DE3809910A1 - Vorrichtung zur leistungsbeeinflussung von brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Leistungsbeeinflussung von Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Der Vortrieb von Fahrzeugen mit Brennkraftmaschinen wird im allgemeinen entsprechend dem Willen des Fahrers durch eine Stelleinrichtung, insbesondere ein Fahrpedal, beeinflußt, dessen Augenblickstellung auf ein die Kraftstoffmenge zumessendes Element übertragen wird. Dieses die Kraftstoffmenge zumessendes Element kann entweder die Drosselklappe oder eine Kraftstoff-Einspritzpumpe sein.

Es kann aus verschiedenen Gründen erwünscht sein, anstelle einer mechanischen Verbindung zwischen der Stelleinrichtung und dem die Kraffstoffmenge zumessenden Element eine elektrische Verbindung vorzusehen. Bei Fahrzeugen mit vom Fahrer entfernt liegenden Motoren, insbesondere bei Nutzfahrzeugen mit Heck- oder Unterflurmotoren ist die Verlegung elektrischer Leitungen weniger kritisch als die von mechanischen Gestängen oder Seilzügen.

Die bekannten Vorrichtungen zur Leistungsbeeinflussung von Brennkraftmaschinen in Fahrzeugen enthalten dazu einen mit dem Fahrpedal mechanisch verbundenen veränderlichen Widerstand als Sollwertgeber, eine vom Sollwert beeinflußte motorische Stelleinrichtung, die auf das die Kraftstoffmenge zumessende Element einwirkt, einen mit der motorischen Stelleinrichtung verbundenen zweiten veränderlichen Widerstand als Rückmeldeeinrichtung für den Istwert und eine Regeleinrichtung, die den Istwert zu dem Sollwert in eine vorgegebene Beziehung bringt. Mit anderen Worten arbeiten die Vorrichtungen mit elektrischer Übertragung der Fahrpedalstellung auf die Drosselklappe oder den Verstellhebel der Einspritzpumpe als Nachlaufregelungen, die die Stellung der Drosselklappe oder des Verstellhebels der Einspritzpumpe der Stellung des Fahrpedals nachführen. Die dazu erforderlichen zwei veränderlichen Widerstände stellen einen erheblichen Kostenfaktor dar, da sie sehr genau gefertigt, präzise eingebaut und zeitaufwendig justiert werden müssen.

Neben den genannten Vorteilen bei der Überbrückung größerer räumlicher Entfernungen zwischen Fahrpedal und Kraftstoffzumeßeinrichtung für die Brennkraftmaschine weisen die bekannten Vorrichtungen zur Geschwindigkeitsbeeinflussung mit elektrischer Übertragung der Fahrpedalstellung den weiteren Vorteil auf, daß die Regelkennlinie abhängig von zahlreichen Parametern, wie Motordrehzahl, Kühlwassertemperatur, Unterdruck im Ansaugkanal, Klopfgrenze, u.a., so veränderbar ist, daß der Betrieb der Brennkraftmaschine optimiert wird. Dieser letztgenannte Vorzug führt dazu, daß solche Vorrichtungen mit elektrischer Übertragung der Fahrpedalstellung auch dann installiert werden, wenn die räumliche Entfernung an sich gering ist und ein nur kurzes mechanisches Gestänge oder ein Seilzug zur Überbrückung ausreichend wäre. Gleichwohl weisen die bekannten Vorrichtungen zwei präzise veränderliche Widerstände auf, die in der Herstellung und beim Einbau unverändert teuer sind, obwohl sie nahe beieinander liegen.

Aus der DE-OS 27 09 164 ist bereits eine Geschwindigkeitsregeleinrichtung für Kraftfahrzeuge bekannt, bei der die Position eines das Kraftstoff-Luft-Gemisch beeinflussenden Elementes, insbesondere einer Drosselklappe, mittels eines einen beweglichen und einen ortsfesten Teil aufweisenden Widerstandgebers erfaßt und an einen Regler rückgemeldet wird. Der ortsfeste Teil des Widerstandsgebers ist dabei um einen bestimmten Betrag in Bewegungsrichtung des beweglichen Teils elastisch beweglich festgelegt. Dabei handelt es sich jedoch um eine Mitführung des ortsfesten Teils mit dem beweglichen Teil längs eines begrenzten Weges zum Erhalt einer Hysterese zur Eliminierung des Totweges zwischen dem Stellantrieb und der Drosselklappe infolge Spiels der mechanischen Teile.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Leistungsbeeinflussung von Fahrzeugen mit Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Hauptanspruchs so weiterzubilden, daß anstelle von zwei veränderlichen Widerständen zur Realisierung der Nachlaufregelung nur noch ein einziger solcher Widerstand erforderlich ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen.

