DE19848594C2

DE19848594C2 - Elektrisch gesteuerte Drosselklappenvorrichtung

Info

Publication number: DE19848594C2
Application number: DE19848594A
Authority: DE
Inventors: Takehiko Kowatari; Yuzo Kadomukai; Shigeru Tokumoto; Yasuo Saito; Toshifumi Usui; Masaru Ito
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 1997-10-21
Filing date: 1998-10-21
Publication date: 2002-11-14
Anticipated expiration: 2018-10-22
Also published as: DE19848594A1; US6098594A

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrisch gesteuerte Dros selklappenvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentan spruchs 1 bzw. 10.

Aus der DE 42 43 893 C2 ist eine Vorrichtung zum Steuern einer Drosselklappe einer Brennkraftmaschine bekannt, mit einem Betätigungselement zum Bewegen der an einer Dros selklappenwelle befestigten Drosselklappe, wobei das Betätigungselement über eine Kupplungseinrichtung auf die Drosselklappenwelle einwirkt, und mit einer Kraftübertra gungseinrichtung, die bei einer von dem Betätigungsele ment entkoppelten Drosselklappe dieselbe über ein Gaspe dal betätigt.

Aus der DE 42 06 523 A1 ist eine Vorrichtung zur Verstel lung einer Drosselklappe bekannt, bei der für die Ver stellung einer im Ansaugstutzen einer Brennkraftmaschine drehbar gelagerten Drosselklappe eine Vorrichtung mit elektromotorischem Stellantrieb, Getriebe und Kupplung sowie elektronischer Regeleinrichtung vorgeschlagen wird, mit der außer dem Leerlaufbereich auch der gesamte Last bereich automatisch geregelt werden kann.

Aus JP 177534-A (1996) ist eine Drosselklappen-Steuervor richtung bekannt, die einen Drosselklappenkörper, eine in der Luftansaugleitung des Drosselklappenkörpers über eine drehbare Welle installierte Drosselklappe, einen Aktuator zum Antreiben der Drosselklappe über mehrere Zahnräder sowie eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen des Dreh winkels der Drosselklappe enthält.

Die mehreren Zahnräder dieser Vorrichtung umfassen ein an der Welle der Drosselklappe befestigtes erstes Zahnrad, ein an der Drehwelle des Aktuators befestigtes drittes Zahnrad und ein zwischen dem ersten und dem dritten Zahnrad angeordnetes zweites Zahnrad. Mit diesem Aufbau kann das Untersetzungsverhältnis erhöht werden, wodurch der Öffnungsgrad der Drosselklappe genau gesteuert werden kann.

Obwohl der Öffnungsgrad der Drosselklappe in der obigen Drosselklappenvorrichtung wegen des hohen Untersetzungs verhältnisses genau gesteuert werden kann, wird der Bestimmung der Eigenschaften des Aktuators oder des Untersetzungsverhältnisses, mit dem das Drehmoment des Aktuators an die Drosselklappe übertragen wird, um die gewünschte Betriebsgeschwindigkeit der Drosselklappe zu erzielen, keine Beachtung geschenkt.

In der obigen Vorrichtung wird die Drosselklappe durch den Aktuator geöffnet und geschlossen. Falls der Öff nungs- oder Schließvorgang der Drosselklappe nicht schnell auf die Bewegung des von einem Fahrer betätigten Fahrpedals antwortet, empfindet der Fahrer eine Abwei chung zwischen den von ihm ausgeführten Betätigungen und den Änderungen des Betriebszustandes des Verbrennungsmo tors. Bei einer elektrisch gesteuerten Drosselklappenvor richtung muß jedoch eine Kraftausübungseinrichtung vorge sehen sein, die die Drosselklappe schnell auf einen vorgegebenen Öffnungsgrad zurückstellt, falls ein Problem mit dem Ausfallsicherheitsbetrieb auftritt. Daher kann die Betriebsgeschwindigkeit der Drosselklappe nicht ohne weiteres erhöht werden, wobei es wichtig ist, die Kraft von der Kraftausübungseinrichtung, die Leistung des Aktuators und das Untersetzungsverhältnis der Drehzahl des Aktuators zu derjenigen der Drosselklappe genau zu bestimmen.

Falls diese Drosselklappenvorrichtung auf einen Direkt einspritzungsmotor angewendet wird, in dem Kraftstoff direkt in jeden Zylinder eingespritzt wird, entstehen die folgenden Probleme.

In einem bisher verwendeten Einlaß-Einspritzmotor, in dem Kraftstoff in eine Luftansaugleitung eingespritzt wird, wird der Verbrennungsmotor in der Nähe des theoretischen Luft-/Kraftstoffverhältnisses von 14,7 betrieben. Ande rerseits wird ein Direkteinspritzungsmotor in einem weiten Bereich des Luft-/Kraftstoffverhältnisses von 14,7 (theoretisches Verhältnis) bis zu 40 (supermageres Ver hältnis) oder darüber betrieben. Der Zustand, in dem der Kraftstoff in der Nähe des theoretischen Luft-/Kraft stoffverhältnisses verbrennt, wird Verbrennungszustand mit gleichmäßig gemischter Ladung genannt, während der Zustand, in dem der Kraftstoff bei einem Luft-/Kraft stoffverhältnis verbrennt, das höher als das theoretische Verhältnis ist, Schichtladungs-Verbrennungszustand ge nannt wird. Der Schichtladungs-Verbrennungszustand kann in einem Direkteinspritzmotor leicht verwirklicht werden, da der Kraftstoff direkt in einen Zylinder eingespritzt wird. Fig. 12 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwi schen den Kraftstoffverbrennungsarten und den Betriebszu ständen eines Verbrennungsmotors zeigt. Die Schichtla dungsverbrennungsart wird unterhalb einer Motordrehzahl von ungefähr 3000 min^-1 ausgeführt.

Bei der Verwirklichung dieser Verbrennungsarten muß die Drosselklappe im Schichtladungs-Verbrennungszustand wei ter als im Verbrennungszustand mit gleichmäßig gemischter Ladung geöffnet sein. Wenn daher der Verbrennungs motorbetrieb vom Schichtladungs-Verbrennungszustand zum Verbrennungszustand mit gleichmäßig gemischter Ladung geändert wird, wird die Drosselklappe in Ventilschließ richtung angetrieben. Die Fig. 4A und 4B zeigen die zeitlichen Änderungen des Niederdrückungsgrades eines Fahrpedals bzw. die zeitlichen Änderungen der Öffnung der Drosselklappe, die den Änderungen des Niederdrückungsgra des des Fahrpedals entsprechen.

Wie in Fig. 4B gezeigt ist, ist die Drosselklappe im Schichtladungs-Verbrennungszustand weit geöffnet, wobei sie in Ventilschließrichtung angetrieben wird, wenn der Verbrennungsmotorbetrieb in den Verbrennungszustand mit gleichmäßig gemischter Ladung geschaltet wird. Falls die für den Umschaltvorgang erforderliche Zeit lang ist, kann er zwischen den beiden Verbrennungszuständen nicht gleichmäßig ausgeführt werden, so daß sich die Ausgangs leistung des Verbrennungsmotors schnell ändert. Daher wird ein durch den Umschaltvorgang erzeugter Stoß an die Fahrzeuginsassen und an den Fahrer des Fahrzeugs übertra gen, wodurch sowohl das Betriebsverhalten des Fahrzeugs als auch der Fahrkomfort des Fahrzeugs verschlechtert werden.

Falls andererseits die Drosselklappe mit hoher Geschwin digkeit angetrieben wird, muß auch der die Drosselklappe antreibende Aktuator mit hoher Drehzahl laufen. In diesem Hochgeschwindigkeitsbetrieb wird die elektromotorische Gegenkraft, die die Drehung der Drosselklappe bremst, um so größer, je höher die Drehzahl des Aktuators ist. Daher kann ein großer Strom fließen, der über dem zulässigen Wert für die in einer Treiberschaltung zum Antreiben des Aktuators verwendeten Schaltelemente liegt. Dann müssen für die Treiberschaltung des Aktuators Schaltelemente mit einem höheren zulässigen Stromwert verwendet werden. Schaltelemente mit dem erforderlichen höheren zulässigen Strom sind jedoch nicht immer erhältlich. Selbst wenn jedoch Schaltelemente mit dem erforderlich höheren zuläs sigen Strom erhältlich sind, sind solche Elemente sehr teuer und für die Verwendung in einem Fahrzeug ungeeig net. Als weitere Einrichtung zum Begrenzen des Wertes des in die Treiberschaltung des Aktuators fließenden Stroms unter den zulässigen Stromwert kann auch eine Strombe grenzungsschaltung in der Treiberschaltung vorgesehen werden. Diese Einrichtung erhöht jedoch die Herstellungs kosten, ferner kann bei einem Ausfall der Strombegren zungsschaltung der erhöhte Strom nicht unterhalb des zulässigen Stromwerts gehalten werden. Daher ist diese Einrichtung nicht in ausreichendem Maß ausfallsicher.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hochzuver lässige elektrisch gesteuerte Drosselklappenvorrichtung zu schaffen, die die gewöhnlichen Öffnungs- und Schließ vorgänge ausführen kann und eine Ausfallsicherheitsfunk tion bietet, durch die eine bestimmte Stellung der Dros selklappe sichergestellt wird, mit der ein Fahrzeug mit einer geeigneten Drehzahl selbst dann sicher angetrieben werden kann, wenn der Aktuator zum Antreiben der Drossel klappe ausgefallen ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine elektrisch gesteu erte Drosselklappenvorrichtung nach Anspruch 1 bzw. Anspruch 10. Ausführungsformen bzw. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die elektrisch gesteuerte Drosselklappenvorrichtung nach Anspruch 1 enthält einen Aktuator, einen Drehzahlunter setzungsmechanismus zum Reduzieren der Drehzahl des Aktuators, eine Drosselklappe, die mit dem Drehzahlunter setzungsmechanismus kraftschlüssig verbunden ist, und eine Kraftausübungseinrichtung, die auf die Drosselklappe in Richtung der Rückstellung der Drosselklappe in ihre Anfangsstellung eine Kraft ausübt und die Öffnung der Drosselklappe durch Antreiben des Aktuators einstellt, wobei die Spezifikationsparameter des Aktuators, des Drehzahluntersetzungsmechanismus und der Kraftausübungs einrichtung Werte besitzen, derart, daß die Betriebsdauer t zwischen der minimalen Öffnung und der maximalen Öff nung der Drosselklappe kürzer als eine vorgegebene Soll betriebsdauer t* von 80 ms ist, wobei die Betriebsdauer t durch die folgende Gleichung (1)

gegeben ist, wobei T_max = K_mE/R_m ist und wobei T_s das Vorbelastungsdrehmoment [Nm] einer Rückstellfeder der Kraftausübungseinrichtung ist, T_max das Drehmoment [Nm] des Aktuators ist, N das Untersetzungsverhältnis ist, J das äquivalente Trägheitsmoment [Nm²] ist, K_m die Drehmo mentkonstante [Nm/A] ist, R_m der Widerstand [Ω] des Aktuators ist und E die an den Aktuator angelegte Span nung [V] ist.

