteuert werden, daß sie dem Befehlswert zwischen der vollständig geschlossenen Stellung und der vollständig geöffneten Stellung genau folgt.

Weiterhin ist es wünschenswert, eine redundante Einrich­ tung zum Schließen der Drosselklappe vorzusehen. Wenn bei vorhandener redundanter Einrichtung eine der Einrichtun­ gen ausfällt, kann die Drosselklappe schnell in die vorgegebene Stellung (im folgenden als Ausgangsstellung bezeichnet) geschlossen werden, um zu verhindern, daß das Fahrzeug unkontrolliert beschleunigt.

Um in der ersten der beiden obigen herkömmlichen Techni­ ken den Zustand zu halten, in dem die Drosselklappe in der Ausgangsstellung leicht geöffnet ist, sind die Klap­ penschubeinrichtung und die Klappenzugeinrichtung, die in zueinander entgegengesetzten Richtungen Kräfte auf die Drosselklappe ausführen, d. h. die Rückstellfeder und das elastische Element, vorgesehen. Obwohl die Steuerung der Öffnung in der Weise, daß sie dem Befehlswert folgt, vergleichsweise einfach ist, falls nur eine der beiden Einrichtungen wirkt, kann die Steuereinheit dann, wenn die andere Einrichtung zu wirken beginnt, die Drossel­ klappe nicht in der Weise steuern, daß diese dem Aus­ gangsleistungs-Befehlswert als Antwort auf die Änderungen der von den beiden Einrichtungen erzeugten Kräfte schnell folgt, so daß die Verzögerung gegenüber dem Befehl zu­ nimmt. Dadurch verschlechtert sich die Genauigkeit und das Ansprechverhalten bei der Steuerung der Ausgangslei­ stung.

Andererseits berücksichtigt in der Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer Verbrennungsmotor-Drosselklappe gemäß der zweiten der obengenannten herkömmlichen Techniken die Steuerung der Öffnung der Drosselklappe die Fahrbedingun­ gen des Fahrzeugs nicht, statt dessen wird nur der Leer­ laufbetrieb des Motors berücksichtigt. In dieser Vorrich­ tung zum Einstellen der Leerlaufmotordrehzahl wird die Klappenschubkraft auf die Drosselklappe durch eine Rück­ stellfeder ausgeübt, wobei die Steuereinheit die Stellung der Drosselklappe in der Ausgangsstellung hält, um sie geringfügig zu öffnen. Da jedoch diese Steuereinheit dazu vorgesehen ist, die Leerlaufdrehzahl einzustellen, steu­ ert sie die Drosselklappe nur in einem Bereich vom voll­ ständig geschlossenen Zustand bis zu einem um ungefähr 25° geöffneten Zustand. Falls die Drosselklappe unter Verwendung dieser Vorrichtung zum Einstellen der Leer­ laufdrehzahlen vom vollständig geschlossenen Zustand bis zum vollständig geöffneten Zustand (90°) gesteuert wird, wird aufgrund von Beschränkungen aufgrund des Oszillati­ onsbereichs der Hebelmechanismen die Größe des Hebelme­ chanismus unvermeidlich größer, so daß die Verwendung dieser Vorrichtung in einem Kraftfahrzeug unpraktisch wird.

Falls darüber hinaus der Klappenschließbetrieb wie in der letztgenannten Vorrichtung lediglich durch die Rückstell­ feder ausgeführt wird, besteht die Möglichkeit, daß die Drosselklappe nicht geschlossen werden kann, falls die Rückstellfeder gebrochen ist. Falls ferner ein schneller Schließbetrieb der Drosselklappe erforderlich ist, ist die Ansprechzeit groß, da die Drosselklappe nur durch die Rückstellfeder angetrieben wird, so daß sie möglicher­ weise nicht innerhalb der notwendigen Zeitdauer geschlos­ sen werden kann. Falls eine große Rückstellfederkraft verwendet wird, steigt die zum Öffnen der Drosselklappe erforderliche Last an, wodurch der Klappenöffnungsbetrieb verzögert wird. Zur Lösung dieses Problems der Verzöge­ rung des Klappenöffnungsbetriebs muß die Größe der Dros­ selklappen-Antriebseinrichtung erhöht werden (falls ein Motor verwendet wird, sollte die Größe des Motors erhöht werden).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung zum Öffnen und Schließen einer Drosselklappe eines Verbrennungsmotors und einen damit ausgerüsteten Kraft­ fahrzeugverbrennungsmotor zu schaffen, bei denen die Drosselklappe ohne Klappenantriebskraft etwas geöffnet gehalten werden kann und die Öffnung der Drosselklappe in der Weise gesteuert werden kann, daß diese dem Befehls­ wert zum Öffnen der Drosselklappe mit minimaler Verzöge­ rung folgt, und bei denen eine Antriebseinrichtung zum Steuern der Öffnung der Drosselklappe die Drosselklappe im gesamten Bereich vom vollständig geschlossenen Zustand zum vollständig geöffneten Zustand und vom vollständig geöffneten Zustand zum vollständig geschlossenen Zustand steuern kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer Drosselklappe eines Verbrennungsmotors nach einem der Ansprüche 1 und 3 bzw. durch einen damit ausgerüsteten Kraftfahrzeugver­ brennungsmotor nach Anspruch 14. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung enthält die Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer Drosselklappe zum Einstellen der Ansaugluftdurchflußmenge in einen Verbrennungsmotor in einem Bereich vom vollständig geöff­ neten Zustand bis zum vollständig geschlossenen Zustand, eine Antriebseinrichtung, die die Drosselklappe antreibt, und eine Steuereinrichtung, die die Öffnung der Drossel­ klappe in der Weise steuert, daß diese dem Befehlswert zum Öffnen der Drosselklappe folgt, wobei die Drossel­ klappe in einer Ausgangsstellung gehalten wird, in der sie in einem vorgegebenen geringen Ausmaß geöffnet ist, wenn auf sie keine Antriebskraft der Antriebseinrichtung wirkt, und die Drosselklappe von der Antriebseinrichtung aus der Ausgangsstellung heraus in der Weise angetrieben wird, daß sie zunächst eine vorgeschriebene minimale Öffnung erreicht, die kleiner als die Öffnung in der Ausgangsstellung ist, und sich dann zu öffnen beginnt.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung enthält die Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer Drosselklappe zum Einstellen der Ansaugluftdurchflußmenge in einen Verbrennungsmotor in einem Bereich vom vollständig geöff­ neten Zustand bis zum vollständig geschlossenen Zustand, eine Antriebseinrichtung, die die Drosselklappe antreibt, und eine Steuereinrichtung, die die Öffnung der Drossel­ klappe in der Weise steuert, daß diese dem Befehlswert zum Öffnen der Drosselklappe folgt, wobei die An­ triebseinrichtung eine Klappenöffnungsänderungs-Vorgabe­ einrichtung und eine Betriebseinrichtung zum Betreiben der Klappenöffnungsänderungs-Vorgabeeinrichtung enthält und die Klappenöffnungsänderungs-Vorgabeeinrichtung die Drosselklappe in einer Ausgangsstellung hält, in der die Drosselklappe um ein vorgegebenes Ausmaß geöffnet gehal­ ten wird, wenn die Antriebskraft der Betriebseinrichtung nicht auf die Klappenöffnungsänderungs-Vorgabeeinrichtung wirkt, und die Drosselklappe in der Weise antreibt, daß sie zunächst geschlossen wird und eine vorgeschriebene Minimalöffnung erreicht und dann über die Ausgangsstel­ lung in eine geöffnete Stellung bewegt wird.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung enthält die Vorrichtung eine Kraftbeaufschlagungseinrichtung, die auf die Drosselklappe in Schließrichtung der Drosselklappe eine Kraft ausübt, so daß die Drosselklappe dann, wenn auf sie keine Antriebskraft von der Antriebseinrichtung wirkt, in der Ausgangsstellung gehalten wird, in der sie um ein vorgegebenes Ausmaß geöffnet ist.

Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung ist die Be­ triebseinrichtung in der Antriebseinrichtung ein Motor und ändert die Klappenöffnungsänderungs-Vorgabeeinrich­ tung die Öffnung der Drosselklappe aus der vorgegebenen Ausgangsstellung in die vollständig geöffnete Stellung über die Stellung mit vorgeschriebener minimaler Öffnung, während sich der Motor im wesentlichen um mehr als 180° dreht.

Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung ist eine Welle des Motors parallel zu der Welle der Drosselklappe ange­ ordnet, enthält die Klappenöffnungsänderungs-Vorgabeein­ richtung ein Drehelement, das mit der Welle des Motors verbunden ist, ein Kraftübertragungselement, das mit dem Drehelement verbunden ist, und ein Klappenantriebs­ element, das mit dem Kraftübertragungselement und mit der Welle der Drosselklappe verbunden ist, und ändert ein Differentialquotient aus dem Drehwinkel des Motors und dem Abstand zwischen der Welle des Motors und dem Ende des Kraftübertragungselements auf seiten der Dros­ selklappe einmal sein Vorzeichen.

Gemäß einem sechsten Aspekt der Erfindung ist das Dreh­ element ein Nocken mit einem Führungsabschnitt zum Umset­ zen des Drehwinkels des Motors in die Öffnung der Dros­ selklappe, ist das Kraftübertragungselement ein Arm, wovon ein Ende mit dem Führungsabschnitt in Eingriff ist und das andere Ende mit der Welle der Drosselklappe verbunden ist, und ist der Differentialquotient aus dem Drehwinkel des Motors und dem Abstand zwischen einer Drehwelle des Nockens und dem Führungsabschnitt in einem Teil des Drehbereichs des Motors positiv und im verblei­ benden Drehbereich des Motors negativ.

Gemäß einem siebten Aspekt der Erfindung ist das Drehele­ ment eine Kurbel, die von dem Motor angetrieben wird, ist das Klappenantriebselement eine Kurbel, die die Welle der Drosselklappe dreht, und ist das Kraftübertragungselement eine Verbindung, die mit den beiden Kurbeln verbunden ist, und ist die Kraftbeaufschlagungseinrichtung eine Feder, die die Welle der vom Motor angetriebenen Kurbel in einer Richtung mit einer Kraft beaufschlagt.

Gemäß einem achten Aspekt der Erfindung sind der Verbin­ dungspunkt der Welle des Motors mit der als das Drehele­ ment wirkenden Kurbel, der Verbindungspunkt der als das Drehelement wirkenden Kurbel mit der Verbindung und der Verbindungspunkt der Verbindung mit der als das Klappen­ antriebselement wirkenden Kurbel bei der vorgeschriebenen minimalen Öffnung der Drosselklappe in einer Reihe ange­ ordnet.

Gemäß einem neunten Aspekt der Erfindung enthält ein Kraftfahrzeugverbrennungsmotor mehrere Zylinder, ein Kraftstoffzufuhrsystem zum Zuführen von Kraftstoff in jeden der mehreren Zylinder, eine Drosselklappe zum Einstellen der Ansaugluftdurchflußmenge in den Verbren­ nungsmotor und eine Vorrichtung zum Öffnen und Schließen der Drosselklappe in einem Bereich vom vollständig geöff­ neten Zustand in den vollständig geschlossenen Zustand, wobei die Vorrichtung zum Öffnen und Schließen der Dros­ selklappe eine Antriebseinrichtung zum Antreiben der Drosselklappe sowie eine Steuereinrichtung zum Steuern der Öffnung der Drosselklappe in der Weise, daß sie den Befehlswerten für die Öffnung der Drosselklappe folgt, enthält, wobei die Antriebseinrichtung eine Klappenöff­ nungsänderungs-Vorgabeeinrichtung sowie eine Betriebsein­ richtung zum Betreiben der Klappenöffnungsänderungs-Vor­ gabeeinrichtung enthält, die Klappenöffnungsänderungs-Vor­ gabeeinrichtung die Drosselklappe in einer Ausgangs­ stellung hält, in der sie um ein vorgegebenes Ausmaß geöffnet ist, wenn die Antriebskraft der Betriebseinrich­ tung nicht auf die Klappenöffnungsänderungs-Vorgabeein­ richtung wirkt, und die Klappenöffnungsänderungs-Vorgabe­ einrichtung die Drosselklappe in der Weise antreibt, daß sie sich zunächst schließt und dann eine vorgeschriebene minimale Öffnung erreicht und sich dann über die Aus­ gangsstellung hinweg zu öffnen beginnt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deut­ lich beim Lesen der folgenden Beschreibung zweckmäßiger Ausführungen, die auf die beigefügte Zeichnung Bezug nimmt; es zeigen:

Fig. 1A-1C den Aufbau einer Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer Drosselklappe gemäß einer er­ sten Ausführung der Erfindung;

Fig. 2A, 2B Betriebszustände einer Drosselklappe gemäß der ersten Ausführung;

Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Beziehung zwischen der Stellung der Drosselklappe und dem Drehwinkel des Motors;

Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung eines Beispiels eines Drehmomentübertragungssystems der Er­ findung;

Fig. 5 ein Diagramm zur Erläuterung eines weiteren Beispiels eines Drehmomentübertragungssystems der Erfindung;

Fig. 6A-6C den Aufbau der Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer Drosselklappe gemäß einer zweiten Ausführung der Erfindung sowie Be­ triebszustände dieser Vorrichtung;

Fig. 7A, 7B Seitenschnittansichten zur Erläuterung des Aufbaus und der Betriebszustände einer Vor­ richtung zum Öffnen und Schließen einer Dros­ selklappe gemäß einer dritten Ausführung der Erfindung;

Fig. 8 eine Draufsicht der Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer Drosselklappe nach Fig. 7;

Fig. 9 eine perspektivische Schnittansicht des Verbindungsteils eines Verbindungsgliedes und einer Kurbel in der Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer Drosselklappe nach Fig. 7;

Fig. 10 einen schematischen Blockschaltplan eines Steuersystems für die Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer Drosselklappe der Erfin­ dung;

Fig. 11 ein Diagramm zur Erläuterung des zeitlichen Ansprechverhaltens der Drosselklappe, wenn diese aus der vollständig geöffneten Stellung in die Ausgangsstellung angetrieben wird;

Fig. 12 eine erläuternde Darstellung des Aufbaus eines Verbrennungsmotors, der eine Vorrich­ tung zum Öffnen und Schließen einer Drossel­ klappe gemäß einer der ersten bis dritten Ausführungen verwendet; und

Fig. 13 eine Ansicht zur Erläuterung von zeitlichen Änderungen des Befehlswertes für die Klappen­ öffnung sowie tatsächlicher Änderungen der Klappenöffnung, wenn ein Fahrer auf ein Fahr­ pedal tritt.

Zunächst wird eine erste Ausführung der Erfindung be­ schrieben. Fig. 1A ist ein Aufriß zur Erläuterung des Aufbaus einer Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer Drosselklappe gemäß der ersten Ausführung, während Fig. 1B eine Seitenansicht ist, die die Anordnung eines Motors, einer Rückstellfeder und eines Nockens in dieser Vorrichtung zeigt, wobei der Nocken ebenfalls im Aufriß gezeigt ist. Ferner zeigt Fig. 1C einen beispielhaften Aufbau des Nockens. Fig. 2A zeigt einen Zustand, in dem sich die Drosselklappe in der vollständig geöffneten Stellung befindet, während Fig. 2B einen Zustand zeigt, in dem die Drosselklappe in der Anfangsstellung gehalten wird.

In dieser Ausführung werden der Motor 20, der Nocken 11, ein Arm 12 und ein Klappenzahnrad 13 als Antriebseinrich­ tung verwendet, die die Drosselklappe 14 aus der voll­ ständig geschlossenen Stellung in die vollständig geöff­ nete Stellung antreibt. Der Nocken 11, der Arm 12 und das Klappenzahnrad 13 bilden einen Kraftübertragungsmechanis­ mus zum Übertragen der Drehkraft des Motors 20 an die Welle der Drosselklappe 14. Genauer können der Nocken 11, das Klappenzahnrad 13 und der Arm 12 als mit der Welle des Motors 20 verbundenes Drehelement, als mit der Welle der Drosselklappe verbundenes Klappenantriebselement bzw. als Kraftübertragungselement zum Übertragen der Antriebs­ kraft an das Drehelement angesehen werden.

