DE3939198A1 - Verstelleinrichtung fuer die drosselklappe einer brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verstelleinrichtung für die Dros­ selklappe einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Drosselklappe, deren Öffnungsgrad von einem Motor verstellt wird.

Der Öffnungsgrad der Drosselklappe einer Brennkraftmaschine wird im allgemeinen durch mechanische Verbindungsmittel wie ein Kabel oder ein Gestänge, das mit einem Gaspedal ver­ bunden ist, verstellt. Vor einigen Jahren wurde jedoch eine Verstelleinrichtung vorgeschlagen, bei der der Betätigungs­ betrag des Gaspedals in ein elektrisches Signal umgewandelt und der Öffnungsqrad der Drosselklappe durch Antreiben eines Motors zur Verstellung der Drosselklappe entsprechend diesem Signal verstellt wird. Dabei wird eine Rückstellvor­ richtung benötigt, um es der Drosselklappe zu ermöglichen, in ihre normale Vorgabelage zurückzukehren, wenn der Motor nicht angetrieben wird. Als Rückstellvorrichtung wird eine als Schraubenfeder ausgeführte Torsionsfeder verwendet, in die ein Verlängerungsabschnitt der Welle der Drosselklappe eingeführt ist und die mit einem Ende an der Welle und mit ihrem anderen Ende am Drosselklappengehäuse befestigt ist. Die Federkennlinie dieser als Schraubenfeder ausgeführten Torsionsfeder hat eine große Hysterese aufgrund von Kon­ taktreibung zwischen der Innenfläche der Feder und der Wel­ le sowie von Kontaktreibung zwischen benachbarten Linien der Feder, und außerdem ändert sich bei Bewegung der Dros­ selklappe die in der Feder erzeugte Reibung von statischer in kinetische Reibung und wird somit verringert. Wenn also z.B. die Drosselklappe in Öffnungsrichtung auf einen Öff­ nungsgrad verstellt werden soll, dessen Federrückstell­ kraft größer als der momentane Klappenöffnungsgrad ist, kann sich die Drosselklappe erst bewegen, wenn die Aus­ gangsleistung des Motors größer als die resultierende Kraft aus Federrückstellkraft und Reibungskraft ist. Dabei ergibt sich jedoch der Nachteil, daß, wenn die Drosselklappe sich zu bewegen beginnt, die Ausgangsleistung des Motors über­ mäßig groß wird, weil sich die Reibung von statischer in kinetische Reibung ändert.

Andererseits ist es bei der Verstellung des Öffnungsgrads einer Drosselklappe der angegebenen Art üblich, wenigstens eine PI-Regelung anzuwenden, um so den Fehler des Führungs- Öffnungsgrads der Drosselklappe zu minimieren.

Um den Führungs-Öffnungsgrad schnell zu erreichen, d.h. um ein schnelles Ansprechen zu erreichen, braucht also nur die Verstärkung der I-Regelung groß gemacht zu werden. Da je­ doch die Reibungskraft nach Einsetzen der Bewegung der Klappe kleiner wird, wird die Verstärkung der I-Regelung größer als notwendig. Infolgedessen wird die Klappe weit über den Führungs-Öffnungsgrad hinaus geöffnet, so daß es nicht möglich ist, eine hohe Regelgenauigkeit zu erreichen. Um eine hohe Regelgenauigkeit zu erreichen, braucht nur die Verstärkung der I-Regelung klein gemacht zu werden. Dann ist es jedoch wiederum unmöglich, ein schnelles Ansprechen zu erhalten. Somit wird bei der bekannten Drosselklappe ein Kompromiß hinsichtlich der Regelgenauigkeit und des An­ sprechverhaltens eingegangen, da es schwierig ist, eine sehr gute Regelgenauigkeit gleichzeitig mit einem sehr guten Ansprechverhalten zu erreichen.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Einrich­ tung zur Verstellung einer Drosselklappe, wobei sowohl eine sehr gute Regelgenauigkeit des Drosselklappenöffnungsgrads als auch ein sehr gutes Ansprechverhalten erreicht werden.

Die Verstelleinrichtung nach der Erfindung für eine Drossel­ klappe, mit einem Motor zum Drehen der Drosselklappe zur Verstellung ihres Öffnungsgrads, mit einer zwischen dem Motor und der Drosselklappe vorgesehenen Verzahnung zur Übertragung der Antriebskraft des Motors auf die Drossel­ klappe, und mit einer Rückstellvorrichtung, die die Dros­ selklappe in eine Vorgabestellung rückstellt, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellvorrichtung eine Zugfeder aufweist.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Rückstellvorrichtung ein erstes Federstützteil, das an einem an der Drosselklappe befestigten Zahnelement vorge­ sehen ist, und ein zweites Federstützteil aufweist, das an einem Gehäuse vorgesehen ist, das die Verzahnung um­ schließt, so daß die Zugfeder zwischen den beiden Feder­ stützteilen gespannt ist. Dabei ist in vorteilhafter Wei­ terbildung der Erfindung vorgesehen, daß wenigstens ein Federstützteil drehbar ist. Bevorzugt ist vorgesehen, daß das drehbare Federstützteil das erste Federstützteil ist. In weiterer Ausbildung der Erfindung ist ferner vorgesehen, das erste und das zweite Federstützteil so angeordnet sind, daß das von der Zugfeder auf die Drosselklappe aufgebrachte Drehmoment einen Höchstwert in einer Zwischen-Öffnungsgrad­ stellung der Drosselklappe zwischen der vollständigen Offen- und der vollständigen Schließstellung der Drossel­ klappe hat. Das heißt also, daß das Drehmoment der Dros­ selklappe im Bereich der vollständigen Offen- und der voll­ ständigen Schließstellung klein vorgegeben ist. Bei einer Ausführungsform wird diese Verstelleinrichtung mit einer Hilfsdrosselklappe einer Tandem-Drosselklappe verwendet, und die reguläre Einstellage ist dabei eine vollständige Offenstellung der Hilfsdrosselklappe.