Vorteilhafterweise sind die Werte der Spezifikations parameter diejenigen bei 120°C.

Vorzugsweise beträgt die angelegte Spannung E ungefähr 13 Volt.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt bei einer Temperatur von 20°C die Dreh momentkonstante K_m im Bereich 0,035 ± 0,0035 Nm/A, liegt der Widerstand R_m des Aktuators im Bereich 1,6 ± 0,1 Ω und liegt das Untersetzungsverhältnis N im Bereich 10,3 ± 0,5 und hat zweckmäßig den Wert 10,3.

Vorzugsweise liegt das Vorbelastungsdrehmoment T_s der Rückstellfeder im Bereich 0,35 ± 0,05 Nm und hat zweckmä ßig den Wert 0,35 Nm.

Gemäß einer vorteilhaften Auführungsform der elektrisch gesteuerten Drosselklappenvorrichtung liegt die Drehmo mentkonstante K_m im Bereich von 0,025 bis 0,04 Nm/A, zweckmäßig im Bereich von 0,03 bis 0,037 Nm/A, und liegt der Widerstand des Aktuators im Bereich von 1,0 bis 2,5 Ω, zweckmäßig im Bereich von 1,3 bis 2,2 Ω.

Bevorzugt besitzen die Spezifikationsparameter Werte, derart, daß eine differentielle Konstante der Betriebs dauer t, die durch die Gleichung (1) gegeben ist, in bezug auf das Untersetzungsverhältnis N positiv ist.

Zweckmäßig liegt das Untersetzungsverhältnis N im Bereich von 9,8 bis 10,8.

In vorteilhafter Weise enthält die erfindungsgemäße elektrisch gesteuerte Drosselklappenvorrichtung eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen der angelegten Span nung, eine Einrichtung zum Messen der elektromotorischen Gegenkraft, die im Aktuator induziert wird, und eine Steuereinheit zum Steuern des Aktuators, die Änderungen des durch Dividieren der Summe aus der erfaßten angeleg ten Spannung und der gemessenen elektromotorischen Gegen kraft durch die Impedanz R_m des Aktuators erhaltenen Werts vorhersagt und die angelegte Spannung in der Weise steuert, daß durch eine Schaltung zum Antreiben des Aktuators kein Strom oberhalb eines zulässigen Stromwerts fließt.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält die elektrisch gesteuerte Drosselklappe einen Aktuator, einen Drehzahluntersetzungsmechanismus zum Reduzieren der Drehzahl des Aktuators, eine Drosselklappe, die mit dem Drehzahluntersetzungsmechanismus kraftschlüssig verbunden ist, und eine Kraftausübungseinrichtung, die auf die Drosselklappe in Richtung der Rückstellung der Drosselklappe in ihre Anfangsstellung eine Kraft ausübt und die und die Öffnung der Drosselklappe durch Antreiben des Aktuators einstellt, wobei die Spezifikationsparameter des Aktuators und der Kraftausübungseinrichtung Werte besitzen, die die folgende Ungleichung (2) erfüllen:

wobei _m = _v.N und V_m = K_e._m und wobei R_m die Aktuatorimpedanz [Ω] ist, E die an den Aktuator ange legte Spannung [V] ist, K_e die Induktionsspannungskon stante [V/min^-1] ist, _m die Drehzahl [min^-1] des Aktua tors ist, _v die Drehzahl [min^-1] der Drosselklappe ist, N das Untersetzungsverhältnis ist und V_m die im Aktuator induzierte elektromotorische Gegenkraft ist.

Vorteilhafterweise beträgt die angelegte Spannung unge fähr 13 V und ist die Aktuatorimpedanz R_m bei 20°C höher als 1,2 Ω.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthält die erfindungsgemäße elektrisch gesteuerte Drosselklappen vorrichtung eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen der angelegten Spannung und eine Steuereinheit, die den Aktuator steuert und Änderungen des Wertes der rechten Seite der Ungleichung (2) vorhersagt und die angelegte Spannung in der Weise steuert, daß die Ungleichung (2) stets erfüllt ist.

Bevorzugt wird die erfindungsgemäße elektrisch gesteuerte Drosselklappenvorrichtung in einem Direkteinspritzungs verbrennungsmotor verwendet.

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. 1 eine horizontale Schnittansicht einer elek trisch gesteuerten Drosselklappenvorrichtung gemäß einer Ausführung der Erfindung;

Fig. 2 eine Ansicht zur Erläuterung des Prinzips eines Voreinstellungsmechanismus;

Fig. 3 eine Ansicht zur Erläuterung der auf die Welle einer Drosselklappe durch eine Rück stellfeder und eine Voreinstellungsfeder aus geübten Kraft;

Fig. 4A, 4B die bereits erwähnten Ansichten zur Erläute rung der Funktionsweise einer Drosselklappe in einer elektrisch gesteuerten Drosselklap penvorrichtung entsprechend den zeitlichen Änderungen des Niederdrückungsgrades eines Fahrpedals;

Fig. 5A, 5B Diagramme zur Erläuterung der Beziehung zwischen der Betriebsdauer t, des Unterset zungsverhältnisses und der Temperatur;

Fig. 6 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Direkteinspritzungsmotors, der eine elektrisch gesteuerte Drosselklappenvorrich tung verwendet;

Fig. 7 ein Diagramm zur Erläuterung der Änderungen der Ausgangsleistung eines Direkteinsprit zungsmotors, wenn zwischen den Kraftstoffver brennungsarten umgeschaltet wird;

Fig. 8 eine Vorderansicht der elektrisch gesteuerten Drosselklappenvorrichtung nach Fig. 1 bei Be trachtung in Richtung der Welle der Drosselklappe;

Fig. 9A, 9B eine Treiberschaltung zum Antreiben des Aktuators bzw. Spannungsimpulsmuster, die in die Treiberschaltung eingegeben werden;

Fig. 10 ein Prinzipschaltbild zur Erläuterung des Stromflußweges, wenn an den Aktuator eine Spannung angelegt wird, um ein Drehmoment in einer Richtung zu erzeugen, die zu derjenigen der momentanen Drehung des Aktuators entge gengesetzt ist;

Fig. 11 eine Darstellung zur Erläuterung der Bewegung der elektrisch gesteuerten Drosselklappenvor richtung;

Fig. 12 das bereits erwähnte Diagramm zur Erläute rung der Beziehung zwischen den Kraftstoff verbrennungsarten und den Betriebszuständen eines Verbrennungsmotors;

Fig. 13 eine Ansicht zur Erläuterung der Verzögerung der Antwort der Ansaugluftmenge auf eine stu fenweise Änderung der Öffnung der Drossel klappe;

Fig. 14 Zeitablaufpläne zur Erläuterung der induzier ten elektromotorischen Gegenkraft und des in den Aktuator fließenden Stroms, der in der elektrisch gesteuerten Drosselklappenvorrich tung verwendet wird; und

Fig. 15 ein Diagramm zur Erläuterung der Beziehung zwischen den Grenzwerten des Aktuatorwider standes und den Werten der Drehmomentkon stante unter der Bedingung einer Betriebs dauer von 80 ms, eines erforderlichen Anhaf tungslösedrehmoments von 1079,1 Nmm und des zulässigen Stroms von 20 A, wobei das äquiva lente Trägheitsmoment J auf 0,0128 Nm² ge setzt ist.

In Fig. 1 ist eine horizontale Schnittansicht einer elektrisch gesteuerten Drosselklappenvorrichtung gemäß einer Ausführung der Erfindung gezeigt, ferner ist in Fig. 8 eine Vorderansicht eines Zahnradabschnitts in der elektrisch gesteuerten Drosselklappenvorrichtung nach Fig. 1 bei Betrachtung in Richtung der Welle der Drossel klappe gezeigt.

Die elektrisch gesteuerte Drosselklappenvorrichtung enthält einen Drosselklappenkörper 101 mit einer Luftan saugleitung und einem ein Drehmoment erzeugenden Aktuator 107 (der in dieser Ausführung durch einen Elektromotor gebildet ist), eine Aktuatorwelle 105 des Aktuators 107, ein Aktuatorzahnrad 106, das an der Aktuatorwelle 105 befestigt ist, ein großes Zwischenzahnrad 104a, das mit dem Aktuatorzahnrad 106 in Eingriff ist, ein kleines Zwischenzahnrad 104b, das an der Aktuatorwelle 105 koa xial zum großen Zwischenzahnrad 104a befestigt ist, ein Klappenzahnrad 103, das mit dem kleinen Zwischenzahnrad 104b in Eingriff ist, eine Klappenwelle 108, an der das Klappenzahnrad 103 befestigt ist, eine an die Klappen welle 108 angeschraubte Drosselklappe 102 sowie einen Voreinstellungsmechanismus, der eine Rückstellfeder 111 und eine Voreinstellungsfeder 112 verwendet.

