DE3742969C2

DE3742969C2 - Device for adjusting a throttle valve of an air intake line of an internal combustion engine

Info

Publication number: DE3742969C2
Application number: DE19873742969
Authority: DE
Inventors: Manfred Ing Grad Hassel
Original assignee: Pierburg GmbH
Current assignee: Pierburg GmbH
Priority date: 1987-12-18
Filing date: 1987-12-18
Publication date: 1995-11-16
Anticipated expiration: 2007-12-19
Also published as: DE3742969A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Einstellung einer Drossel klappe einer Luftansaugleitung einer Brennkraftmaschine nach dem Ober begriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for adjusting a throttle flap an air intake line of an internal combustion engine to the upper Concept of claim 1.

Eine elektronische Reglung der Stellung der Drosselklappe ist aus der DE-OS 31 35 479 bekannt, bei der die Bewegung des Gaspedals auf elektri schem Wege zur Drosselklappe übertragen und die Drosselklappe über einen Elektromotor betätigt wird, wobei ein Sollwertgeber am Gaspedal angeordnet ist, dessen Signal als Positions- bzw. Positionsänderungssignal für die Einstellung der Drosselklappe genutzt wird, und ein Istwertgeber an der Drosselklappenwelle, dessen Signal ebenso wie das des Gaspedal-Sollwert gebers einem elektronischen Regler zugeführt werden, dessen Ausgangssignal die Drosselklappe durch den Elektromotor verstellt.Electronic control of the position of the throttle valve is out of the DE-OS 31 35 479 known in which the movement of the accelerator pedal on electri schematic ways to the throttle valve and the throttle valve via a Electric motor is actuated, a setpoint device being arranged on the accelerator pedal is whose signal as a position or position change signal for the Throttle valve setting is used, and an actual value transmitter on the Throttle valve shaft, its signal as well as that of the accelerator pedal setpoint encoder are supplied to an electronic controller, its output signal the throttle valve is adjusted by the electric motor.

Als Elektromotor ist hier der Einsatz eines Schrittmotors angegeben.The use of a stepper motor is specified here as the electric motor.

Aus der US-PS 4,112,885 ist eine ähnliche Reglung der Stellung der Drossel klappe bekannt, wobei vorgeschlagen wird, entweder einen Gleichstrom- oder einen Schrittmotor für die Einstellung der Drosselklappe zu verwenden.From US-PS 4,112,885 is a similar regulation of the position of the throttle known flap, where it is proposed either a DC or to use a stepper motor to adjust the throttle valve.

Die aus beiden Druckschriften entnehmbaren Schrittmotore weisen den Nach teil auf, daß sie eine geringe Verstellarbeit verrichten, weshalb eine größere Untersetzung über ein Getriebe erfolgen muß, das Selbsthemmung aufweist, d. h. eine Rückstellung ohne Motoreinsatz, z. B. durch eine Rück stellfeder der Drosselklappe wäre ausgeschlossen. Der Einsatz eines mecha nisch kommutierten Gleichstrommotors ist durch Verschleißteile wie Bürsten, Lamellen usw. nicht ratsam.The stepper motors, which can be found in both publications, show the way on that they do a little adjustment work, which is why Greater gear reduction must be done using a self-locking device has, d. H. a provision without using the engine, e.g. B. by a back The spring of the throttle valve would be excluded. The use of a mecha nically commutated DC motor is affected by wearing parts such as brushes, Slats etc. not advisable.

Es sind jedoch elektronisch kommutierte Gleichstrommotoren bekannt, bei denen die Rotorstellung gegenüber den Statorwicklungen über Hall-Sensoren festgestellt wird, deren Signale in einer Kommutierungslogik ausgewertet und über eine Leistungsstufe zur Ansteuerung der Statorwicklungen genutzt werden. However, electronically commutated DC motors are known at which the rotor position compared to the stator windings via Hall sensors is determined, whose signals are evaluated in a commutation logic and used via a power stage to control the stator windings become.