Im folgenden wird der genaue Aufbau dieser Vorrichtung zum Öffnen und Schließen der Drosselklappe erläutert. Der Nocken 11, in dem eine im wesentlichen spiralförmige Nut ausgebildet ist, ist an der Welle des Motors 20 befe­ stigt, während die Rückstellfeder 21, die als Kraftbeauf­ schlagungseinrichtung verwendet wird, um den Nocken 22 in Antriebsrichtung der Drosselklappe aus der vollständig geöffneten Stellung in die vollständig geschlossene Stellung anzutreiben, mit dem Nocken 20 verbunden ist. In die spiralförmige Nut des Nockens 11 ist ein Folger 17, der längs der Nut des Nockens 11 gleiten kann, eingesetzt und am Arm 12 befestigt. Der Folger 17 wird in die innere Seitenwand der Nut durch die Kraft geschoben, die von einer Feder 16 in Richtung zur Mitte des Nockens 11 erzeugt wird. Im Arm 12 ist ein Langloch 12a ausgebildet, in das ein vorstehender Teil 18 der Motorwelle eingesetzt ist. Im Endabschnitt des Arms 12 sind Zähne in einer Reihe angeordnet (in Form einer Zahnstange) und mit dem an der Klappenwelle befestigten Klappenzahnrad 13 in Eingriff. Zur Sicherung der Verbindung wird der Arm 12 durch eine Feder 15 zum Klappenzahnrad 13 geschoben. Daher ist der Arm 12 auf eine horizontale Bewegung durch den vorstehenden Teil 18, das Klappenzahnrad 3 und die Feder 15 beschränkt. Die Drosselklappe 14 und das Klap­ penzahnrad 13 sind koaxial miteinander verbunden.

Wenn der Nocken 11 durch den Motor 20 gedreht wird, bewegt sich der am Folger 17 befestigte Arm 12, so daß die Drosselklappe 14 über das Klappenzahnrad 13 gedreht wird. Durch die gedrehte Drosselklappe 14 wird ein in den Verbrennungsmotor führender Luftansaugkanal 19 geöffnet oder geschlossen.

Die Anordnung des Nockens 11 und des Motors 20 ist in Fig. 1B gezeigt. Ein Ende der Rückstellfeder 21 ist an einem Gehäuse 10 befestigt, wobei die Rückstellfeder 21 eine Federkraft im Uhrzeigersinn in Fig. 1A erzeugt. Das Drehmoment der Rückstellfeder 21 steigt linear mit der Zunahme des Drehwinkels des Motors 20 an.

Wenn der Motor 20 ein Drehmoment erzeugt, das größer als dasjenige der Rückstellfeder 21 ist, beginnt sich der Nocken 11 zu drehen (im Gegenuhrzeigersinn in Fig. 1A), wobei sich der Folger 17 zum Drehzentrum des Motors (nach rechts in Fig. 1A) bewegt. Folglich arbeitet der Arm 12 in der Weise, daß er die Drosselklappe 14 öffnet. Zum Schließen der Drosselklappe 14 wird der Nocken 11 durch den Motor in entgegengesetzter Richtung gedreht. Da sich somit der Folger 17 aus der Mitte des Nockens 11 zurück­ zieht, bewegt sich die Drosselklappe 14 in Schließrich­ tung. Falls sich daher der Folger 17 zum Zentrum des Nockens 11 bewegt, wird die Drosselklappe 14 geöffnet, während sie geschlossen wird, wenn er sich vom Zentrum des Nockens 11 entfernt. Falls ein schnelles Schließen der Drosselklappe 14 nicht erforderlich ist, kann die Klappe 14 durch Drehen des Nockens 11 mit dem Motor­ drehmoment, das kleiner als dasjenige der Rückstellfeder 21 ist, in der zur Öffnungsrichtung entgegengesetzten Richtung geschlossen werden.

In Fig. 1C ist ein Aufriß zur Erläuterung der Struktur des Nockens 11 gezeigt. Der Winkel des Nockens 11 ist an dem im äußeren Bereich des Nockens 11 befindlichen Endab­ schnitt der Nut durch 0° definiert. Die Nut verläuft in Auswärtsrichtung des Nockens 11, bis der Winkel des Nockens 11 gleich dem Winkel A ist, so daß der Abstand zwischen der Mitte des Nockens 11 und der Nut ansteigt. Ab dem Winkel A bis zum Winkel B ist die Nut spiralför­ mig, so daß der Abstand zwischen der Mitte des Nockens 11 und der Nut allmählich abnimmt. Falls daher der Abstand zwischen der Mitte des Nockens 11 und der Nut nach dem Drehwinkel des Nockens 11 differenziert wird, ist das Vorzeichen des Differentialquotienten zwischen dem Winkel von 0° und dem Winkel A positiv und zwischen dem Winkel A und dem Winkel B negativ. Die Stellung der Drosselklappe 14 ist beim Winkel A die nahezu vollständig geschlossene Stellung. Um die Drosselklappe bis zum Winkel B vollstän­ dig zu öffnen, ist die Differenz zwischen dem Abstand von der Nut zur Mitte des Nockens 11 beim Winkel A und dem Abstand von der Nut zur Mitte des Nockens 11 beim Winkel B gleich dem Produkt aus dem Durchmesser des Klappenzahn­ rades 13 und dem Betätigungswinkel der Drosselklappe 14 (mit der Einheit [rad]) gesetzt. Ähnlich ist der Abstand zwischen der Nut und der Mitte des Nockens 11 beim Winkel von 0° gleich dem Produkt aus dem Durchmesser des Klap­ penzahnrades 13 und dem vorgegebenen Ausgangswinkel gesetzt.

Der Abstand zwischen dem Folger 17 und der Welle der Drosselklappe 14 nimmt in dem Intervall zwischen dem Winkel von 0° und dem Winkel A zu und nimmt in dem Inter­ vall zwischen dem Winkel A und dem Winkel B ab. Falls daher dieser Abstand nach dem Drehwinkel des Motors 20 differenziert wird, ist das Vorzeichen des Differenzial­ quotienten am Anfang des Drehwinkels positiv und ab dem Winkel A negativ.

Fig. 1A zeigt einen Zustand, in dem die Drosselklappe 14 vollständig geschlossen ist, während Fig. 2A einen Zu­ stand zeigt, in dem die Drosselklappe 14 aufgrund des vom Motor 20 erzeugten Drehmoments vollständig geöffnet worden ist. Fig. 2B zeigt den Nocken 11, der durch die Rückstellfeder 21 in die Ausgangsstellung zurückgestellt worden ist, wenn die Leistungsquelle des Motors 20 ausge­ schaltet ist.

In Fig. 3 gibt die Kurve 61 die Beziehung zwischen dem Drehwinkel des Motors 20 und der Öffnung der Drossel­ klappe 14 an. Wenn der Drehwinkel des Motors 20 und des Nockens 11 0° ist, ist die Stellung der Drosselklappe 14 die Ausgangsstellung. Die Drosselklappe 14 wird zunächst vollständig geschlossen und dann bei ansteigendem Dreh­ winkel vollständig geöffnet. Im Normalbetrieb eines Fahrzeugs wird die Drosselklappe 14 im Bereich zwischen der vollständig geschlossenen Stellung und der vollstän­ dig geöffneten Stellung betrieben. Andererseits ist die Drosselklappe 14 im Leerlaufbetrieb des Motors in der nahezu vollständig geschlossenen Stellung oder Ausgangs­ stellung.

Falls die Nut des Nockens 11 die Form einer Evolventen­ kurve besitzt, kann die durch die Kurve 61 in Fig. 3 gezeigte lineare Klappenöffnungskennlinie erhalten wer­ den. Mit der linearen Kennlinie der Kurve 61 wird die Drosselklappe 14 einfach steuerbar.

In den Diagrammen (A) bis (E) von Fig. 4 ist der Drehmo­ mentübertragungsweg gezeigt: Das Drehmoment wird vom Motor 20 in der Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer Drosselklappe in dieser Ausführung erzeugt und mit dem Drehmoment der Rückstellfeder 21 kombiniert, worauf­ hin das kombinierte Drehmoment einer Drehzahlunterset­ zungsoperation im Kraftübertragungssystem unterworfen wird und das sich ergebende Drehmoment an die Drossel­ klappe 14 übertragen wird. Das Vorzeichen des Drehmoments in Richtung aus der vollständig geschlossenen Stellung in die vollständig geöffnete Stellung sowie das Vorzeichen des Drehmoments in der entgegengesetzten Richtung sind durch (+) bzw. (-) gegeben. Im folgenden wird der Drehmo­ mentübertragungsweg im einzelnen erläutert.