Im folgenden werden die Spezifikationsparameter, die die Betriebseigenschaften der elektrisch gesteuerten Drossel klappenvorrichtung bestimmen, angegeben. Die Spezifikati onsparameter bezüglich des Aktuators 107 sind die Drehmo mentkonstante, die elektromotorische (induktive) Gegen spannungskonstante, die Aktuatorinduktivität, die Aktua torwiderstände, die an den Aktuator 107 angelegte Span nung usw. Darüber hinaus sind die Spezifikationsparameter des mechanischen Aufbaus das Trägheitsmoment, das Unter setzungsverhältnis (Getriebeuntersetzungsverhältnis), das Vorbelastungsdrehmoment der Rückstellfeder 111 usw.

Ferner ist zwischen dem Voreinstellungsmechanismus und der Drosselklappe 102 ein Drosselklappenstellungssensor 110 zur Erfassung der Stellung der Drosselklappe 102 vorgesehen.

Um die Drehzahl des Aktuators 107, die an die Klappen welle 108 übertragen wird, zu reduzieren, muß der Roll kreisdurchmesser des Aktuatorzahnrades 106 kleiner sein als derjenige des großen Zwischenzahnrades 104, das mit dem Aktuatorzahnrad 106 in Eingriff ist. Außerdem muß der Rollkreisdurchmesser des kleinen Zwischenzahnrades 104b kleiner sein als derjenige des Klappenzahnrades 103, das mit dem kleinen Zwischenzahnrad 104b in Eingriff ist. Da der Drehwinkel der Drosselklappe 102 höchstens 90° be trägt, ist es ausreichend, daß sich das Klappenzahnrad 103 um 90° dreht. Daher hat das Klappenzahnrad die Form eines Fächers.

Die großen und kleinen Zwischenzahnräder 104a und 104b werden dadurch gebildet, daß die jeweiligen Zahnabstände im selben Element ausgebildet werden. In der Mitte der Zwischenzahnräder 104a und 104b ist eine Bohrung vorgese hen, durch die hindurch eine Zwischenzahnradwelle 109 in den Drosselklappenkörper 101 mittels Preßpassung eingesetzt ist. Um darüber hinaus die Reibung und das Spiel in den Zwischenzahnrädern 104a und 104b zu reduzieren, ist zwischen die Zwischenzahnräder 104a und 104b und die Zwischenzahnradwelle 109 ein Trockenlager eingesetzt.

Senkrecht zur Aktuatorwelle 105 ist ein Flansch vorgese hen und am Drosselklappenkörper 101 mittels zweier Schrauben befestigt. In dieser Ausführung ist das große Zwischenzahnrad 104a an einer Position in der Nähe des Drosselklappenkörpers 101 an der Zwischenzahnradwelle 109 angeordnet, so daß die Länge der Aktuatorwelle 105 so kurz wie möglich ist. Dadurch ist es möglich, eine Aktua torwelle 105 mit kleinem Durchmesser zu verwenden, wo durch die Steifheit der Aktuatorwelle 105 erhöht wird. Folglich kann das Trägheitsmoment reduziert werden, was wiederum das Ansprechverhalten der Drosselklappenvorrich tung verbessert.

Fig. 2 ist eine Ansicht zur Veranschaulichung des Prin zips des Voreinstellungsmechanismus. In dieser Figur ist um der einfachen Erläuterung willen das Prinzip dadurch veranschaulicht, daß vorgestellt wird, daß die Drehbewe gungen eines Hebels 204, der Rückstellfeder 201 (111) und der Voreinstellungsfeder 202 (112) in eine geradlinige Bewegung umgesetzt werden. Der Hebel 204 ist mit der Klappenwelle 108 verbunden und wird durch den Aktuator 107 angetrieben. Wenn der Hebel 204 nach links bewegt wird, wird die Drosselklappe 102 in Klappenöffnungsrich tung angetrieben. Der Voreinstellungsmechanismus hält die Drosselklappe 102 unter Verwendung eines Paars Federn in der vorgegebenen Position (der sogenannten Voreinstel lungsposition). Die Voreinstellungsposition ist die Position der Drosselklappe, mit der das Fahrzeug anfahren kann, ohne eine zu hohe Geschwindigkeit zu erreichen. Die Rückstellfeder 201 (111) ist an einem Element 203 befe stigt und der Hebel 204 ist mit der Klappenwelle 108 verbunden. Die Voreinstellungsfeder 202 (112) ist am Element (203) und an einem Körper 205 befestigt.

Falls der Aktuator 107 anhält, wird der Hebel 204 durch die Rückstellfeder 201 zum Element 203 geschoben, wobei das Element 203 durch die Voreinstellungsfeder 202 in der Voreinstellungsposition gehalten wird. In dem Öffnungsbe reich jenseits der Voreinstellungsposition des Hebels 204 berührt das Element 203 den Körper 205 und hält an, wobei die Rückstellfeder 201 auf den Hebel 204 eine Kraft in Klappenschließrichtung ausübt. Andererseits wird im Schließbereich unterhalb der Voreinstellungsposition des Hebels 204 die Kraft der Voreinstellungsfeder 202 über den Hebel 204 und das Element 203 auf die Drosselklappe 102 ausgeübt.

Fig. 3 ist eine Darstellung des auf die Klappenwelle 108 der Drosselklappe 102 durch den Voreinstellungsmechanis mus unter Verwendung der Rückstellfeder 111 und der Voreinstellungsfeder 112 ausgeübten Drehmoments. Die Vorbelastung wird im voraus sowohl auf die Rückstellfeder 111 als auch auf die Voreinstellungsfeder 112 ausgeübt. Daher gibt es für jede Vorbelastung einen optimalen Wert. Falls die Vorbelastung zu groß ist, hat dies eine lange Ansprechzeit bei den Öffnungs- und Schließvorgängen der Drosselklappe 102 zur Folge; wenn jedoch die Vorbelastung zu gering ist, kann die Drosselklappe 102 aufgrund des Luftwiderstandes und der Reibung bei der Drehung nicht in die Voreinstellungsposition zurückkehren. Die Vorbela stung der Rückstellfeder 111 ist für die zuverlässige Rückstellung der Drosselklappe 102 in die Voreinstel lungsposition wichtig, wobei für die Vorbelastung eine Kraft von 294,3-392,4 Nmm erforderlich ist.

Im folgenden werden die Funktionsweisen der elektrisch gesteuerten Drosselklappenvorrichtung erläutert.

Wenn ein Drehmoment, das größer als das der Federkraft des Voreinstellungsmechanismus entsprechende Drehmoment ist, durch den Aktuator 107 auf die Klappenwelle 108 ausgeübt wird, dreht sich die Aktuatorwelle 105, wobei sich aufgrund dieser Drehung der Aktuatorwelle 105 auch das Aktuatorzahnrad 106 und das große Zwischenzahnrad 104a drehen. Da die Anzahl der Zähne des Aktuatorzahnra des 106 kleiner als diejenige des großen Zwischenzahnra des 104a ist, wird die Drehzahl des Aktuators 107 redu ziert. Das kleine Zwischenzahnrad 104b dreht sich zusam men mit dem großen Zwischenzahnrad 104a und überträgt das Drehmoment an das Klappenzahnrad 103. Da darüber hinaus der Rollkreisdurchmesser des kleinen Zwischenzahnrades 104b kleiner als derjenige des Klappenzahnrades 103 ist, wird die Drehzahl weiter reduziert. Somit wird die Dreh zahl des Aktuators 107 in zwei Stufen reduziert und an die Klappenwelle 108 übertragen.

Fig. 6 zeigt ein Beispiel des Aufbaus eines Direktein spritzungsmotors, in dem eine elektrisch gesteuerte Drosselklappenvorrichtung gemäß der Erfindung verwendet wird. Die elektrisch gesteuerte Drosselklappenvorrichtung 61 ist an der Einlaßseite eines Direkteinspritzungsmotors 62 in einem Luftansaugrohr 67 vorgesehen. Mit der elek trisch gesteuerten Drosselklappenvorrichtung 61 ist über einen Drosselklappenkabelbaum 66 eine Steuereinheit 63 verbunden, die an den Aktuator 107 Steuersignale sendet und den Aktuator 107 antreibt.

Die Steuereinheit 63 empfängt vom Verbrennungsmotor 62 über einen Verbrennungsmotor-Kabelbaum 64 sowie von anderen Teilen des Fahrzeugs über einen Kabelbaum 65 Informationen und bestimmt daraus die Sollstellung der Drosselklappe 102. Außerdem empfängt die Steuereinheit 63 ein vom Drosselklappenstellungssensor 110 erfaßtes Stellungssignal und steuert die Stellung der Drosselklappe 102 in der Weise, daß diese der bestimmten Sollstellung folgt.

In die Steuereinheit 63 ist eine Treiberschaltung 68 zum Einstellen der an den Aktuator 107 gelieferten Leistung eingebaut. Die Treiberschaltung 8 verwendet das Impuls breitenmodulationsverfahren zum Steuern des vom Aktuator 107 erzeugten Drehmoments, indem sie an den Aktuator 107 Spannungsimpulse mit veränderlicher Breite schickt. Als Schaltelemente zur Erzeugung der Spannungsimpulse werden Transistoren oder genauer FETs (Feldeffekttransistoren) verwendet, wobei der zulässige Strom von diesen Transi storen bestimmt wird. Falls in diese Schaltelemente ein Strom fließt, der größer als der zulässige Strom ist, fallen die Transistoren möglicherweise aus.

In der folgenden Tabelle 1 sind Spezifikationsparameter des Aktuators 107 und des Untersetzungsverhältnisses des Drehzahlreduzierungsmechanismus dieser Ausführung ge zeigt. Bei Verwendung der in Tabelle 1 gezeigten Spezifi kationsparameter kann eine Reduzierung der Ansprechzeit der elektronischen Drosselklappenvorrichtung sicherge stellt werden, ferner wird ein in die Treiberschaltung fließender zu hoher Strom verhindert.