Für den harten Einsatz bei Brennkraftmaschinen eignen sich diese Hall-Sensoren sowie aufwendige Schaltungen nicht, da beide Bauteile beschleunigungs- und temperaturempfindlich sind und darüber hinaus teuer sind.These are suitable for tough use in internal combustion engines Hall sensors and complex circuits are not, since both components are sensitive to acceleration and temperature and beyond are expensive.

Die Erfindung basiert auf der Oberlegung, wie diese empfindlichen Bauteile entfallen können, ohne Nachteile in Kauf nehmen zu müssen, und ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der im Ober begriff des Hauptanspruchs angegebenen Art entsprechend zu gestalten.The invention is based on the consideration of how sensitive these are Components can be omitted without having to accept disadvantages, and it is based on the task of a device in the upper concept of the main claim specified type accordingly.

Diese Aufgabe ist mit den im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 ange gebenen Merkmalen gelöst worden. Unteransprüche behandeln Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen.This task is with the in the characterizing part of claim 1 given features have been solved. Subclaims deal with characteristics advantageous further training.

Mit der Erfindung sind folgende Vorteile erreichbar geworden: Entfall der Hall-Sensoren sowie der Kommutierungslogik als Einzelteil, geringerer Bauraum des Elektroniotors, geringere Anzahl von elektrischen Verbindungen, eine höhere Temperaturbelastbarkeit und höhere Betriebs sicherheit.The following advantages can be achieved with the invention: Elimination of the Hall sensors and the commutation logic as a single part, less space for the electronic gate, fewer electrical ones Connections, higher temperature resistance and higher operation safety.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigt:An embodiment of the invention is shown in the drawing and is described below. It shows:

Fig. 1 Ein Blockschaltbild der Vorrichtung im Zusammenhang mit einem elektronischen Steuergerät. Fig. 1 is a block diagram of the device in connection with an electronic control unit.

Fig. 2 Einzelheiten des Steuergerätes aus Fig. 1. Fig. 2 shows details of the control unit in FIG. 1.

Fig. 1 zeigt als Blockschaltbild eine Vorrichtung zur Einstellung einer Drosselklappe 1 in einer Luftansaugleitung 2 einer Brennkraftmaschine im Zusammenhang mit einem elektronischen Steuergerät 3, das für das Manage ment der Brennkraftmaschine, z. B. der Brennstoffeinspritzung, Zündung, Füllungsreglung usw. vorgesehen ist. Die Vorrichtung weist einen will kürlich vom Motorbetreiber betätigbaren Gashebel 4 mit einem elektrisch belasteten Potentiometer 5 auf, wobei die Gashebelposition als Spannungs signal V₁ vom Potentiometer 5 abgegriffen und dem Steuergerät 3 zugeführt wird. In diesem wird in bekannter Weise ein Sollwertsignal für die Ein stellung der Drosselklappe 1 gebildet, das einem Elektromotor 6 zugeführt wird, der über ein Untersetzungsgetriebe 7 auf eine fest oder trennbar angekoppelte Drosselklappenwelle 8 einwirkt. Fig. 1 shows a block diagram of a device for adjusting a throttle valve 1 in an air intake line 2 of an internal combustion engine in connection with an electronic control unit 3 , the management for the internal combustion engine, for. B. the fuel injection, ignition, charge control, etc. is provided. The device has a gas lever 4 which can be actuated by the engine operator with an electrically loaded potentiometer 5 , the gas lever position being picked up as a voltage signal V 1 by the potentiometer 5 and supplied to the control unit 3 . In this, a setpoint signal for the setting of the throttle valve 1 is formed in a known manner, which is supplied to an electric motor 6 , which acts via a reduction gear 7 on a fixed or separable coupled throttle valve shaft 8 .

Der Elektromotor 6 ist als elektronisch kommutierbarer Gleichstrommotor ausgebildet und besteht aus einem einen Permanentmagneten aufweisenden Rotor und Statorwicklungen, wobei die Statorwicklungen über Leitungssträn ge 9, 10, 11 aus dem Stator herausgeführt und mit dem Steuergerät 3 ver bunden sind.The electric motor 6 is designed as an electronically commutatable direct current motor and consists of a rotor having a permanent magnet and stator windings, the stator windings being led out via line strands 9 , 10 , 11 out of the stator and connected to the control unit 3 .