Die Erfindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß eine voll wirksame Nachlaufregelung mit nur einem veränderlichen Widerstand erzielbar ist. Weiter ist vorteilhaft, daß in einfacher Weise bei Ausfall der elektrischen Übertragung die Fahrpedalbewegung mechanisch auf die Kraftstoffzumeßeinrichtung übertragbar ist.

Weitere Vorteile ergeben sich aus dem Wortlaut der Unteransprüche. So ist als weiterer Vorteil anzusehen, daß sich diese Kupplung der Sicherheitsschaltung selbsttätig im Sinne einer Übereinstimmung von Gaspedal und Drosselklappenstellung einstellt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 als Diagramm idealisiert den Zusammenhang zwischen der Fahrpedalstellung und der Verstelleinrichtung des den Kraftstoff zumessenden Elementes,

Fig. 2 schematisch als Blockschaltbild die Funktion der Vorrichtung,

Fig. 3 schematisch in Schnittdarstellung ein mechanisches Ausführungsbeispiel,

Fig. 4 ebenfalls schematisch die Wirkungsweise der selbsteinstellenden Notlaufkupplung,

Fig. 5 eine Ausführungsform des veränderlichen Widerstandes mit Stellungsanzeige und Justagemöglichkeit.

Im Diagramm der Fig. 1 ist auf der Abszisse die Stellung des Fahrpedals in Hundertsteln des gesamten Verstellwegs, auf der Ordinate die Öffnung des Ansaugquerschnitts im Falle einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoffzumessung durch Verstellen einer Drosselklappe bzw. die Fördermenge der Einspritzpumpe bei einer Brennkraftmaschine mit Benzineinspritzung oder nach dem Dieselprinzip aufgetragen. Dabei stellt die Linie 11 einen linearen Zusammenhang zwischen der Fahrpedalstellung und der Menge an zugemessenem Kraftstoff dar, während durch die Kurve 12 ein mehr degressiver und durch die Kurve 13 ein mehr progressiver Zusammenhang zwischen diesen beiden Größen veranschaulicht ist. Selbstverständlich sind neben den beispielhaft gezeigten Kurven noch weitere denkbar, die im Falle einer elektrischen Übertragung der Fahrpedalstellung auf die Kraftstoffzumeßeinrichtung leicht durch entsprechende Bemessung des Reglers verwirklicht werden können (Kennfeld- Regelung).

In Fig. 2 wird durch eine mechanische Verbindung 21 des Fahrpedals 22 mit der um den Mittelpunkt 23 schwenkbaren Potentiometerbahn 24 des Potentiometer entsprechend der Stellung des Fahrpedals relativ zu dem zunächst stillstehenden Schleifer 25 verschwenkt und damit der Sollwert vorgegeben. Der Schleifer 25 ist im allgemeinen mit der Stellwelle 26 des Verstellmotors 27 für die Drosselklappe DK drehfest verbunden. Der Schleiferabgriff des Schleifers 25 ist zu dem nichtinvertierenden Eingang eines Komparators 28 geführt und führt diesem damit das Istwertsignal zu. Der invertierende Eingang des Komparators 28 ist mit dem Ausgang eines Kennfeld- Gebers 29 verbunden, der wiederum motorspezifische Signalgrößen, wie Drehzahl, Temperatur, Unterdruck im Saugrohr, empfängt und zu einer Korrekturgröße verarbeitet. Durch Vergleich des Istwertsignals mit der Korrekturgröße im Komparator 28 wird am Ausgang des Komparators ein Korrektursignal erzeugt, das nach Aufbereitung und Verstärkung im Regler 30 als Stellgröße dem Stellmotor 27 zugeleitet wird und zu einer überlagerten Beeinflussung des vom Fahrer über das Fahrpedal 22 vorgegebenen Sollwertes führt.