Tabelle 1

Diese Spezifikationsparameter werden im folgenden erläu tert.

Wenn an den Aktuator 107 eine Spannung angelegt wird und wenn sich der Aktuator 107 zu drehen beginnt, erzeugt er in der Richtung, die derjenigen der angelegten Spannung entgegengesetzt ist, eine induzierte Spannung, die durch die Leistungserzeugungsfunktion bedingt ist, die der Aktuator 107 besitzt. Diese induzierte Spannung wird elektromotorische Gegenkraft genannt und ist zur Drehzahl des Aktuators proportional. Da der in der elektrisch gesteuerten Drosselklappenvorrichtung verwendete Aktuator 107 in der Weise gesteuert wird, daß die Stellung der Drosselklappe der Sollstellung folgt, wird an den Aktua tor 107 dann, wenn die Stellung die Sollstellung er reicht, eine Spannung angelegt, durch die ein Drehmoment in der zur ursprünglichen Drehrichtung des Aktuators 107 entgegengesetzten Richtung erzeugt wird, wodurch die Drehzahl des Aktuators 107 reduziert wird. Bei diesem Betrieb des Aktuators 107 wird die elektromotorische Gegenkraft zu der angelegten Spannung addiert, so daß ein übermäßiger Stromfluß durch die Treiberschaltung des Aktuators 107 auftreten kann.

Beispielsweise zeigt Fig. 14 die induzierte elektromoto rische Gegenkraft und den Stromfluß durch den Aktuator 107, der in der elektrisch gesteuerten Drosselklappenvor richtung verwendet wird.

In den Fig. 9A und 9B ist eine schematische Darstellung des Aufbaus der Treiberschaltung 68 bzw. ein Beispiel des Spannungsimpulsmusters der an die Schaltelemente angelegten Impulse gezeigt. Darüber hinaus zeigt Fig. 10 die im Aktuator 107 erzeugte Spannung und den Stromfluß durch die Schaltelemente der Treiberschaltung, wenn die Span nung an den Aktuator 107 angelegt wird, um ein Drehmoment in Gegenrichtung des Aktuators 107 zu erzeugen. Die Bezugszeichen M1, M2, M3 und M4 bezeichnen die Feldef fekttransistoren verwendenden Schaltelemente, die den zum Aktuator 107 gelieferten Strom durchlassen oder sperren. Durch Schließen der Schalter M1 und M4 (wobei die Schal ter M2 und M3 geöffnet sind) wird der Aktuator 107 in Vorwärtsrichtung (Klappenöffnungsrichtung) gedreht. Wenn andererseits die Schalter M2 und M3 geschlossen werden (wobei M1 und M4 geöffnet sind), wird der Aktuator in Gegenrichtung (Klappenschließrichtung) gedreht. Wenn sich der Aktuator 107 in Gegenrichtung dreht, wird die elek tromotorische Gegenkraft des Aktuators 107 in einer Richtung erzeugt, in der die Seite A des Aktuators 107 positiv ist. Um die Drehzahl des Aktuators 107 in Gegen richtung schnell zu verzögern, wird an den Aktuator 107 durch Schließen der Schalter M1 und M4 eine Spannung in Vorwärtsrichtung angelegt, wie in Fig. 10 gezeigt ist. Folglich stimmt die Richtung der erzeugten elektromotori schen Gegenkraft V_m mit derjenigen der angelegten Span nung V_b(E) überein und durch die Schalter M1 und M4 fließt der Strom i_m. Der hindurchfließende Strom ist um den Betrag des durch die elektromotorische Gegenkraft V_m erzeugten Stroms größer als der lediglich durch die angelegte Spannung V_b erzeugte Strom. Falls der Strom i_m den zulässigen Wert der Schaltelemente M1, M2, M3 und M4 übersteigt, d. h. wenn der Strom i_m ein übermäßiger Strom ist, können die Schaltelemente M1 und M4 möglicherweise ausfallen.

In dieser Ausführung kann durch geeignetes Setzen der Impedanz des Aktuators 107 ein übermäßiger Stromfluß in die Treiberschaltung 68 und in den Aktuator 107 aufgrund der elektromotorischen Gegenkraft verhindert werden.

Die Impedanz des Aktuators 107 ist so festgelegt, daß sie die obenerwähnte Ungleichung (2) erfüllt. Diese Unglei chung (2) wird erneut angegeben:

wobei _m = _v.N ist und V_m = K_enθ_m ist und wobei R_m die Aktuatorimpedanz [Ω] ist, E die an den Aktuator 107 angelegte Spannung [V] ist, K_e die Induktionsspannungs konstante [V/min^-1] ist, _m die Drehzahl [min^-1] des Aktuators (107) ist, _v die Drehzahl [min^-1] der Drossel klappe 102 ist, N das Untersetzungsverhältnis ist und V_m die elektromotorische Gegenkraft ist, die im Aktuator 107 induziert wird.

Die rechte Seite der Ungleichung (2) gibt den Widerstand an, der durch Teilen der Summe der angelegten Spannung V_b und der elektromotorischen Gegenkraft V_m durch den zuläs sigen Strom I_lim erhalten wird.

Diese Impedanz R_m ist in Fig. 9A die Impedanz zwischen den Punkten A und B, d. h. zwischen den beiden Anschlüs sen des Aktuators 107, die nicht nur die Ankerimpedanz des Aktuators 107, sondern auch die Impedanz der als Rauschfilter verwendeten Drosselspule und den Bürstenwi derstand enthält.

Die Widerstandskomponente der Impedanz wird durch Messen des in den Aktuator 107 fließenden Stroms erhalten, wenn die Spannung (13 V in dieser Ausführung) angelegt wird und der Aktuator 107 angehalten ist. Im folgenden wird bezüglich der Impedanz des Aktuators 107 hauptsächlich die Widerstandskomponente betrachtet (R_m wird als Wider stand beschrieben).

Falls der Widerstand R_m die Ungleichung (2) nicht er füllt, hat der Widerstand R_m einen unzureichenden Wert und der in die Treiberschaltung 68 fließende Strom kann seinen zulässigen Wert übersteigen. Bei der Bestimmung des geeigneten Wertes des Widerstandes R_m wird die rechte Seite der Ungleichung (2) bei der Temperatur von -30°C, bei der der Widerstand R_m in dem angenommenen Temperatur bereich des Fahrzeugbetriebs den minimalen Wert hat, konservativ geschätzt. Das heißt, daß die rechte Seite der Ungleichung (2) unter Verwendung von Parametern geschätzt wird, die die Eigenschaften des Aktuators 107 bei der Temperatur von -30°C angeben. Die Drehzahl _v hat den Wert 187,5 min^-1, der sich aus einer Drehung der Drosselklappe von 0° bis 90° (π/2) in 80 ms ergibt.

In dieser Ausführung beträgt das Untersetzungsverhältnis N 10,28, die Induktionsspannungskonstante K_e beträgt 3,92 V/krpm. Die angelegte Spannung E beträgt nahezu 13 V, wie sie von einer in einem Fahrzeug üblicherweise verwendeten Batterie erzeugt wird. Obwohl die Spannung der Batterie in der Weise gesteuert wird, daß sie im Bereich von 12,7-12,8 V liegt, unterschreitet die Lei stung manchmal 10 V, wenn das Fahrzeug angelassen wird oder wenn die Batterie erschöpft ist. Außerdem steigt die Batteriespannung aufgrund einer Fehlfunktion einer Batte riespannung-Steuervorrichtung manchmal über 16 V an. Bei der Schätzung der rechten Seite der Ungleichung (2) wird jedoch eine Spannung von 13 V, die üblicherweise für einen Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs verwendet wird, angenommen. Außerdem wird als zulässiger Strom der Schaltelemente in der Treiberschaltung 68 des Aktuators 107 ein Strom von 20 A angenommen. Durch Einsetzen der obigen Werte in die rechte Seite der Ungleichung (2) ergibt sich ein Widerstand R_m von mehr als 1,03 Ω, der die Ungleichung (2) erfüllt. Da bei der Herstellung ein Fehler auftreten kann, derart, daß der Widerstand R_m einen um 5% niedrigeren Wert hat und die Induktionsspan nungskonstante K_e einen um 10% höheren Wert als den Nennwert hat, wird die rechte Seite der Ungleichung (2) unter Berücksichtigung des obigen Fehlers geschätzt. Somit wird der Widerstand R_m bei Verwendung des erhöhten Wertes von 4,31 V/krpm für die Induktionsspannungskon stante K_e ein Wert geschätzt, der höher als 1,12 Ω ist. Somit wird in dieser Ausführung der Widerstand R_m konser vativ auf 1,3 Ω gesetzt.

In dem obigen Beispiel ist die Betriebsdauer t, während der die Drosselklappe 102 aus der minimal geöffneten Stellung in die maximal geöffnete Stellung angetrieben wird, auf 80 ms gesetzt. Um den Widerstand R_m präziser zu bestimmen, kann das folgende Verfahren verwendet werden. Die Betriebsdauer t der Drosselklappe 102 wird durch Verwenden der obenbeschriebenen Gleichung (1) erhalten (für die Parameter, die die Eigenschaften des Aktuators 107 wiedergeben, werden nicht deren Werte bei 120°C, sondern bei -30°C verwendet), ferner kann der Widerstand R_m anhand der Drehzahl _v der Klappe 102, die unter Verwendung der obigen Betriebsdauer t berechnet wird, bestimmt werden. Bei Verwendung dieses Verfahrens zur Bestimmung des Widerstandes R_m kann ein Ausfall der Schaltelemente in der Treiberschaltung selbst in einer elektrisch gesteuerten Drosselklappenvorrichtung, deren Betriebsdauer t viel kürzer als 80 ms ist, verhindert werden. Da jedoch in dem obigen Verfahren die Parameter des Aktuators bei -30°C verwendet werden, kann es vor kommen, daß der bestimmte Widerstand R_m bei der Betriebs temperatur zu groß ist, wodurch wiederum der in den Aktuator 107 fließende Strom zu stark abgesenkt wird und das Ausgangsdrehmoment des Aktuators 107 unzureichend wird. Folglich wird das Ansprechverhalten der elektrisch gesteuerten Drosselklappenvorrichtung verschlechtert. Darüber hinaus wird der Verzögerungseffekt eines Steuer systems in der Gleichung (1) nicht betrachtet. Wenn ein sehr schnelles Ansprechverhalten der elektrisch gesteuer ten Drosselklappenvorrichtung erreicht werden soll, kann dieser Verzögerungseffekt jedoch nicht vernachlässigt werden.