Die Drosselklappenwelle 8 ist mit einem strombelasteten Potentiometer 12 verbunden, von dem die Einstellung der Drosselklappe 1 ebenfalls als Span nungssignal V₂ abgegriffen und als Ist-Wertsignal dem Steuergerät 3 zuge führt wird. Beim Zusammenbau ist eine vorgegebene Obereinstimmung zwischen der Drosselklappenwelle, Rotor und Stator einzuhalten.The throttle valve shaft 8 is connected to a current-loaded potentiometer 12 , from which the setting of the throttle valve 1 is also tapped as a voltage signal V₂ and the control unit 3 is supplied as an actual value signal. When assembling, a predetermined correspondence between the throttle valve shaft, rotor and stator must be observed.

Fig. 2 zeigt Einzelheiten der Schaltung, wie sie im Steuergerät 3 verwirk licht ist, mit einem Leitungseingang 13 für das Spannungssignal des Drossel klappen-Potentiometers 12, mit einer Spannungs-Logik-Schaltung 14 als Hard ware in Form von Komparatoren oder als Softwarelösung, die nach einer Wahr heitstabelle aufgebaut ist und je nach Potentiometer-Signal-Wert V₂ einen hohen oder niedrigen (H oder L) Spannungswert in Leitungsausgängen 15, 16, 17 erzeugt, die zu einer Inverterstufe 18 führen, die die Spannungswerte inver tiert, sofern ein entsprechendes, im Steuergerät 3 gebildetes Signal über eine Anschlußleitung 19 vorliegt. Fig. 2 shows details of the circuit as it is realized light in the control unit 3 , with a line input 13 for the voltage signal of the throttle valve potentiometer 12 , with a voltage logic circuit 14 as hardware in the form of comparators or as a software solution, which is constructed according to a truth table and, depending on the potentiometer signal value V₂, generates a high or low (H or L) voltage value in line outputs 15 , 16 , 17 , which lead to an inverter stage 18 which inverts the voltage values, if one A corresponding signal formed in the control unit 3 is present via a connecting line 19 .

Ausgangsleitungen 20, 21, 22 der Inverterstufe 18 führen jeweils zu Und-Glie dern 23, alternativ kann auch eine Softwarelösung vorgesehen sein, deren zweiter Eingang mit einer Leitung 24 verbunden ist, in der das Steuersignal für die Einstellung der Drosselklappe 1 ansteht und über Ausgangsleitungen 25, 26, 27 und die Leitungsstränge 9, 10, 11, ggfs. über eine nicht darge stellte Leistungsstufe, die einzelnen Statorwicklungen ansteuert. Output lines 20 , 21 , 22 of the inverter stage 18 each lead to AND glands 23 , alternatively a software solution can also be provided, the second input of which is connected to a line 24 in which the control signal for setting the throttle valve 1 is present and via output lines 25 , 26 , 27 and the wiring harnesses 9 , 10 , 11 , possibly via a power stage, not shown, which controls the individual stator windings.

function

Aus den Potentiometer-Spannungssignalwerten V₁ und V₂ wird in bekannter Weise im Steuergerät ein in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine korrigiertes Steuerspannungssignal für die Einstellung der Drosselklappe gebildet, das über Leitung 24 am zweiten Eingang der Und-Glieder 23 als konstanter Spannungswert oder als variabler Spannungs impuls ansteht. Je nachdem in welche Richtung die Einstellung der Drossel klappe erfolgen muß, wird im Steuergerät ein Signal erzeugt und über Lei tung 19 der Inverterstufe zugeführt. Sofern ein Signal vorliegt, das einer Öffnung der Drosselklappe entspricht, werden die angesteuerten Statorwick lungen durch das vergrößerte Steuerspannungssignal stärker bestromt und erzeugen ein größeres Motordrehmoment, wodurch die Drosselklappe gegen das Drehmoment einer Rückstellfeder geöffnet wird.From the potentiometer voltage signal values V₁ and V₂ a corrected in dependence on operating parameters of the internal combustion engine control voltage signal in known manner formed for the adjustment of the throttle valve in the control unit, which via line 24 to the second input of the AND gates 23 as a constant voltage value or a variable voltage pulse pending. Depending on the direction in which the throttle valve must be set, a signal is generated in the control unit and fed via line 19 to the inverter stage. If there is a signal that corresponds to an opening of the throttle valve, the controlled stator windings are energized more by the enlarged control voltage signal and generate a larger engine torque, whereby the throttle valve is opened against the torque of a return spring.