Eine solche Beeinflussung ist z.B. denkbar, wenn die zulässige Motordrehzahl überschritten wird, was durch entsprechende Signale des Drehzahlgebers an einem Eingang des Kennfeld-Gebers 29 signalisiert wird, oder die Betriebstemperatur ist noch nicht erreicht oder Radsensoren melden ein Durchdrehen einzelner Räder auf glattem Untergrund. In allen diesen Fällen wird die Menge des Kraftstoffs trotz gegenteiligem Fahrerwunsch zurückgenommen, was zu einer längeren Lebensdauer der Brennkraftmaschine und in letzterem Fall zu einer Erhöhung der Fahrsicherheit führt.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 wirkt das Fahrpedal 31 über das bei 32 angedeutete Gestänge auf einen mit dem Potentiometerkörper 33 drehfest verbundenen Verstellhebel 34 und gleichzeitig auf einen weiteren Betätigungshebel 35, dessen Funktion später erläutert wird. Der Potentiometerkörper 33 trägt eine Potentiometerwiderstandsbahn 36 und ist verschwenkbar mittels der den Verstellhebel 34 mit dem Potentiometerkörper 33 verbindenden Welle 37 im Gehäuse 38 gelagert. Eine Fahrpedal-Rückzugsfeder 39 zieht das Fahrpedal 31 im unbetätigten Zustand sowie den Verstellhebel 34 und den Betätigungshebel 35 jeweils in die Leerlaufposition zurück.

Gleichachsig mit dem Potentiometerkörper 33 ist der Stellmotor 40 im Gehäuse 38 gelagert. Der Stellmotor 40 weist zwei Abtriebswellen 41, 42 auf. Die Abtriebswelle 41 trägt nahe ihrem Ende ein Zahnrad 43, das mit einem weiteren Zahnrad 44 kämmt. Das Zahnrad 44 ist auf der Drosselklappenwelle 45 drehfest angeordnet, so daß eine Winkelverstellung der Abtriebswelle 41 des Stellmotors 40 eine entsprechende Winkelverstellung der auf der Drosselklappenwelle 45 festgelegten Drosselklappe 46 bewirkt.

Die Drosselkappenwelle 45 trägt an ihrem freien Ende einen mit ihr drehfest verbundenen Rückzugshebel 47, an dessen Ende eine Drosselklappenrückzugsfeder 48 angreift und die Drosselklappe 46 in die Leerlaufposition, in der der Ansaugquerschnitt 49 bis auf den für den Erhalt der Leerlaufdrehzahl erforderlichen Rest abgesperrt ist, zurückschwenkt. Im Betriebszustand arbeitet der Stellmotor 40 über die Zahnradpaarung 43, 44 gegen die Wirkung der Drosselkappenrückzugsfeder 48.

Auf dem freien Ende einer weiteren Abtriebswelle 42 des Stellmotors 40, welche koaxial und benachbart zu dem Potentiometerkörper 33 angeordnet ist, ist ein Schleifer 50 befestigt, der die Widerstandsbahn 36 auf dem Potentiometerkörper 33 bestreichen kann und von dem aus auf einer Leitung 51 das Istwertsignal zu dem (in Fig. 3 nicht dargestellten) Komparator 28 (Fig. 2) geführt ist.

Der oben bereits erwähnte, vom Fahrpedalgestänge 32 betätigte, Betätigungshebel 35 ist auf einer Welle 52 befestigt, die ebenfalls im Gehäuse 38 längsverschiebbar gelagert ist. Das Zahnrad 44 auf der Drosselklappenwelle 45 kämmt mit einem weiteren Zahnrad 53, das auf der Kupplungswelle 54 befestigt ist. Die Kupplungswelle 54 und die Welle 52 stehen koaxial einander gegenüber und tragen an ihren einander zugekehrten Enden die beiden Hälften 55, 56 einer Zahnkupplung 57. Die Kupplungshälfte 56 der Zahnkupplung weist eine umlaufende Nut 58 auf, in die ein durch eine Magnetspule 59 gesteuerter Riegel 60 eingreift. Die Zähne der beiden Kupplungshälften sind sägezahnförmig gestaltet und stehen einander in der Weise gegenüber, daß bei geschlossener Kupplung 57 eine Drehmomentübertragung vom Fahrpedal 31 über das Gestänge 32, den Betätigungshebel 35 auf die Welle 52 und weiter über die Kupplung 57 zur Welle 54 und die Zahnräder 53, 44 auf die Drosselklappenwelle 45 nur im Sinne einer Öffnung der Drosselklappe 46 möglich ist. Die Abschrägungen der Zähne beider Kupplungshälften 55, 56 verlaufen also parallel zueinander.