Daher ist es günstiger, den notwendigen Widerstand R_m anhand der Ungleichung (2) bei 20°C unter Verwendung der Betriebsdauer t der Klappe 102 zu bestimmen, wobei die Betriebsdauer t unter Verwendung der Gleichung (1) erhal ten wird, in der die die Eigenschaften des Aktuators 107 angebenden Parameter bei 20°C verwendet werden. Für die Betriebsdauer t von 40 ms (375 min^-1) ergibt sich, wie aus Fig. 5A hervorgeht, bei 20°C ein geeignetes Unter setzungsverhältnis N von ungefähr 10. Daher wird für den Widerstand R_m bei 20°C, der die Ungleichung (2) erfüllt, ein Wert von mehr als 1,35 Ω geschätzt. Wenn ferner der Fehler in der Massenproduktion berücksichtigt wird, ist es zweckmäßig, den Widerstand R_m auf mehr als 1,49 Ω zu setzen. In dieser Ausführung wird der Widerstand R_m bei 20°C bei einer konservativen Schätzung auf 1,61 Ω gesetzt.

Gemäß dem obigen Verfahren zum Bestimmen des Widerstandes R_m ist der in den Aktuator 107 und in seine Treiberschal tung 68 fließende Strom so beschränkt, daß er den zuläs sigen Wert nicht übersteigt, so daß es möglich ist, die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls der Schaltelemente in der Treiberschaltung 68 zu reduzieren, ohne daß eine komplizierte Schaltung oder ein kompliziertes Steuerver fahren verwendet werden.

Andere Verfahren, in denen der Wert der rechten Seite der Ungleichung (2) stets überwacht wird und die angelegte Spannung so gesteuert wird, daß sie die Ungleichung (2) erfüllt, sind zur Verhinderung des Durchbruchs der Schaltelemente ebenfalls wirksam. Ein System zur Imple mentierung des obigen Verfahrens ist in Fig. 6 gezeigt. In einem der obigen Verfahren berechnet eine Steuerschal tung 63 die Drehzahl des Aktuators 107 anhand der zeitli chen Änderungsrate der Sollöffnung und überwacht den Wert der rechten Seite der Ungleichung (2) und sagt diesen vorher. Außerdem steuert sie die an den Aktuator 107 angelegte Spannung in der Weise, daß die Ungleichung (2) erfüllt ist. Falls die Drehzahl des Aktuators 107 hoch ist und der Wert der rechten Seite der Ungleichung (2) so hoch ist, daß er den die Ungleichung (2) erfüllenden Wert übersteigt, wird die Summe aus der angelegten Spannung V_b(E) und aus der elektromotorischen Gegenkraft V_m abge senkt, indem die angelegte Spannung abgesenkt wird, insbesondere am Beginn des Anlegens der Gegenspannung an den Aktuator 107. In einem weiteren der obigen Verfahren wird die Spannung zwischen den Anschlüssen A und B des Aktuators 107 (elektromotorische Gegenkraft) überwacht und die Steuerschaltung 63 berechnet ständig die Summe aus der angelegten Spannung V_b(E) und aus der elektromo torischen Gegenkraft V_m. Falls darüber hinaus die Dreh zahl des Aktuators 107 hoch ist und für den Wert der rechten Seite der Ungleichung (2) ein Wert vorhergesagt wird, der den die Ungleichung (2) erfüllenden Wert über steigt, hält die Steuerschaltung 63 das Anlegen der Spannung an den Aktuator 107 an. In einem weiteren der obigen Verfahren überwacht die Steuerschaltung 63 ständig den Wert, der durch Dividieren der Summe aus der angeleg ten Spannung V_b(E) und aus der elektromotorischen Gegen kraft V_m durch den Widerstand R_m erhalten wird. Falls für diesen Wert vorhergesagt wird, daß er den zulässigen Strom übersteigt, hält die Steuerschaltung 63 das Anlegen der Spannung an den Aktuator 107 kurz an und beginnt dann erneut mit dem Anlegen der Spannung an den Aktuator 107.

Jedes der obenbeschriebenen Verfahren kann durch eine einfache Schaltung verwirklicht werden, wobei aufgrund der Tatsache, daß kein Aktuator mit großem Widerstand R_m erforderlich ist, die in den Spulen des Aktuators 107 erzeugte Wärme (Joulesche Wärme) reduziert werden kann. Da es darüber hinaus möglich ist, daß ständig ein Strom in der Nähe des zulässigen Stroms fließen kann, kann auch die Betriebsdauer der Drosselklappe 102 reduziert werden.

Das Untersetzungsverhältnis wird in dieser Ausführung auf 10,28 gesetzt. Bei Verwendung dieses Untersetzungsver hältnisses ist es möglich, nicht nur ein stabiles An sprechverhalten der elektrisch gesteuerten Drosselklappe sicherzustellen, das nicht durch die Streuung der Eigen schaften des Aktuators 107 und der Federkraft des Vorein stellungsmechanismus oder durch Drehmomentänderungen aufgrund von Ablagerungen auf der Drosselklappe 102 beeinträchtigt wird, sondern auch, die Drosselklappe 102 mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit zu betreiben.

Das Untersetzungsverhältnis von 10,28 ist durch die jeweilige Zahnanzahl des Aktuatorzahnrades 106, des großen Zwischenzahnrades 104a, des kleinen Zwischenzahn rades 104b und des Klappenzahnrades 103 wie in den Fig. 1 und 8 gezeigt bestimmt. Die jeweilige Zahnanzahl ist 21, 65, 22 bzw. 73 (diese Werte sind auf den Gesamtumfangs bezogen) für das Aktuatorzahnrad 106, das große Zwischen zahnrad 104a, das kleine Zwischenzahnrad 104b bzw. das Klappenzahnrad 103. Es ist nicht immer notwendig, diese Zahnanzahl für die Verwirklichung der Erfindung zu ver wenden. Außerdem kann das Soll-Untersetzungsverhältnis nicht stets genau verwirklicht werden. Der Grund hierfür besteht darin, daß die Zahnanzahl des Zahnrades vom Abstand zwischen der Welle jedes Zahnrades und der Welle eines diesem Zahnrad benachbarten Zahnrades oder Zahnrad moduls abhängt, wobei diese Abstände umgekehrt durch die Größe jedes Zahnrades bestimmt sind. Daher ist es prak tisch, statt des einen Wertes von 10,28 für das Unterset zungsverhältnis einen Bereich von 9,80 bis 10,78 festzu legen, indem die Veränderung berücksichtigt wird, die durch einen Zahn in jedem der einzelnen Zahnräder hervor gerufen wird.

Falls in der elektrisch gesteuerten Drosselklappenvor richtung das Untersetzungsverhältnis zu niedrig gesetzt ist, kann die Drosselklappenvorrichtung nur schwer stabil betrieben werden, da die Federkraft des Voreinstellungs mechanismus relativ zum Drehmoment des Aktuators 107 groß wird, wodurch die Änderung der Betriebsdauer für eine Änderung des Drehmoments des Aktuators 107 anfällig wird. Ferner wird das äquivalente Trägheitsmoment der Drossel klappe 102, die durch den Aktuator 107 angetrieben werden soll, verhältnismäßig groß, wodurch das Ansprechverhalten der Drosselklappenvorrichtung verschlechtert wird.

Falls umgekehrt das Untersetzungsverhältnis hoch ange setzt ist, dauert es länger, den Aktuator 107 zu be schleunigen, da sich der Aktuator 107 mit einer höheren Drehzahl drehen muß, um das schnelle Ansprechverhalten der Drosselklappenvorrichtung zu erzielen. Dadurch wird das Ansprechverhalten der Drosselklappenvorrichtung verschlechtert, was für einen Direkteinspritzungsmotor nicht zweckmäßig ist.

Fig. 11 ist eine Ansicht zur Erläuterung der Bewegung der elektrisch gesteuerten Drosselklappenvorrichtung. Wenn der Aktuator 107 das Drehmoment T_m erzeugt, drehen sich die Zahnräder und reduzieren die Drehzahl des Aktuators 107 zur Klappenwelle 108 um das Untersetzungsverhältnis N, wodurch die Drosselklappe 102, auf die die Federlast T_s ausgeübt wird, gedreht wird. Die Bewegungsgleichungen für das in Fig. 11 gezeigte System lauten folgendermaßen:

wobei T_o das Drehmoment [Nm] des Aktuators 107 ist, K_m die Drehmomentkonstante [Nm/A] ist, I der in den Aktuator fließende Strom [A] ist und L_m die Induktivität [H] des Aktuators 107 ist.

Die obigen Gleichungen (3) drücken die mechanische Bewe gung, das im Aktuator erzeugte Drehmoment bzw. die Span nungsbeziehung aus. Es ist ersichtlich, daß bei kleineren Werten des Trägheitsmoments J, der Induktivität L_m, des Widerstandes R_m und des Vorbelastungsdrehmoments T_s der Rückstellfeder 111 die Drosselklappe schneller bewegt wird. Daher sollten die Werte für die Drehmomentkonstante K_m, die Induktionsspannungskonstante K_e und das Unterset zungsverhältnis N optimiert werden.