Das Diagramm (A) zeigt die Beziehung zwischen dem vom Motor 20 erzeugten Drehmoment und der Stellung der Dros­ selklappe 14, die dem Drehwinkel des Motors 20 ent­ spricht. Das vom Motor 20 erzeugte Drehmoment ist unab­ hängig vom Drehwinkel des Motors 20 konstant. Außerdem kann der Motor 20 ein beliebiges Drehmoment zwischen dem maximal möglichen Drehmoment in (+)-Richtung (Linie 81) und dem entgegengesetzten maximal möglichen Drehmoment in (-)-Richtung (Linie 82) erzeugen. Darüber hinaus zeigt die Linie 83 im Diagramm (B) die Beziehung zwischen dem Drehmoment der Rückstellfeder 21 und der Stellung der Drosselklappe 14, die dem Drehwinkel des Motors 20 ent­ spricht.

Die Rückstellfeder 21 erzeugt ein Drehmoment, das größer als dasjenige ist, das für die Rückstellung der Drossel­ klappe 14 in die Anfangsstellung (Ausgangsstellung) notwendig ist. Das Drehmoment von der Rückstellfeder 21 wirkt ständig auf den Nocken 11 in (-)-Richtung und erhöht den Drehwinkel des Motors 20 proportional.

Das Diagramm (C) zeigt das an das Kraftübertragungssystem übertragene Drehmoment. Da die Rückstellfeder 21 mit dem Motor 20 verbunden ist, ist das an das Kraftübertragungs­ system übertragene Drehmoment gleich dem kombinierten Drehmoment aus dem vom Motor 20 erzeugten Drehmoment und dem von der Rückstellfeder 21 erzeugten Drehmoment. Bei der Drehung des Motors 20 in (+)-Richtung nimmt das kombinierte Drehmoment bei zunehmendem Drehwinkel ab (Linie 84), da das von der Rückstellfeder 21 erzeugte Drehmoment proportional zum Drehwinkel des Motors 20 ansteigt. Andererseits nimmt bei einer Drehung des Motors 20 in (-)-Richtung der Absolutwert des kombinierten Drehmoments bei ansteigendem Drehwinkel zu (Linie 85), da die Richtung des Drehmoments von der Rückstellfeder 21 gleich derjenigen des vom Motor 20 erzeugten Drehmoments ist.

Das Diagramm (D) zeigt das Drehzahluntersetzungsverhält­ nis im Kraftübertragungssystem. In dieser Ausführung ist das Drehzahluntersetzungsverhältnis im Bereich von der Ausgangsstellung, d. h. ab dem Winkel von 0° des Motors 20, bis zur vollständig geschlossenen Stellung der Dros­ selklappe 14 auf einen großen Wert gesetzt und im Bereich des Drehwinkels oberhalb desjenigen, der für die voll­ ständig geschlossene Stellung festgesetzt ist, auf einen kleinen Wert gesetzt, wie durch den Graphen 86 gezeigt ist. Das an das Kraftübertragungssystem übertragene Drehmoment wird durch das Drehzahluntersetzungsverhältnis erhöht und auf die Drosselklappe 14 ausgeübt. Das auf die Drosselklappe 14 ausgeübte Drehmoment ist zum Drehzahlun­ tersetzungsverhältnis proportional.

Das Diagramm (E) zeigt das vom Kraftübertragungssystem an die Drosselklappe 14 übertragene Drehmoment. Entsprechend dem durch den Graphen 86 gezeigten Drehzahluntersetzungs­ verhältnis ist das an die Drosselklappe 14 übertragene Drehmoment wie durch die Graphen 89 und 90 gezeigt im Bereich zwischen dem Drehwinkel von 0° und dem Drehwinkel der vollständig geschlossenen Stellung der Drosselklappe 14 sowohl in (+)- als auch (-)-Richtung groß und ab dem Drehwinkel der vollständig geschlossenen Stellung der Drosselklappe 14 klein. Das übertragene Drehmoment wird auf die Drosselklappe 14 in (+)- oder (-)-Richtung ausge­ übt, wodurch die Drosselklappe 14 angetrieben wird.

Falls der Motor das Drehmoment in Schließrichtung nicht erzeugt, ist das auf die Drosselklappe 14 ausgeübte Drehmoment lediglich durch das Drehmoment der Rückstell­ feder 21 gegeben, wie durch den Graphen 92 gezeigt ist. Da dieses Drehmoment kleiner als das kombinierte Drehmo­ ment aus dem vom Motor 20 erzeugten Drehmoment und dem von der Rückstellfeder 21 erzeugten Drehmoment (Graph 90) ist, wird die Rückstelldauer für die Drosselklappe 14 verlängert. Dieses Drehmoment ist jedoch groß genug, um die Drosselklappe 14 in die Ausgangsstellung zurückzudre­ hen. In Fig. 11 sind für den Fall, daß nur das Drehmoment von der Rückstellfeder 21 auf die Drosselklappe 14 ausge­ übt wird, zeitliche Änderungen der Klappenbewegung aus der vollständig geöffneten Stellung in die Ausgangsstel­ lung im Vergleich zu dem Fall gezeigt, in dem das kombi­ nierte Drehmoment aus dem vom Motor 20 erzeugten Drehmo­ ment und aus dem von der Rückstellfeder 21 erzeugten Drehmoment auf die Drosselklappe ausgeübt wird.

Obwohl die Form der Nut im Nocken 11 dieser Ausführung durch eine Evolventen-Spiralkurve gegeben ist, kann bei Verwendung einer anderen Spiralkurve auch die in Fig. 3 durch die Kurve 62 bezeichnete nichtlineare Kennlinie verwirklicht werden. Diese Spiralkurve kann anhand der Kennlinie der Kurve 62 bestimmt werden. Falls in einem Nocken die Nut unter Verwendung der entsprechend der Kennlinie 62 bestimmten Kurve gebildet ist, ist der Drehmomentübertragungsweg durch die Diagramme (A) bis (E) in Fig. 5 gegeben und stimmt mit demjenigen von Fig. 4 überein. Falls die durch die nichtlineare Kurve 63 ge­ zeigte Klappenöffnungskennlinie verwendet wird, kann das Drehzahluntersetzungsverhältnis kontinuierlich veränder­ lich gesetzt werden. Wie beispielsweise durch den Graphen 87 im Diagramm (D) gezeigt ist, ist das Drehzahlunterset­ zungsverhältnis so gesetzt, daß das Verhältnis im Bereich vom Drehwinkel von 0° des Motors 20 bis zum Drehwinkel der vollständig geschlossenen Stellung ansteigt und seinen Maximalwert bei dem der vollständig geschlossenen Stellung entsprechenden Drehwinkel erreicht. Wenn sich der Motor 20 weiter dreht, nimmt das Drehzahlunterset­ zungsverhältnis zunächst ab, um dann erneut anzusteigen.

Falls das Drehzahluntersetzungsverhältnis kontinuierlich veränderlich gesetzt ist, wie durch den Graphen 87 ge­ zeigt ist, nimmt das Antriebsdrehmoment im Bereich zwi­ schen dem Drehwinkel von 0° des Motors 20 bis zu dem der vollständig geschlossenen Stellung entsprechenden Dreh­ winkel zu und erreicht seinen Maximalwert bei dem der vollständig geschlossenen Stellung entsprechenden Dreh­ winkel, woraufhin das Drehzahluntersetzungsverhältnis zunächst abnimmt und dann erneut ansteigt, wie durch die Kurven 88 und 91 des Diagramms (E) von Fig. 5 gezeigt ist. Die Verwendung einer nichtlinearen Klappenöffnungs­ kennlinie schafft den Vorteil, daß es möglich ist, das vom Motor 20 erzeugte Drehmoment, das zum Halten der vollständig geöffneten Stellung erforderlich ist, zu reduzieren, da bei dem der vollständig geöffneten Stel­ lung entsprechenden Drehwinkel des Motors 20 ein großes Drehmoment auf die Drosselklappe 14 erzeugt werden kann.