Im Normalbetrieb der Vorrichtung nach Fig. 3 greift der Riegel 60 in die Nut 58 der Kupplungshälfte 56 und hält die Kupplung 57 gegen die Wirkung einer in Schließrichtung wirkenden Kupplungsandruckfeder 61 offen.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung nach dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel soll im folgenden im Zusammenhang mit den in der Fig. 2 dargestellten und dort beschriebenen Funktionselementen erläutert werden: Eine durch Betätigen des Fahrpedals 31 auf den Verstellhebel 34 übertragene Winkelbewegung verstellt den Potentiometerkörper 33 mit der darauf angeordneten Widerstandsbahn 36 relativ zum Schleifer 50. Der geänderte Spannungswert wird vom Schleifer 50 über die Leitung 51 an den einen Eingang des Komparators 28 und weiter aufbereitet an den Regler 30 (Fig. 2) als Istwertsignal weitergeleitet. Entsprechend den weiteren Vorgaben formt der Regler 30 daraus eine Stellgröße, die dem Stellmotor 40 zum Ausregeln der Differenz zwischen Ist- und Sollwert zugeführt wird. Der Stellmotor 40 verstellt daher über die Zahnräder 43, 44 die Drosselklappenwelle 45 mit der Drosselklappe 46 und gleichzeitig über die Abtriebswelle 42 den Schleifer 50, bis der Istwert den Vorgaben entspricht. Die Zahnkupplung 57 ist dabei außer Funktion.

Im Havariefall, d.h., wenn der Regler 30 eine größere bleibende Abweichung zwischen Ist- und Sollwert erkennt, die er nicht auszuregeln vermag oder aus anderen Gründen wird der Stellmotor 40 spannungslos geschaltet und der Riegel 60 durch entsprechende Beaufschlagung des Magneten 59 aus der Ringnut 58 gezogen, so daß die beiden Kupplungshälften 55, 56 der Zahnkupplung 57 unter der Wirkung der Kupplungsandruckfeder 61 aufeinander treffen. Die Bewegungsübertragung vom Fahrpedal 31 zur Drosselklappe 46 erfolgt dann in Öffnungsrichtung über den Betätigungshebel 35, die Kupplung 57 und die Zahnräderpaarung 53, 44, in Schließrichtung der Drosselklappe 46 wirkt allein die Drosselklappenrückzugsfeder 48, so daß gegebenenfalls eine Korrektur der Relativstellung von Fahrpedal 31 und Drosselklappe 46 erfolgt, daß die Zähne der Kupplungshälften übereinander ratschen, wenn die Drosselklappe 46 früher an den Leerlaufanschlag kommt als das Fahrpedalgestänge an seine Leerlaufposition.

Damit im Havariefall nicht das gesamte Verstellgetriebe einschließlich des Motorankers über die Kupplung 57 mit angetrieben werden muß, kann an geeigneter Stelle im Getriebezug, beispielsweise zwischen dem Zahnrad 43 und der Abtriebswelle 41 eine weitere Trennkupplung vorgesehen sein, die das Zahnrad 43 und die Abtriebswelle 41 voneinander entkoppelt, wenn die Zahnkupplung 57 gekuppelt ist.

Die grundsätzliche Funktion der Zahnkupplung 57 aus Fig. 3 ist in Fig. 4 nochmals dargestellt. Teile mit gleicher Funktion sind daher mit gleichen Bezugszeichen versehen. Das Fahrpedal wirkt über Kupplungshälfte 56, Stellmotor 40 und Drosselklappenrückzugsfeder 48 auf die Kupplungshälfte 55. Wenn beide Kupplungshälften 55, 56 unter der Wirkung der (in Fig. 4 nicht dargestellten) Kupplungsandruckfeder zusammengepreßt werden, dann ist die Relativstellung der Kupplungshälften 55, 56 zunächst zufällig, entsprechend auch die Zuordnung von Fahrpedal- und Drosselklappenstellung. Wenn der Fahrer nun das Fahrpedal freigibt, kehrt die Drosselklappe 46 unter der Wirkung der Drosselklappenrückzugsfeder 48 in die Leerlaufstellung zurück, in der der Rückzugshebel 47 am Leerlaufanschlag 62 anliegt. Wenn jetzt das Fahrpedalgestänge noch nicht in seiner Ausgangslage angelangt ist, dann wird es von der Rückzugsfeder 39 weiter in Richtung auf diese Ausgangslage zurückgezogen und mit ihm die Kupplungshälfte 56 relativ zur Kupplungshälfte 55, bis Übereinstimmung zwischen den beiden Vorrichtungsteilen herrscht. Ein sicherer Notbetrieb mit vollwertiger Fahrpedalfunktion - allerdings ohne elektronische Eingriffe auf die Kraftstoffzumessung - ist damit gegeben.