Das in dieser Ausführung verwendete Untersetzungsverhält nis N ist so bestimmt, daß ein stabiler und schneller Betrieb der elektrisch gesteuerten Drosselklappenvorrich tung verwirklicht wird. Um dieses Untersetzungsverhältnis N zu bestimmen, wird die Gleichung (1) verwendet. Diese Gleichung (1) wird erneut angegeben:

wobei T_max = K_mE/R_m ist und T_s das Vorbelastungsdrehmoment [Nm] der Rückstellfeder 111 der Kraftausübungseinrichtung ist und wobei T_max das Drehmoment [Nm] des Aktuators 107 ist, N das Untersetzungsverhältnis ist, J das äquivalente Trägheitsmoment [Nm²] ist, K_m die Drehmomentkonstante [Nm/A] ist, R_m der Widerstand [Ω] des Aktuators 107 ist und E die an den Aktuator 107 angelegte Spannung [V] ist.

Die Gleichung (1) wird durch Vernachlässigen sowohl der Induktivität L_m, die die Bewegung des Systems nur gering fügig beeinflußt, und der Übergangseffekte bei der Bewe gung des Aktuators 107 erhalten, indem angenommen wird, daß das Drehmoment T_o den Maximalwert T_max erreicht; und indem die Gleichungen (3) integriert werden. Obwohl die Gleichung (1) eine Näherungsgleichung ist, die den Verzö gerungseffekt des Steuerungssystems nicht berücksichtigt, kann das Ansprechverhalten des Steuersystems so entworfen werden, daß es ausreichend schnell ist, falls das mecha nische System ausreichend schnell betrieben wird. Daher gibt in dieser Ausführung die Gleichung (1) einen Wert nahe bei der genauen Betriebsdauer t der Drosselklappe 102 an.

Beim Schätzen der Betriebsdauer t unter Verwendung der Gleichung (1) wird angenommen, daß sich die Drosselklappe 102 um den Winkel von 90° (π/2) aus der minimalen Öffnung in die maximale Öffnung dreht. Da das von dem Aktuator 107 erzeugte Drehmoment abnimmt, wenn die Temperatur des Aktuators 107 ansteigt, werden die Werte bei 120°C für die Parameter auf der rechten Seite der Gleichung (1) verwendet, indem angenommen wird, daß die elektrisch gesteuerte Drosselklappe für längere Zeit in einer Umge bung mit einer Temperatur von 120°C gelassen wird und daß die Temperatur der Vorrichtung ihren Gleichgewichts zustand erreicht. Als Trägheitsmoment J wird das äquiva lente Trägheitsmoment verwendet, d. h. das Trägheitsmo ment, das durch Kombination und Umwandlung des Trägheits moments des Aktuators 107 und des Trägheitsmoments der jeweiligen Zahnräder in ein Gesamtträgheitsmoment der Klappenwelle 108 erhalten wird. Ferner wird der Wert von 13 V, der die Spannung einer üblicherweise verwendeten Batterie darstellt, als angelegte Spannung verwendet.

Um den Hochgeschwindigkeitsbetrieb der elektrisch gesteu erten Drosselklappe zu verwirklichen, ist es günstig, die Betriebsdauer t, die durch die Gleichung (1) geschätzt wird, auf weniger als 80 ms zu setzen. Da die Eigenschaf ten des Aktuators 107 nicht beliebig geändert werden können, wird die Betriebsdauer t durch Ändern des Unter setzungsverhältnisses anhand der gewählten Spezifikati onsparameter des Aktuators 107 eingestellt. Im folgenden wird das Untersetzungsverhältnis (Untersetzungs verhältnis) erläutert. Fig. 5A zeigt die Beziehung zwischen der Betriebsdauer t, die unter Verwendung der Gleichung (1) geschätzt wird, und des Untersetzungs verhältnisses (Drehzahluntersetzungsverhältnisses). Aus dieser Figur geht hervor, daß sich die Betriebsdauer t im Bereich des Untersetzungsverhältnisses N von 2,5 bis 32 allmählich ändert. Andererseits ändert sich die Be triebsdauer t unterhalb eines Untersetzungsverhältnisses von 2,5 schnell, so daß ein stabiler Betrieb der Drossel klappe 102 schwierig wird, da die Federlast der Rück stellfeder 111 verhältnismäßig groß wird. Im Bereich des Untersetzungsverhältnisses von 2,5 bis 5 ist die Änderung der Betriebsdauer t für Änderungen des Untersetzungsver hältnisses empfindlich. Diese Situation ist ähnlich wie bei der Änderung der Last des Aktuators 107. Das heißt, die Betriebsdauer t ändert sich hauptsächlich relativ zu kleinen Änderungen der Last. Die zwei Strichlinien in Fig. 5A geben die beste und die schlechteste geschätzte Betriebsdauer t an, wenn die Induktionsspannungskonstante K_e und der Widerstand R_m des Aktuators bei 120°C sich um 10% bzw. um 5% ändern, was durch Fehler bei der Massen produktion hervorgerufen werden kann. Aus diesen Linien geht hervor, daß die Änderung der Betriebsdauer t auch für Änderungen der charakteristischen Parameter des Aktuators 107 unterhalb des Untersetzungsverhältnisses von 5 empfindlich ist.

Fig. 5B zeigt Änderungen der Betriebsdauer t, die Ände rungen der Temperatur bei einem Untersetzungsverhältnis von 3 bzw. von 10 entsprechen. Der Gradient der Linie mit dem Untersetzungsverhältnis 3 ist größer als derjenige mit dem Untersetzungsverhältnis 10, d. h., daß die Ände rung der Betriebsdauer t bei einem Untersetzungsverhält nis von 10 gegenüber einer Änderung der Temperatur weni ger empfindlich als bei einem Untersetzungsverhältnis von 3 ist. Die geringere Empfindlichkeit gegenüber der Tempe ratur ist günstiger für die Steuerung der Drosselklappen vorrichtung, weil die Steuerung einfacher wird. Daher ist die Steuerleistung bei dem Untersetzungsverhältnis von 10 besser als bei dem Untersetzungsverhältnis von 3. Die Spezifikationsparameter, die sich entsprechend der Tempe raturänderung ändern, sind hauptsächlich die Drehmoment konstante und der Widerstand des Aktuators 107. Falls daher die Temperatur hoch ist, ist das im Aktuator 107 erzeugte Drehmoment gering und umgekehrt. Ferner kann die Temperaturänderung durch die Änderung des im Aktuator erzeugten Drehmoments ersetzt werden. Folglich kann gesagt werden, daß bei kleinem Untersetzungsverhältnis die Änderung der Betriebsdauer t relativ zur Änderung des im Aktuator 107 erzeugten Drehmoments (der Temperaturän derung) groß ist. Da das kleine Untersetzungsverhältnis bedeutet, daß das an die Klappenwelle 108 der Drossel klappe 102 übertragene Drehmoment gering ist, kann aus einem anderen Gesichtspunkt heraus gesagt werden, daß die Betriebsdauer t gegenüber einer Änderung der an die Klappenwelle 108 angelegten Last empfindlich ist, falls das Untersetzungsverhältnis klein ist. Somit schafft ein großes Untersetzungsverhältnis eine stabile Betriebsdauer t, was für die Steuerung der elektrisch gesteuerten Drosselklappenvorrichtung vorteilhaft ist. Zur Veranschaulichung der Abhängigkeit der Betriebsdauer t von der Temperatur sind in Fig. 5B die Werte 3 und 10 für das Untersetzungsverhältnis als typische Werte gewählt wor den. Das Untersetzungsverhältnis von 3 liegt im Bereich des negativen Gradienten der Linien, die die Abhängigkeit der Betriebsdauer vom Untersetzungsverhältnis ausdrücken und in Fig. 5A gezeigt sind, während das Untersetzungs verhältnis von 10 im Bereich des positiven Gradienten dieser in Fig. 5A gezeigten Linien liegt. Wie durch die Linie für das Untersetzungsverhältnis 3 in Fig. 5B ge zeigt ist, tritt im negativen Bereich der in Fig. 5A gezeigten Linie die Tendenz auf, daß die Betriebsdauer t sich bei einer Temperaturänderung stark ändert. Daher ist es bei der Bestimmung des Untersetzungsverhältnisses günstig, ein Untersetzungsverhältnis im Bereich des positiven Gradienten der in Fig. 5A gezeigten Linien zu wählen, in dem die Betriebsdauer t gegenüber einer Tempe raturänderung (d. h. einer Drehmoment- und einer Lastän derung) vergleichsweise unempfindlich ist.

In dieser Ausführung ist das Untersetzungsverhältnis auf einen Wert im Bereich des positiven Gradienten dieser in Fig. 5A gezeigten Linien festgelegt. Da wie oben erwähnt die Änderung der Betriebsdauer t relativ zur Änderung der Last oder zur Änderung der Eigenschaften des Aktuators 107 in diesem Bereich des Untersetzungsverhältnisses klein ist, kann ein stabiler Betrieb der Drosselklappe 102 beibehalten werden.

Wenn die elektrisch gesteuerte Drosselklappenvorrichtung der Erfindung auf einen Direkteinspritzungsmotor angewen det wird, ist es durch Wahl des obenerwähnten Unterset zungsverhältnisses möglich, ein schnelles Ansprechverhal ten bei minimalen Änderungen der Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors selbst bei einem Umschalten der Ver brennungsart zu verwirklichen.

In Fig. 7 sind Ausgangsleistungsänderungen in einem Direkteinspritzungsmotor, die auftreten, wenn zwischen den Verbrennungsarten geschaltet wird, in Abhängigkeit von der Betriebsdauer t gezeigt. Aus dieser Figur geht hervor, daß die Ausgangsleistungsänderungen beim Umschal ten zwischen den Verbrennungsarten in dem Bereich unter halb der Betriebsdauer von 80 ms verhältnismäßig gering sind. Im folgenden wird der Grund hierfür beschrieben.