In dieser Ausführung wird die Drosselklappe 14 durch die Rückstellfeder 21 geschlossen und in Richtung der Aus­ gangsstellung geschoben. Obwohl es möglich ist, die Drosselklappe 14 in der Ausgangsstellung lediglich durch die Rückstellfeder 21 zu halten, kann die Drosselklappe 14 in die Ausgangsstellung auch lediglich unter Verwen­ dung des Motors zurückgestellt werden. Selbst wenn daher entweder die Rückstellfeder 21 oder der Motor 20 nicht funktionsfähig ist, kann die Drosselklappe 14 in die Ausgangsstellung zurückgestellt werden. Daher ist es möglich, die Schließeinrichtung für die Drosselklappe 14 als ein redundantes System zu entwerfen.

Durch Ausbilden der Nut im Nocken 11 mit Spiralform in der Weise, daß sich der Nocken 11 im wesentlichen um mehr als 180° in einer Richtung dreht, kann die Drosselklappe 14 aus der Ausgangsstellung in die vollständig geöffnete Stellung über die nahezu vollständig geschlossene Stel­ lung durch das vergleichsweise geringe Drehmoment des Motors 20 gedreht werden. Aus diesem Grund kann die Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer Drosselklappe geringere Abmessungen erhalten.

Im folgenden wird mit Bezug auf die Fig. 6A, 6B und 6C eine zweite Ausführung der Erfindung erläutert.

Ein Merkmal dieser Ausführung besteht darin, daß die Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer Drosselklappe so einfach wie möglich aufgebaut ist, um die Herstel­ lungskosten zu senken. Zur Erzielung dieses Merkmals ist die Antriebseinrichtung zur Betätigung der Drosselklappe 94 aus der vollständig geschlossenen Stellung in die vollständig geöffnete Stellung und umgekehrt aus einem Motor 95, einer Kurbel 91, einer Kurbel 93 und einer Verbindung 92 aufgebaut. Die Kurbeln 91 und 93 sowie die Verbindung 92 bilden einen Kraftübertragungsmechanismus zum Übertragen der Drehkraft des Motors 95 an die Klap­ penwelle der Drosselklappe 94. Genauer ist die Kurbel 91 ein mit der Welle des Motors 95 verbundenes Drehelement, ist die Kurbel 93 ein mit der Welle der Drosselklappe 94 verbundenes Antriebselement und ist die Verbindung 92 ein Kraftübertragungselement zur Übertragung der Drehkraft an das Antriebselement 93.

Im folgenden wird der Aufbau dieser Ausführung genauer erläutert.

Die Kurbel 91 ist mit der Welle des Motors 95 verbunden, während die Kurbel 93 mit der Welle der Drosselklappe 94 verbunden ist. Die Verbindung 92 ist zwischen den Kurbeln 91 und 93 angeordnet und mit je einem Ende mit einer entsprechenden Kurbel verbunden. Obwohl in der Figur nicht gezeigt, ist die Rückstellfeder 21 an der Welle des Motors 95 und am Gehäuse befestigt, wie in Fig. 1B ge­ zeigt ist, und erzeugt in diesen Figuren ein Drehmoment im Gegenuhrzeigersinn. Der Drehwinkel des Motors 95 ist in Öffnungsrichtung durch einen Anschlag 97 begrenzt und in Schließrichtung durch einen Anschlag 96 begrenzt. Der Anschlag 97 ist so festgelegt, daß die Drosselklappe 94 in der vollständig geöffneten Stellung anhält. Anderer­ seits ist der Anschlag 96 in der Ausgangsstellung der Drosselklappe 94 angeordnet.

Im folgenden werden die Funktionsweisen der Vorrichtung zum Öffnen und Schließen der Drosselklappe erläutert. Wenn der Motor 95 ein Drehmoment erzeugt, das größer als dasjenige der Rückstellfeder 21 ist, beginnt sich die Kurbel 91 zu drehen, so daß über die Verbindung 92 auch die Kurbel 93 gedreht wird. Entsprechend der Drehung der Kurbel 93 wird die Drosselklappe 94 geöffnet oder ge­ schlossen. Fig. 6A zeigt den Zustand, in dem die Kurbel 91 durch das vom Motor 95 erzeugte maximale Drehmoment im Uhrzeigersinn gedreht wird, so daß die Drosselklappe 94 vollständig geöffnet wird. Falls in diesem Zustand das Drehmoment des Motors 95 auf einen Wert abgesenkt wird, der kleiner als derjenige der Rückstellfeder 21 ist, oder falls der Motor 95 in die entgegengesetzte Richtung gedreht wird, wird die Kurbel 91 ebenfalls im Gegenuhr­ zeigersinn gedreht, so daß die Drosselklappe 14 im we­ sentlichen vollständig geschlossen wird. Fig. 6B zeigt den Zustand der vollständig geschlossenen Drosselklappe 94. Ein wesentlicher Punkt besteht darin, daß die Welle des Motors 95, der Verbindungspunkt der Kurbel 91 mit der Verbindung 92 und der Verbindungspunkt der Verbindung 92 mit der Kurbel 93 in diesem Zustand in einer Reihe lie­ gen. Unabhängig davon, ob sich die Kurbel nach rechts oder nach links dreht, wird daher die Drosselklappe 94 geöffnet. Wenn durch den Motor 95 ein elektrischer Strom fließt, werden die Kurbeln 91 und 93 und die Verbindung 92 in den obenerwähnten Bereich betätigt. Falls die Stromquelle des Motors 95 ausgeschaltet wird, wird die Verbindung 92 weiter im Gegenuhrzeigersinn gedreht und stößt gegen den Anschlag 96, so daß sie an diesem Punkt anhält.

Die Klappenöffnungskennlinie dieser Ausführung ist durch die Kurve 63 in Fig. 3 gezeigt. Der Drehwinkel des Motors 95 in der Ausgangsstellung ist durch 0° definiert. Die Drosselklappe 94 wird allmählich geschlossen, wenn der Drehwinkel des Motors 95 zunimmt. Wenn die Kurbel 91 mit der Verbindung 92 überlappt, ist die Drosselklappe 94 vollständig geschlossen. Jenseits der vollständig ge­ schlossenen Stellung wird die Drosselklappe 94 in die vollständig geöffnete Stellung bewegt.

Die jeweiligen Längen der Kurbeln 91 und 93 und der Verbindung 92 sind so festgelegt, daß die durch die in Fig. 3 gezeigte Kurve angegebene Kennlinie geschaffen wird. Der wesentliche Punkt besteht darin, daß diese Längen so gesetzt sind, daß die Kurbel 91 mit der Verbin­ dung 92 überlappt, wenn die Drosselklappe 94 vollständig geschlossen ist. Durch diese Setzung der Längen ist es möglich, daß sich die Drosselklappe 94 zunächst schließt und dann erneut öffnet, wenn sich der Motor 95 in einer einzigen Richtung dreht.

Die obenbeschriebene Festlegung der jeweiligen Längen der Kurbeln 91 und 93 und der Verbindung 92 hat den folgenden Vorteil: Da die vollständig geschlossene Stellung der Totpunkt dieses Verbindungs-Kurbel-Mechanismus ist, ist das Drehzahluntersetzungsverhältnis maximal, so daß auf die Welle der Drosselklappe 94 durch den Motor 95 und durch die Rückstellfeder 21 ein großes Drehmoment ausge­ übt wird, wie durch die Kurven 88 und 91 des Diagramms (E) von Fig. 5 gezeigt ist. Darüber hinaus wird in der Nähe der vollständig geschlossenen Stellung der Spalt zwischen der Drosselklappe 94 und der Innenwand des Luftansaugkanals verengt, so daß ein Anhaften aufgrund äußerer Stoffe auftreten könnte. Daher ist es vorteil­ haft, auf die Welle der Drosselklappe 94 in der Nähe der vollständig geschlossenen Stellung das maximale Drehmo­ ment auszuüben.

Ferner wird durch den Entwurf der Längen der Verbindung 92 und der Kurbeln 91 und 93 in der Weise, daß die durch die Kurve 63 in Fig. 3 angegebene Kennlinie erzeugt wird, das Antriebsdrehmoment für die Drosselklappe in dieser Ausführung in der Nähe der vollständig geöffneten Stel­ lung erhöht, wie durch die Kurven 88 und 91 des Diagramms (E) in Fig. 5 gezeigt ist. Der obige Entwurf der Verbin­ dung 92 und der Kurbeln 91 und 93 hat den Vorteil, daß das durch den Motor 95 erzeugte Drehmoment, das zum Halten der vollständig geöffneten Stellung erforderlich ist, reduziert werden kann, da das größere Antriebs­ drehmoment der Drosselklappe 14 bei dem Drehwinkel des Motors 95 in der Nähe der vollständig geöffneten Stellung erhalten wird.