Bei der Öffnung der Drosselklappe ändert sich der Drosselklappen-Potentio meter-Spannungssignalwert V₂, und somit ändern sich über die Spannungs- Logik-Schaltung bei festgelegten Spannungswerten die H- oder L-Spannungen in den Leitungsausgängen 15, 16, 17 bzw. 20, 21, 22, wodurch die Stator wicklungen bestromt werden, die eine Weiterdrehung des Rotors bewirken und so weiter. Sofern eine Schließung der Drosselklappe erforderlich ist, liegt ein entsprechendes Signal vor, das eine Invertierung der H- oder L-Spannungen der Leitungsausgänge 20, 21, 22 bewirkt, wodurch die Drehrichtung bzw. das Drehmoment des Motors umgekehrt wird und eine entsprechende Einstellung der Drosselklappe erfolgen kann.When the throttle valve opens, the throttle valve potentiometer voltage signal value V 2 changes, and thus the H or L voltages in the line outputs 15 , 16 , 17 and 20 , 21 change at the voltage logic circuit at fixed voltage values , 22 , whereby the stator windings are energized, which cause a further rotation of the rotor and so on. If it is necessary to close the throttle valve, there is a corresponding signal which causes the H or L voltages of the line outputs 20 , 21 , 22 to be inverted, as a result of which the direction of rotation or the torque of the motor is reversed and the throttle valve is correspondingly adjusted can be done.

In Weiterbildung der Erfindung kann anstelle der dargestellten Dreieckschal tung, bei der 2 Statorwicklungen bestromt und eine kurzgeschlossen ist, auch eine andere Schaltung gewählt werden, bei der die Möglichkeit der Umpolung einzelner Statorwicklungen besteht, wodurch das Drehmoment durch Abstoßung gleicher Pole in einigen Drehphasen erheblich vergrößert und somit ein klei nerer Motor gewählt werden kann. In a development of the invention, instead of the triangular scarf shown device with 2 stator windings energized and one short-circuited, too another circuit can be chosen with the possibility of polarity reversal individual stator windings, causing torque by repulsion same pole significantly enlarged in some rotation phases and thus a small engine can be selected.

Sofern eine trennbare Ankopplung der Drosselklappenwelle 8 an das Untersetzungsgetriebe 7 vorgesehen ist, kann die Drosselklappen welle in Notsituationen abgetrennt und dadurch die Drosselklappe geschlossen werden.If a separable coupling of the throttle valve shaft 8 to the reduction gear 7 is provided, the throttle valve shaft can be separated in emergency situations and the throttle valve can thereby be closed.

Claims

1.Device for adjusting the throttle valve of an air intake line of an internal combustion engine as a function of the position of a throttle lever, its position and that of the throttle valve are tapped as voltage signals from the electrically loaded potentiometers connected thereto and used to form a control voltage signal for an electric motor acting on the throttle valve shaft via a transmission are, the formation of the control voltage signal takes place in an electronic control unit, which is seen for the management of the internal combustion engine before, characterized in that an electro-mechanically commutatable DC motor ( 6 ) is used as an electric motor, the rotor position relative to the stator windings from the voltage signal of the Throttle valve potentiometer ( 12 ) is detected.

2. Device according to claim 1, characterized in that the voltage signal of the throttle valve potentiometer ( 12 ) in a voltage logic circuit ( 14 ) broken down and used as a HL voltage signal for a circuit device of AND elements ( 23 ) , the second input ( 24 ) of which the control voltage signal is applied and the output signal of which drives the gate windings.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the voltage logic circuit ( 14 ) is followed by an inverter stage ( 18 ) which responds to a signal from the control unit ( 3 ).

4. Device according to one of the preceding claims, characterized records that individual stator windings against the polarity of the other polarity of the windings.