Die elektronisch gesteuerte Drosselklappenvorrichtung 61 dieser Ausführung ist im stromaufseitigen Bereich der Luftansaugleitung des Verbrennungsmotors 62 angeordnet, wie in Fig. 6 gezeigt ist. Selbst wenn daher die Drossel klappe 102 schnell angetrieben wird, wird die tatsächli che Ansaugluftdurchflußmenge in den Verbrennungsmotor 2 um das Volumen eines Ansaugkrümmerabschnitts zwischen dem Auslaß dieser Drosselklappenvorrichtung 61 und dem Einlaß in dem Verbrennungsmotor 62 verzögert. Selbst wenn daher die Drosselklappe 102 aus dem vollständig geöffneten Zustand sofort, beispielsweise innerhalb von 10 ms, in den vollständig geschlossenen Zustand angetrieben wird, wird die Durchflußmenge der Ansaugluft in den Verbren nungsmotor 62 nicht sofort null, sondern nimmt allmählich auf null ab. In Fig. 13 ist die Änderung der Ansaugluft durchflußmenge bei einem sofortigen Öffnen der Drossel klappe 102 aus dem vollständig geschlossenen Zustand in den vollständig geöffneten Zustand gezeigt, bis die Durchflußmenge den Nennwert von 100% erreicht. Die Verzögerungszeit τ hängt vom Verhältnis des Volumens des Krümmerabschnitts der Luftansaugleitung zum Hubraum des Verbrennungsmotors sowie von der Drehzahl N_e des Verbren nungsmotors 62 ab und wird anhand der folgenden Gleichung (4) erhalten:

wobei V_man das Volumen [L] des Ansaugkrümmerabschnitts zwischen dem Auslaß der Drosselklappenvorrichtung 61 und dem Einlaß des Verbrennungsmotors 62 ist, V_d der Aktua torhubraum [L] ist und N_e die Drehzahl des Verbrennungs motors 62 ist.

Das Verhältnis von V_man/V_d liegt im allgemeinen ungefähr zwischen 0,8 und 1,5. Die Verzögerungszeit τ ist als Zeit definiert, innerhalb derer die Durchflußmenge den Wert von 63% der Nenndurchflußmenge erreicht, ferner ist die Ansprechzeit, innerhalb derer die Durchflußmenge effektiv 100% erreicht, als Zeit definiert, innerhalb derer die den Ausgangspunkt mit dem Punkt von 63% verbindende Strichlinie die horizontale Linie von 100% von Fig. 13 schneidet. Die Ansprechzeiten werden durch Verändern des Verhältnisses V_man/V_d und der Drehzahl N_e berechnet. Die Rechenergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefaßt.

Ein Umschalten zwischen den Verbrennungsarten in einem Direkteinspritzungsmotor wird innerhalb eines Drehzahlbe reichs von 2000 bis 3000 min^-1 ausgeführt. In diesem Bereich beträgt die minimale Ansprechzeit, die notwendig ist, damit die Durchflußmenge unter den Bedingungen N_e = 3000 min^-1 und V_man/V_d = 0,8 erreicht wird, 51 ms, während die maximale Ansprechzeit unter den Bedingungen N_e = 2000 min^-1 und V_man/V_d = 1,5 durch den Wert 143 ms gegeben ist.

Tabelle 2

Zwischen den Verbrennungsarten wird jedoch selten in der Nähe der Drehzahl von 3000 min^-1 umgeschaltet, ferner ist das Verhältnis V_man/V_d gewöhnlich höher als 1,0. Daher wird die Betriebsdauer der Drosselklappe 102 zweckmäßig auf weniger als 100 ms gesetzt, wenn die Drosselklappe auf einen Direkteinspritzungsmotor angewendet wird, in dem zwischen den Verbrennungsarten in der Nähe der Dreh zahl zwischen 2000 min^-1 umgeschaltet wird. Falls die Drosselklappenvorrichtung eine Betriebsdauer t von weni ger als 80 ms verwirklichen kann, kann sie auf nahezu sämtliche Direkteinspritzungsmotoren angewendet werden. In dieser Ausführung beträgt das Verhältnis V_man/V_d ungefähr 1,0, ferner beträgt die Drehzahl, bei der zwi schen den Verbrennungsarten umgeschaltet wird, ungefähr 2500 min^-1. Bei Verwendung dieser elektrisch gesteuerten Drosselklappe ist die Betriebsdauer von 80 ms ungefähr gleich dem Ansprechverhalten der Durchflußmenge im unte ren Strömungsbereich (Krümmerabschnitt) der Ansaugluft leitung. Da die Ansaugluftdurchflußmenge in den Verbren nungsmotor 62 somit mit hoher Geschwindigkeit gesteuert werden kann, kann die Änderung der Ausgangsleistung des Aktuators 62 wie in Fig. 7 gezeigt reduziert werden.

Insbesondere für diesen Typ einer elektrisch gesteuerten Drosselklappenvorrichtung ist es charakteristisch, daß die Drosselklappe aus einem Anhaftungszustand aufgrund einer Schmutzablagerung, die durch das Anhaften von gummiartigen Substanzen bewirkt wird, gelöst werden muß.

Insbesondere in dieser Ausführung, die keinen Pedalbetä tigungsübertragungsmechanismus verwendet, in dem die Drosselklappe 102 direkt durch ein mit dem von einem Fahrer betätigten Fahrpedal verbundenes Seil angetrieben wird, muß der Anhaftungszustand der Drosselklappe 102 lediglich durch das Drehmoment des Aktuators 107 beendet werden. Obwohl die Anhaftungskraft in Abhängigkeit von der Betriebsumgebung der Drosselklappe 102 schwankt, ist ein Wert von mehr als 1079,1 Nmm für das auf die Welle der Drosselklappe 102 ausgeübte Drehmoment ausreichend, um nahezu sämtliche angenommenen Anhaftungszustände zu beenden.

Das übermäßige Drehmoment, das auf die Klappenwelle 108 jenseits des Vorbelastungsdrehmoments der Rückstellfeder 111 in der Voreinstellungsposition der Drosselklappe 102 ausgeübt werden kann, wird Anhaftungslösungsdrehmoment genannt. Das Anhaftungslösungsdrehmoment ist daher die Differenz zwischen dem vom Aktuator 107 auf die Klappen welle 108 ausgeübten Drehmoment und dem Vorbelastungs drehmoment der Rückstellfeder 111. Die gummiartigen Substanzen, die den Anhaftungszustand der Drosselklappe 102 bewirken, werden bei hoher Temperatur erreicht. Da andererseits das vom Aktuator 107 erzeugte maximale Drehmoment bei abnehmender Temperatur ansteigt, ist es günstig, das Anhaftungslösungsdrehmoment bei der Normal temperatur (20°C) zu schätzen. Darüber hinaus wird angenommen, daß das Anhaften der Drosselklappe 102 wäh rend eines langen Stillstands des Fahrzeugverbrennungsmo tors, beispielsweise während eines Parkens für lange Zeit, auftritt, wobei auch eine Abnahme der Batteriespan nung V_b auftreten kann. Daher wird für die Batteriespan nung V_b ein Wert von 10 V angenommen, um das Anhaftungs lösungsdrehmoment, das vom Aktuator 107 aufgebracht werden muß, konservativ zu schätzen. In dieser Ausführung beträgt das vom Aktuator 107 zu erzeugende maximale Drehmoment 214,8 Nmm bei der angelegten Spannung E von 10 V, das Untersetzungsverhältnis N beträgt 10,3 und das Vorbelastungsdrehmoment der Rückstellfeder 111 beträgt 353 Nmm. Daher ist das auf die Klappenwelle 108 ausgeübte Anhaftungslösungsdrehmoment 1863,9 Nmm um ungefähr 784,8 Nmm größer als das notwendige Anhaftungslösungs drehmoment von 1079,1 Nmm. Daher ist ein ausreichendes Anhaftungslösungsdrehmoment in dieser Ausführung sicher gestellt, so daß die elektrisch gesteuerte Drosselklap penvorrichtung dieser Ausführung ein Anhaften der Dros selklappe 102 kraftvoll lösen kann, wodurch die Zuverläs sigkeit der Drosselklappenvorrichtung verbessert wird.

Fig. 15 zeigt die Beziehung zwischen den Grenzwerten des Aktuatorwiderstandes R_m und der Werte der Drehmomentkon stante K_m unter den Bedingungen, daß die Betriebsdauer 80 ms beträgt, das notwendige Anhaftungslösungsdrehmoment 1079,1 Nmm beträgt und der zulässige Strom 20 A ist. Das äquivalente Trägheitsmoment J ist auf 0,0128 Nm² gesetzt.

In Fig. 15 gibt die durchgezogene Linie A die oberen Grenzwerte des Aktuatorwiderstandes R_m an, derart, daß die Betriebsdauer der Drosselklappe 102 weniger als 80 ms beträgt. Es ist wünschenswert, die Drehmomentkonstante K_m und den Aktuatorwiderstand R_m auf Werte auf seiten des niedrigeren Bereichs der Linie A zu setzen. Die durchge zogene Linie C gibt die unteren Grenzwerte des Aktuator widerstandes R_m an, derart, daß der Spitzenstrom durch den Aktuator 107 geringer als der zulässige Strom von 20 A ist. Daher ist es wünschenswert, die Drehmomentkon stante K_m und den Aktuatorwiderstand R_m auf Werte auf seiten des oberen Bereichs der Linie C zu setzen. Daher ist es insgesamt wünschenswert, die Drehmomentkonstante K_m und den Aktuatorwiderstand R_m auf Werte im Bereich zwischen den Linien A und C zu setzen. Was die Drehmo mentkonstante K_m betrifft, ist es, da die elektromotorische Kraft des Aktuators 107 erhöht werden sollte, um den Wert von mehr als 0,04 Nm/A zu erreichen, der seine Produktionskosten und seine Größe erhöht, wünschenswert, den Wert auf weniger als 0,04 Nm/A zu setzen, obwohl es möglich wäre, die Drehmomentkonstante K_m auf einen Wert von mehr als 0,04 Nm/A zu setzen. Falls andererseits die Drehmomentkonstante K_m kleiner als 0,025 Nm/A ist, muß in den Aktuator 107 ein großer Strom fließen, so daß der Einfluß von Produktionsfehlern des Aktuatorwiderstandes R_m verhältnismäßig groß wird. Daher ist der Bereich, der durch die beiden Strichlinien und die Linien A und C umgeben ist, ein wünschenswerter Bereich, in dem die Drehmomentkonstante K_m und der Aktuatorwiderstand R_m gesetzt werden sollten.