In dieser Ausführung wird bei Verwendung der Rückstellfe­ der 21 die Drosselklappe 94 geschlossen und in die Aus­ gangsstellung geschoben. Obwohl es möglich ist, die Drosselklappe 94 lediglich durch die Rückstellfeder 21 in der Ausgangsstellung zu halten, ist vorgesehen, daß die Drosselklappe 94 auch lediglich durch den Motor 95 in die Ausgangsstellung zurückgestellt werden kann. Dieser Aufbau ermöglicht die Rückstellung der Drosselklappe 94 in die Ausgangsstellung selbst dann, wenn entweder die Rückstellfeder 21 oder der Motor 95 funktionsunfähig ist. Das heißt, daß die Klappenschließeinrichtung für die Drosselklappe 14 einen Aufbau mit redundanter Funktion hat.

Da ferner der Übertragungsmechanismus aus den Kurbeln 91 und 93 und aus der Verbindung 92 aufgebaut ist und die Drosselklappe 94 aus der Ausgangsstellung in die offene Stellung über die nahezu vollständig geschlossene Stel­ lung durch Drehen der Kurbel 91 in einer Richtung im wesentlichen um mehr als 180° geöffnet wird, kann der Öffnungsvorgang aus der vollständig geschlossenen Stel­ lung in die vollständig geöffnete Stellung unter Verwen­ dung des Motors 95 mit vergleichsweise geringem Drehmo­ ment ausgeführt werden. Daher kann die Größe der Vorrich­ tung zum Öffnen und Schließen der Drosselklappe reduziert werden.

Im folgenden wird mit Bezug auf die Fig. 7A, 7B und 8 eine dritte Ausführung der Erfindung erläutert.

In dieser Ausführung ist gegenüber der zweiten Ausführung beabsichtigt, die Herstellungskosten zu reduzieren und sowohl die Ausrichtungsgenauigkeit als auch die Lebens­ dauer der Drosselklappe 94 durch Verringerung der Spiele der Drosselklappe 14 zu verbessern.

Als Antriebseinrichtung zum Antreiben der Drosselklappe 94 aus der vollständig geschlossenen Stellung in die vollständig geöffnete Stellung oder umgekehrt werden ein Motor 123, Kurbeln 111 und 113 sowie eine Verbindung 112 verwendet. Die Kurbel 111 ist ein mit der Welle 110 des Motors 123 verbundenes Drehelement, die Kurbel 113 ist ein mit der Welle 124 der Drosselklappe 94 verbundenes Antriebselement und die Verbindung 112 ist ein Kraftüber­ tragungselement zur Übertragung der Antriebskraft des Drehelements an das Antriebselement.

Im folgenden wird der Aufbau im einzelnen beschrieben.

Die Kurbeln 111 und 113 sind mit der Welle 110 des Motors 123 bzw. mit der Welle 124 der Drosselklappe 94 verbun­ den. Außerdem sind die Kurbeln 111 und 113 über die Verbindung 112 miteinander verbunden. Die beiden Enden einer Rückstellfeder 122 sind mit einem am Gehäuse vorge­ sehenen festen Stift 126 bzw. mit einem drehbaren Stift 127 verbunden, der an einem mit der Kurbel 111 verbunde­ nen lüfterähnlichen Element 114 vorgesehen ist. Das Drehmoment von der Rückstellfeder 122 wird in den Fig. 7A und 7B im Uhrzeigersinn erzeugt. Die Drehung des Motors 123 wird durch den Anschlag 116 bzw. durch den Anschlag 115 in Öffnungs- bzw. in Schließrichtung begrenzt. Der Anschlag 115 ist bei dem der Ausgangsstellung entspre­ chenden Drehwinkel vorgesehen. Darüber hinaus ist der An­ schlag 116 dazu vorgesehen, ein Überdrehen der Drossel­ klappe 94 über die vollständig geöffnete Stellung hinaus zu verhindern.

Die Verbindung 112 ist mit den Kurbeln 111 bzw. 113 über Stifte verbunden. Außerdem sind die Kurbel 113 und die Verbindung 112 in derselben Ebene miteinander verbunden, wie in den Fig. 8 und 9 gezeigt ist. Die Stiftverbindung der Kurbel 113 mit der Verbindung 112 wird nun mit Bezug auf Fig. 9 erläutert. An einem Endabschnitt der Kurbel 113 ist eine Schlitznut ausgebildet, in die die Verbin­ dung 112 eingesetzt ist. In der Verbindung 112 ist eine Eindringbohrung ausgebildet, in der durch ein Schub- und Einpaßverfahren Lager 132 vorgesehen sind. Durch die Eindringbohrungen der Kurbel 113 und der Verbindung 112 sowie durch die Lager 132 verläuft ein Stift 134. Ferner ist an dem Stift 134 ein E-Ring 135 befestigt, der ein Herausfallen des Stifts 134 verhindert. Zur Reduzierung der Spiele ist zwischen die Kurbel 113 und den E-Ring 135 eine Buchse 133 eingesetzt.

Bei der obenbeschriebenen Verbindungsstruktur aus der Verbindung 112 und der Kurbel 113 geht hervor, daß die Verbindung 112 und die Kurbel 113 in derselben Ebene angeordnet werden können. Diese Anordnung besitzt den Vorteil, daß die Kraft in Richtung der Achse des Verbin­ dungsstifts 134 reduziert werden kann, da sich die Ver­ bindung 112 und die Kurbel 113 in derselben Ebene bewe­ gen, wodurch auch die Spiele am Verbindungsstift 134 verringert werden können, so daß der Verschleiß des Stifts 134 reduziert wird und die Lebensdauer der Vor­ richtung zum Öffnen und Schließen einer Drosselklappe verbessert werden kann.

Im folgenden wird die Funktionsweise der Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer Drosselklappe gemäß dieser Ausführung erläutert.

Wie in Fig. 7Ä gezeigt ist, wird das lüfterförmige Ele­ ment 114 dann, wenn der Motor 123 kein Drehmoment er­ zeugt, zum Anschlag 115 geschoben, wobei die Drossel­ klappe 94 in der Ausgangsstellung gehalten wird. Wenn das vom Motor 123 erzeugte Drehmoment dasjenige der Rück­ stellfeder 122 übersteigt, dreht sich die Kurbel 111 im Gegenuhrzeigersinn, so daß die Drosselklappe 94 in Schließrichtung angetrieben wird. Die Drosselklappe 94 bewegt sich in Schließrichtung, bis die Mitte der Motor­ welle 110, die Mitte des Verbindungsteils der Kurbel 111 mit der Verbindung 112 und die Mitte des Verbindungsteils der Verbindung 112 mit der Kurbel 113 in einer Reihe angeordnet sind. Falls sich der Motor 123 weiterdreht, wird die Drosselklappe in Öffnungsrichtung angetrieben. Auch in dieser Ausführung sind die Drosselklappe 94 und der Antriebsmechanismus so angeordnet, daß die Stellung der Drosselklappe gleich der vollständig geschlossenen Stellung ist, wenn die Mitte der Motorwelle 110, die Mitte des Verbindungsteils der Kurbel 111 mit der Verbin­ dung 112 und die Mitte des Verbindungsteils der Verbin­ dung 112 mit der Kurbel 113 in einer Reihe angeordnet sind. Die vollständig geschlossene Stellung ist als Stellung mit vorgeschriebener minimaler Öffnung defi­ niert, so daß die Drosselklappe 94 keinen Abrieb und kein Anhaften an der Innenwand des Luftansaugkanals hervor­ ruft.

Wie in Fig. 7B gezeigt ist, kann sich der Motor 123 fortgesetzt drehen, bis das lüfterförmige Element 114 durch den Anschlag 116 angehalten wird.

Falls das Drehmoment des Motors 123 unter dasjenige der Rückstellfeder 122 reduziert wird, wird die Drosselklappe 94 erneut in die in Fig. 7B gezeigte Anfangsstellung zurückgestellt.