Zur Ausbildung einer Stellungsanzeige für die winkelbewegliche Potentiometerbahn 36 (Fig. 3) und als Justagemöglichkeit für das Fahrpedalgestänge kann entsprechend Fig. 5 zusätzlich zu dem mit dem Stellmotor 40 verbundenen Schleifer 50 ein weiterer, ortsfester, Schleifer 63 vorgesehen sein, dessen Lage im Raum mittels einer Klemmschraube 64 festlegbar ist. Damit ist auch gleichzeitig eine Linearitätsprüfung des Übertragungsweges möglich.

Claims (13)

1. Vorrichtung zur Leistungsbeeinflussung von Brennkraftmaschinen in Fahrzeugen mit einem mit dem Fahrpedal wirkungsmäßig verbundenen veränderlichen Widerstand als Sollwertgeber, mit einer vom Sollwert beeinflußten motorischen Stelleinrichtung, die auf das die Kraftstoffmenge zumessende Element einwirkt, mit einem mit der motorischen Stelleinrichtung verbundenen veränderlichen Widerstand als Rückmeldeeinrichtung für den Istwert und mit einer Regeleinrichtung, die den Istwert zu dem Sollwert in eine vorgegebene Beziehung bringt und dabei die der Brennkraftmaschine zuzuführende Kraftstoffmenge verändert, dadurch gekennzeichnet, daß für die Funktion des Sollwertgebers und des Istwertgebers nur ein einziger veränderlicher Widerstand vorgesehen ist, dessen relativ zueinander beweglichen Teile einerseits dem Fahrpedal und andererseits der die Kraftstoffmenge zumessenden Einrichtung zugeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der veränderliche Widerstand ein Potentiometer ist, dessen Potentiometerkörper mit darauf angeordneter Widerstandsbahn um die Schleiferdrehachse schwenkbar gelagert und mit dem Fahrpedal wirkungsmäßig verbunden ist und daß der Potentiometerschleifer mit der die Kraftstoffmenge zumessenden Einrichtung wirkungsmäßig verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der schwenkbar gelagerte Potentiometerkörper mechanisch derart mit dem Fahrpedal verbunden ist, daß jeder Stellung des Fahrpedals eine bestimmte Winkelstellung des Potentiometerkörpers entspricht und daß der Potentiometerschleifer mechanisch derart mit der die Kraftstoffmenge zumessenden Einrichtung verbunden ist, daß einer bestimmten Raumlage des die Kraftstoffmenge zumessenden Elements eine bestimmte Winkellage des Schleifers entspricht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Potentiometerkörper drehfest mit einem vom Fahrpedalgestänge oder Fahrpedalseilzug angetriebenen Verstellhebel und der Potentiometerschleifer drehfest mit einer Welle des Verstellgetriebes für die Drosselklappe verbunden ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen mechanischen Übertragungsweg parallel zum elektrischen Übertragungsweg vom Fahrpedal zur Kraftstoffzumeßeinrichtung.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Trennkupplung zum Auftrennen des mechanischen Übertragungsweges vom Fahrpedal zur Kraftstoffzumeßeinrichtung.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennkupplung im Betriebszustand geöffnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennkupplung im Havariefall geschlossen ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennkupplung eine Zahnkupplung ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß beide Kupplungshälften sägezahnförmige Zähne tragen, die eine Relativbewegung beider Kupplungshälften auch im geschlossenen Zustand der Trennkupplung zulassen.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennkupplung gegen die Wirkung einer Kupplungsdruckfeder offengehalten ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektromagnetische Anordnung zum Offenhalten der Kupplung vorgesehen ist.

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Potentiometerschleifer vorgesehen ist, der in bezug auf die Vorrichtung ortsfest angeordnet ist.