Weiterhin sind die oberen Grenzwerte des Aktuatorwider standes R_m, derart, daß das Anhaftungslösungsdrehmoment größer als 1079,1 Nmm ist, durch die Linie B in Fig. 15 angegeben. Um ein Anhaftungslösungsdrehmoment von mehr als 1079,1 Nmm sicherzustellen, müssen die Drehmomentkon stante K_m und der Aktuatorwiderstand R_m im unteren Be reich der Linie B gesetzt werden. Dadurch wird der schraffierte Bereich, der durch die beiden Strichlinien und durch die Linien A und C umgeben ist, ein geeignete rer Bereich für die Setzung der Drehmomentkonstante K_m und des Aktuatorwiderstandes R_m. Wenn in dieser Ausfüh rung der Produktionsfehler berücksichtigt wird, werden die Drehmomentkonstante K_m und der Aktuatorwiderstand R_m innerhalb des Bereichs von 0,03 bis 0,037 Nm/A bzw. innerhalb des Bereichs von 1,29 bis 2,24 Ω gesetzt.

In einem typischen Beispiel für die Spezifikationsparame ter für die elektrisch gesteuerte Drosselklappenvorrich tung dieser Ausführung lauten die Werte folgendermaßen: Drehmomentkonstante K_m = 0,035 ± 0,0035 Nm/A; Aktuatorwi derstand R_m = 1,61 ± 0,08 Ω; und Untersetzungsverhältnis N 10,3 ± 0,5. Darüber hinaus wird durch Setzen des Vorbe lastungsdrehmoments der Rückstellfeder 111 auf 0,35 ± 0,05 Nm die Betriebssicherheit des Fahrzeugs, in dem die elektrisch gesteuerte Drosselklappe der Erfindung verwendet wird, sichergestellt, da die Stellung der Drosselklappe 102 automatisch in die vorgegebene Öff nungsstellung zurückgestellt wird, selbst wenn der Aktua tor 107 ausfällt.

Bei Verwendung der elektrisch gesteuerten Drosselklappen vorrichtung der Erfindung kann die Drosselklappe 102 mit hoher Geschwindigkeit betätigt werden, wodurch die Ände rung der Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors 62 selbst bei einem Umschalten der Verbrennungsart vom Schichtladungsverbrennungsbetrieb zum Verbrennungsbetrieb mit gleichmäßig gemischter Ladung in einem Direktein spritzungsmotor reduziert werden kann. Ferner ist es möglich, einen übermäßigen Strom in die Treiberschaltung 68 zu vermeiden, wenn die Drosselklappe 102 mit hoher Geschwindigkeit betätigt wird, so daß ein Ausfall der Schaltelemente in der Treiberschaltung 68 vermieden werden kann, wodurch die Ausfallsicherheit der Drossel klappenvorrichtung verbessert wird.

Obwohl für die angelegte Spannung E in den obigen Ausfüh rungen eine Spannung von 13 V verwendet wird, sind auch andere Werte für die angelegte Spannung E anwendbar.

Claims

1. Elektrisch gesteuerte Drosselklappenvorrichtung, mit einem Aktuator (107),
einem Drehzahluntersetzungsmechanismus (103, 104a, 104b, 106) zum Reduzieren der Drehzahl des Aktuators (107),
einer Drosselklappe (102), die mit dem Drehzahl untersetzungsmechanismus (103, 104a, 104b, 106) kraft schlüssig verbunden ist, und
einer Kraftausübungseinrichtung (111, 112), die auf die Drosselklappe (102) in Richtung der Rückstellung der Drosselklappe (102) in ihre Anfangsstellung eine Kraft ausübt und die Öffnung der Drosselklappe (102) durch Antreiben des Aktuators (107) einstellt,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Spezifikationsparameter des Aktuators (107), des Drehzahluntersetzungsmechanismus (103, 104a, 104b, 106) und der Kraftausübungseinrichtung (111, 112) Werte besitzen, derart, daß die Betriebsdauer t zwischen der minimalen Öffnung und der maximalen Öffnung der Drosselklappe (102) kürzer als eine vorgegebene Sollbetriebsdauer t* von 80 ms ist, wobei die Betriebsdauer t durch die folgende Gleichung
gegeben ist, wobei T_max = K_mE/R_m ist und wobei T_s das Vorbelastungsdrehmoment [Nm] einer Rückstellfeder (111) der Kraftausübungseinrichtung ist, T_max das Drehmoment [Nm] des Aktuators (107) ist, N das Untersetzungsverhältnis ist, J das äquivalente Trägheitsmoment [Nm²] ist, K_m die Drehmomentkonstante [Nm/A] ist, R_m der Widerstand [Ω] des Aktuators (107) ist und E die an den Aktuator (107) angelegte Spannung [V] ist.

2. Elektrisch gesteuerte Drosselklappenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte der Spezifikationsparameter diejenigen bei 120°C sind.

3. Elektrisch gesteuerte Drosselklappenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die angelegte Spannung E ungefähr 13 Volt beträgt.

4. Elektrisch gesteuerte Drosselklappenvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Temperatur von 20°C die Drehmomentkon stante K_m im Bereich 0,035 ± 0,0035 Nm/A liegt, der Widerstand R_m des Aktuators (107) im Bereich 1,6 ± 0,1 Ω liegt und das Untersetzungsverhältnis N im Bereich 10,3 ± 0,5 liegt und zweckmäßig den Wert 10,3, hat.

5. Elektrisch gesteuerte Drosselklappenvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorbelastungsdrehmoment T_s der Rückstellfeder (111) im Bereich 0,35 ± 0,05 Nm liegt und zweckmäßig den Wert 0,35 Nm hat.

6. Elektrisch gesteuerte Drosselklappenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomentkonstante K_m im Bereich von 0,025 bis 0,04 Nm/A, zweckmäßig im Bereich von 0,03 bis 0,037 Nm/A, liegt und der Widerstand des Aktuators (107) im Bereich von 1,0 bis 2,5 Ω, zweckmäßig im Bereich von 1,3 bis 2,2 Ω, liegt.

7. Elektronisch gesteuerte Drosselklappenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spezifikationsparameter Werte besitzen, derart, daß eine differentielle Konstante der Betriebsdauer t, die durch die Gleichung (1) gegeben ist, in bezug auf das Untersetzungsverhältnis N positiv ist.

8. Elektrisch gesteuerte Drosselklappenvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Untersetzungsverhältnis N im Bereich von 9,8 bis 10,8 liegt.

9. Elektrisch gesteuerte Drosselklappenvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen der angelegten Spannung (E),
eine Einrichtung zum Messen der elektromotorischen Gegenkraft, die im Aktuator (107) induziert wird, und
eine Steuereinheit (63) zum Steuern des Aktuators (107), die Änderungen des durch Dividieren der Summe aus der erfaßten angelegten Spannung (E) und der gemessenen elektromotorischen Gegenkraft durch die Impedanz R_m des Aktuators (107) erhaltenen Werts vorhersagt und die angelegte Spannung (E) in der Weise steuert, daß durch eine Schaltung (68) zum Antreiben des Aktuators (107) kein Strom oberhalb eines zulässigen Stromwerts fließt.

10. Elektrisch gesteuerte Drosselklappenvorrichtung mit einem Aktuator (107),
einem Drehzahluntersetzungsmechanismus (103, 104a, 104b, 106) zum Reduzieren der Drehzahl des Aktuators (107),
einer Drosselklappe (102), die mit dem Drehzahl untersetzungsmechanismus (103, 104a, 104b, 106) kraft schlüssig verbunden ist, und
einer Kraftausübungseinrichtung (111, 112), die auf die Drosselklappe (102) in Richtung der Rückstellung der Drosselklappe (102) in ihre Anfangsstellung eine Kraft ausübt und die Öffnung der Drosselklappe (102) durch Antreiben des Aktuators (107) einstellt,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Spezifikationsparameter des Aktuators (107) und der Kraftausübungseinrichtung (111, 112) Werte besitzen, die die folgende Ungleichung erfüllen:
wobei _m = _v.N und V_m = K_e._m und wobei R_m die Aktuatorimpedanz [Ω] ist, E die an den Aktuator (107) angelegte Spannung [V] ist, K_e die Induktionsspannungs konstante [V/min^-1] ist, _m die Drehzahl [min^-1] des Aktuators (107) ist, _v die Drehzahl [min^-1] der Drosselklappe (102) ist, N das Untersetzungsverhältnis ist und V_m die im Aktuator (107) induzierte elektromotorische Gegenkraft ist.

11. Elektrisch gesteuerte Drosselklappenvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die angelegte Spannung (E) ungefähr 13 V beträgt und die Aktuatorimpedanz R_m bei 20°C höher als 1,2 Ω ist.

12. Elektrisch gesteuerte Drosselklappenvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet durch
eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen der angelegten Spannung (E) und
eine Steuereinheit (63), die den Aktuator (107) steuert und Änderungen des Wertes der rechten Seite der Ungleichung (2) vorhersagt und die angelegte Spannung (E) in der Weise steuert, daß die Ungleichung (2) stets erfüllt ist.

13. Elektrisch gesteuerte Drosselklappenvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem Direkteinspritzungsverbrennungsmotor verwendet wird.