In dieser Ausführung wirken die Anschläge 115 und 116 mit dem mit der Kurbel 111 verbundenen lüfterförmigen Element 114 zusammen. Der Grund hierfür besteht darin, daß da­ durch wiederholte Stöße auf die Verbindung 112, den Drehstift 126 oder die Welle 124 der Drosselklappe 94, die erzeugt würden, falls die Anschläge 115 und 116 mit diesen wichtigen Elementen zusammenwirken, verhindert werden können. Falls die Stöße auf diese Elemente wirken würden, könnten diese Elemente möglicherweise beschädigt werden, wodurch die Ausrichtungsgenauigkeit und die Lebensdauer der Drosselklappe 94 verschlechtert würde. Im schlimmsten Fall kann die Drosselklappe 94 aufgrund dieser Beschädigung nicht geöffnet oder geschlossen werden. Da die Erzeugung der Stöße vom Motor 123 und von der Rückstellfeder 122 ausgeht, sind daher in dieser Ausführung die Anschläge 115 und 116 so angeordnet, daß die erzeugten Stöße direkt auf die Welle 110 des Motors 123 wirken. Durch diese Anordnung ist es möglich, die Lebensdauer zu verbessern und die Verschlechterung der Ausrichtungsgenauigkeit der Drosselklappe 94 zu verhin­ dern.

Auch in dieser Ausführung wird die Drosselklappe 94 unter Verwendung der Rückstellfeder 122 geschlossen und in die Ausgangsstellung (Anfangsstellung) geschoben. Obwohl es möglich ist, die Drosselklappe 94 in der Ausgangsstellung lediglich durch die Rückstellfeder 122 zu halten, ist die Vorrichtung dieser Ausführung so beschaffen, daß die Drosselklappe 94 auch lediglich durch den Motor 123 in die Ausgangsstellung zurückgestellt werden kann. Dieser Aufbau ermöglicht die Rückstellung der Drosselklappe 94 in die Ausgangsstellung selbst dann, wenn entweder die Rückstellfeder 122 oder der Motor 123 funktionsunfähig ist. Das heißt, daß die Klappenschließeinrichtung für die Drosselklappe 94 als ein redundantes System aufgebaut ist.

Da ferner der Kraftübertragungsmechanismus aus den Kur­ beln 111 und 113 und aus der Verbindung 102 aufgebaut ist und da die Drosselklappe 94 aus der Ausgangsstellung in die geöffnete Stellung über die vollständig geschlossene Stellung durch Drehen der Kurbel 91 in einer Richtung um mehr als 180° geöffnet wird, kann der Öffnungsvorgang aus der vollständig geschlossenen Stellung in die vollständig geöffnete Stellung unter Verwendung des Motors 123 mit vergleichsweise kleinem Drehmoment ausgeführt werden. Daher kann die Größe der Vorrichtung zum Öffnen und Schließen der Drosselklappe verringert werden.

Fig. 10 zeigt ein Steuersystem zum Betreiben der Vorrich­ tung zum Öffnen und Schließen einer Drosselklappe gemäß der obigen Ausführung. Das System enthält einen Motor 152, der in der Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer Drosselklappe verwendet wird, eine Steuereinrich­ tung 151 zum Steuern der Antriebskraft des Motors 152 und einen Drosselklappenstellungssensor 153 für die Drossel­ klappe 94. Die Klappenstellung, die von dem Drosselklap­ penstellungssensor 153 erfaßt wird, wird an die Steuer­ einrichtung 151 rückgekoppelt. Die Steuereinrichtung 151 steuert die Antriebskraft des Motors 152 durch Verglei­ chen der erfaßten Stellung mit dem Steuerwert für die Klappenstellung. In der Steuereinrichtung ist die Bezie­ hung zwischen dem Drehwinkel des Motors 152 und der Stellung der Drosselklappe 94 gespeichert.

Fig. 12 ist eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Kraftfahrzeugverbrennungsmotors, der eine Vorrich­ tung zum Öffnen und Schließen einer Drosselklappe gemäß der ersten, der zweiten oder der dritten Ausführung enthält. Der Verbrennungsmotor umfaßt ein Fahrpedal 141, das durch einen Fahrer betätigt wird, einen Stellungssen­ sor 142 zur Erfassung der Stellung des Fahrpedals 141, eine Steuereinrichtung 143 zum Steuern der Stellung der Drosselklappe, um den optimalen Betriebszustand des Verbrennungsmotors anhand der erfaßten Stellung des Stellungssensors 142 herzustellen, eine (144) der Vor­ richtungen zum Öffnen und Schließen der Drosselklappe gemäß der ersten, der zweiten oder der dritten Ausfüh­ rung, einen Luftansaugkanal 145 zum Ansaugen von Luft in den Verbrennungsmotor, eine Einspritzeinrichtung zum Zuführen von Kraftstoff in den Verbrennungsmotor, einen Verbrennungsmotorblock 148 sowie ein Abgasrohr 147 zum Ausstoßen von Abgas aus dem Motor.

Wenn der Fahrer auf das Fahrpedal 141 tritt, erfaßt der Stellungssensor 142 die Stellung des Fahrpedals 141 und gibt die erfaßte Stellung an die Steuereinrichtung 143 aus. Die Steuereinrichtung 143 steuert die Vorrichtung 144 zum Öffnen und Schließen der Drosselklappe in der Weise, daß der optimale Betriebszustand des Verbrennungs­ motors anhand der von verschiedenen Sensoren 149 gelie­ ferten Signale hergestellt wird.

Die Kurve 153 in Fig. 13 zeigt ein Beispiel für zeitliche Änderungen des Befehlswerts für die Öffnung der Drossel­ klappe 144, wenn ein Fahrer im Leerlaufzustand des Ver­ brennungsmotors auf das Fahrpedal 141 tritt. Darüber hinaus sind wirkliche Operationen der Drosselklappe durch die Kurve 151 gezeigt. Es ist ersichtlich, daß die Dros­ selklappe gleichmäßig und ohne Verzögerung betätigt wird, wenn sie den Änderungen des Befehlswerts folgt. Daher ist es möglich, die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors gleichmäßig zu erhöhen. Falls andererseits der Verbren­ nungsmotor mit einer herkömmlichen Vorrichtung zum Öffnen und Schließen der Drosselklappe betrieben wird, tritt in der Ausgangsstellung für die gleichen Änderungen des Befehlswertes eine Verzögerung auf, wie durch die Kurve 152 angezeigt ist. Der Grund hierfür besteht darin, daß die Richtung des Drehmoments der Feder, das auf den Motor ausgeübt wird, in der Ausgangsstellung umgekehrt wird. Da die Drosselklappe sich nicht gleichmäßig öffnet und die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors mit den Operatio­ nen der Drosselklappe übereinstimmt, kann der Verbren­ nungsmotor nicht gleichmäßig betrieben werden.

Gemäß der Erfindung treibt die Antriebseinrichtung die Drosselklappe, die durch die Rückstellfeder in der Aus­ gangsstellung gehalten wird, aus dieser Ausgangsstellung in die vollständig geöffnete Stellung über die Stellung mit vorgeschriebener minimaler Öffnung in einer Richtung an. Selbst ohne die Antriebseinrichtung kann daher die Drosselklappe in der Ausgangsstellung gehalten werden, ferner kann der Mechanismus zum Halten der Ausgangsstel­ lung vereinfacht werden und kann die Drosselklappe ohne Verzögerung so betrieben werden, daß sie dem Befehlswert für die Klappenöffnung gleichmäßig folgt.

Claims (14)

1. Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer Dros­ selklappe (14) zum Einstellen der Ansaugluftdurchfluß­ menge in einen Verbrennungsmotor in einem Bereich vom vollständig geöffneten Zustand bis zum vollständig ge­ schlossenen Zustand, mit
einer Antriebseinrichtung (11, 12, 13, 20), die die Drosselklappe (14) antreibt, und
einer Steuereinrichtung (143, 151), die die Öffnung der Drosselklappe (14) in der Weise steuert, daß diese dem Befehlswert zum Öffnen der Drosselklappe (14) folgt,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Drosselklappe (14) in einer Ausgangsstellung gehalten wird, in der sie in einem vorgegebenen geringen Ausmaß geöffnet ist, wenn auf sie keine Antriebskraft der Antriebseinrichtung (11, 12, 13, 20) wirkt, und
die Drosselklappe (14) von der Antriebseinrich­ tung (11, 12, 13, 20) aus der Ausgangsstellung heraus in der Weise angetrieben wird, daß sie zunächst eine vorge­ schriebene minimale Öffnung erreicht, die kleiner als die Öffnung in der Ausgangsstellung ist, und sich dann zu öffnen beginnt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Kraftbeaufschlagungseinrichtung (21), die auf die Drosselklappe (14) in Schließrichtung der Dros­ selklappe (14) eine Kraft ausübt, so daß die Drossel­ klappe (14) dann, wenn auf sie keine Antriebskraft von der Antriebseinrichtung (11, 12, 13, 20) wirkt, in der Ausgangsstellung gehalten wird, in der sie um ein vorge­ gebenes Ausmaß geöffnet ist.

3. Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer Dros­ selklappe (14) zum Einstellen der Ansaugluftdurchfluß­ menge in einen Verbrennungsmotor in einem Bereich vom vollständig geöffneten Zustand bis zum vollständig ge­ schlossenen Zustand, mit
einer Antriebseinrichtung (11, 12, 13, 20), die die Drosselklappe (14) antreibt, und
einer Steuereinrichtung (143, 151), die die Öffnung der Drosselklappe (14) in der Weise steuert, daß diese dem Befehlswert zum Öffnen der Drosselklappe (14) folgt,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Antriebseinrichtung eine Klappenöffnungsände­ rungs-Vorgabeeinrichtung (11, 12, 13) und eine Be­ triebseinrichtung (20) zum Betreiben der Klappenöff­ nungsänderungs-Vorgabeeinrichtung (11, 12, 13) enthält und
die Klappenöffnungsänderungs-Vorgabeeinrichtung (11, 12, 13) die Drosselklappe (14) in einer Ausgangs­ stellung hält, in der die Drosselklappe (14) um ein vorgegebenes Ausmaß geöffnet gehalten wird, wenn die Antriebskraft der Betriebseinrichtung (20) nicht auf die Klappenöffnungsänderungs-Vorgabeeinrichtung (11) wirkt, und die Drosselklappe (14) in der Weise antreibt, daß sie zunächst geschlossen wird und eine vorgeschriebene Mini­ malöffnung erreicht und dann über die Ausgangsstellung in eine geöffnete Stellung bewegt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Kraftbeaufschlagungseinrichtung (21), die auf die Drosselklappe (14) in Schließrichtung der Dros­ selklappe (14) eine Kraft ausübt, so daß die Drossel­ klappe (14) dann, wenn auf sie keine Antriebskraft von der Antriebseinrichtung (11, 12, 13, 20) wirkt, in der Ausgangsstellung gehalten wird, in der sie um ein vorge­ gebenes Ausmaß geöffnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß
die Betriebseinrichtung in der Antriebseinrich­ tung ein Motor (20) ist und
die Klappenöffnungsänderungs-Vorgabeeinrichtung (11, 12, 13) die Öffnung der Drosselklappe (14) aus der vorgegebenen Ausgangsstellung in die vollständig geöff­ nete Stellung über die Stellung mit vorgeschriebener minimaler Öffnung ändert, während sich der Motor (20) im wesentlichen um mehr als 180° dreht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß
eine Welle des Motors (20) parallel zu der Welle der Drosselklappe (14) angeordnet ist,
die Klappenöffnungsänderungs-Vorgabeeinrichtung ein Drehelement (11), das mit der Welle des Motors (20) verbunden ist, ein Kraftübertragungselement (12), das mit dem Drehelement (11) verbunden ist, und ein Klappenan­ triebselement (13), das mit dem Kraftübertragungselement (12) und mit der Welle der Drosselklappe (14) verbunden ist, enthält, und
ein Differentialquotient aus dem Drehwinkel des Motors (20) und dem Abstand zwischen der Welle des Motors (20) und dem Ende des Kraftübertragungselements (12) auf seiten der Drosselklappe (14) sein Vorzeichen einmal ändert.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß
das Vorzeichen des Differentialquotienten sich bei der vorgeschriebenen minimalen Öffnung der Drossel­ klappe (14) ändert.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß
das Drehelement ein Nocken (11) mit einem Füh­ rungsabschnitt zum Umsetzen des Drehwinkels des Motors (20) in die Öffnung der Drosselklappe (14) ist,
das Kraftübertragungselement ein Arm (12) ist, wovon ein Ende mit dem Führungsabschnitt in Eingriff ist und das andere Ende mit der Welle der Drosselklappe (14) verbunden ist, und
der Differentialquotient aus dem Drehwinkel des Motors (20) und dem Abstand zwischen einer Drehwelle des Nockens (11) und dem Führungsabschnitt in einem Teil des Drehbereichs des Motors (20) positiv und im verbleibenden Drehbereich des Motors (20) negativ ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß
ein Ende des als Kraftübertragungselement wirken­ den Arms (12) mit dem Nocken (11) verbunden ist und
am anderen Ende des Arms (12) eine Zahnstangen­ struktur ausgebildet ist, die mit einem an der Welle der Drosselklappe (14) vorgesehenen Zahnrad (13) in Eingriff ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß
der Führungsabschnitt die Form einer Spiralnut hat.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß
die Form der Spiralnut eine Evolventenform ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß
das Drehelement eine Kurbel (91) ist, die von dem Motor (95) angetrieben wird, das Klappenantriebselement eine Kurbel (93) ist, die die Welle der Drosselklappe (94) dreht, und das Kraftübertragungselement eine Verbin­ dung (92) ist, die mit den beiden Kurbeln (91, 93) ver­ bunden ist, und
die Kraftbeaufschlagungseinrichtung (21) eine Feder ist, die die Welle der vom Motor (95) angetriebenen Kurbel (91) in einer Richtung mit einer Kraft beauf­ schlagt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß
der Verbindungspunkt der Welle des Motors (95) mit der als das Drehelement wirkenden Kurbel (91), der Verbindungspunkt der als das Drehelement wirkenden Kurbel (91) mit der Verbindung (92) und der Verbindungspunkt der Verbindung (92) mit der als das Klappenantriebselement wirkenden Kurbel (93) bei der vorgeschriebenen minimalen Öffnung der Drosselklappe (94) in einer Reihe angeordnet sind.

14. Kraftfahrzeugverbrennungsmotor, mit
mehreren Zylindern (148), einem Kraftstoffzufuhr­ system (146) zum Zuführen von Kraftstoff in jeden der mehreren Zylinder (148), einer Drosselklappe (14) zum Einstellen der Ansaugluftdurchflußmenge in den Verbren­ nungsmotor und einer Vorrichtung zum Öffnen und Schließen der Drosselklappe (14) in einem Bereich vom vollständig geöffneten Zustand in den vollständig geschlossenen Zustand, wobei die Vorrichtung zum Öffnen und Schließen der Drosselklappe (14) eine Antriebseinrichtung (11, 12, 13, 20) zum Antreiben der Drosselklappe (14) sowie eine Steuereinrichtung (143, 151) zum Steuern der Öffnung der Drosselklappe (14) in der Weise, daß sie den Befehlswer­ ten für die Öffnung der Drosselklappe (14) folgt, ent­ hält,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Antriebseinrichtung eine Klappenöffnungsände­ rungs-Vorgabeeinrichtung (11, 12, 13) sowie eine Be­ triebseinrichtung (20) zum Betreiben der Klappenöff­ nungsänderungs-Vorgabeeinrichtung (11, 12, 13) enthält,
die Klappenöffnungsänderungs-Vorgabeeinrichtung (11, 12, 13) die Drosselklappe (14) in einer Ausgangs­ stellung hält, in der sie um ein vorgegebenes Ausmaß geöffnet ist, wenn die Antriebskraft der Betriebseinrich­ tung (20) nicht auf die Klappenöffnungsänderungs-Vorgabe­ einrichtung (11, 12, 13) wirkt, und
die Klappenöffnungsänderungs-Vorgabeeinrichtung (11, 12, 13) die Drosselklappe (14) in der Weise an­ treibt, daß sie sich zunächst schließt und dann eine vorgeschriebene minimale Öffnung erreicht und sich dann über die Ausgangsstellung hinweg zu öffnen beginnt.