Die oben angegebene Konstruktion trägt zu einer Verminde­ rung der durch die Reibungskraft der Rückstellmittel be­ dingten Hysterese und zu einer Verminderung der Reibungs­ kraftverringerung nach dem Bewegungsbeginn der Drosselklap­ pe bei, und es ist somit möglich, die Verstärkung der I- Regelung groß zu machen, ohne daß sie nach dem Einsetzen der Bewegung der Drosselklappe übermäßig groß wird; damit ist es möglich, eine sehr gute Lageregelgenauigkeit sowie ein sehr gutes Regel-Ansprechverhalten zu erzielen.

Da ferner bei der vorgenannten Tandem-Drosselklappe die Hilfsdrosselklappe regelmäßig mit Öffnungsgraden im Bereich ihrer vollständigen Schließstellung verwendet wird, bei der das Schließdrehmoment klein gemacht werden kann, ist es möglich, den Motor bei diesem Ausführungsbeispiel kleiner als bei der konventionellen Einrichtung zu machen.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine Tandem-Dros­ selklappe, wobei eine Hilfsdrosselklappe vor­ gesehen ist, die mit einer Verstelleinrichtung nach der Erfindung ausgestattet ist;

Fig. 2 einen Schnitt II-II von Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt durch ein drehbares Federstütz­ teil der Drosselklappen-Verstelleinrichtung nach der Erfindung;

Fig. 4 ein Diagramm, das das Drehmoment der Hilfs­ drosselklappe von Fig. 1 zeigt;

Fig. 5 ein Diagramm, das das Drehmoment einer kon­ ventionellen Drosselklappe mit einer als Schraubenfeder ausgeführten Torsionsfeder zeigt; und

Fig. 6 einen Schnitt durch eine einzelne Drosselklap­ pe, die mit der Verstelleinrichtung nach der Erfindung ausgestattet ist.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1-5 wird zunächst eine Ver­ stelleinrichtung in Verbindung mit der Hilfsdrosselklappe einer Tandem-Drosselklappe erläutert.

Eine Hilfsdrosselklappenwelle 2 verläuft durch ein Drossel­ klappengehäuse 1. Die Hilfsdrosselklappenwelle 2 ist in Lagern 4 drehbar aufgenommen. Auf den äußeren Abschnitt jedes Lagers 4 ist eine Staubdichtung 5 aufgesetzt. Auf der Hilfsdrosselklappenwelle 2 ist in deren Mittenabschnitt eine Drosselklappe 3 befestigt. Die Enden der Hilfsdrossel­ klappenwelle 2 verlaufen aus dem Gehäuse 1 heraus, wobei das eine Ende mit einem Drosselklappenlagesensor 16 ver­ bunden ist, der den Drosselklappenöffnungsgrad aufnimmt, während an dem anderen Ende mittels eines Bolzens 7 ein Zahnsegment 7 verbunden ist. Das Zahnsegment 6 wird mit einem Ritzel 14 in Eingriff gehalten, das auf einer Ab­ triebswelle 15 eines am Gehäuse 1 montierten Motors 19 an­ geordnet ist. Eine erste Federstützwelle 10 steht an der Seitenfläche des Zahnsegments 6 vor, und eine zweite Feder­ stützwelle 23 steht am Gehäuse 1 vor. Eine Zugfeder 9 ist zwischen der ersten und der zweiten Federstützwelle 10 und 23 gespannt, so daß sie die Drosselklappe 3 in ihre voll­ ständige Offenstellung beaufschlagt. Die erste und die zweite Federstützwelle 10 und 23 sind so angeordnet, daß das von der Zugfeder 9 auf die Drosselklappe 3 ausgeübte Drehmoment seinen Höchstwert in einer Zwischenstellung zwi­ schen der vollständigen Offen- und der vollständigen Schließstellung der Drosselklappe hat, wie Fig. 4 zeigt. Auf jeder der beiden Federstützwellen 10 und 23 ist eine Federtragvorrichtung 8 montiert. Die Federtragvorrichtung 8 hat eine auf der ersten oder zweiten Federstützwelle 10, 23 drehbare Hülse 17, eine Federhalterung 11, die auf der Hülse 17 befestigt ist, eine drehbar auf der ersten oder zweiten Federstützwelle 10, 23 angeordnete Beilegscheibe 20 sowie einen Rückhaltering 21, der die Beilegscheibe 20 und die Federhalterung 11 auf der ersten oder zweiten Feder­ stützwelle 10, 23 hält. Eine Umfangsnut 18 ist in einer Außenumfangsfläche der Federhalterung 11 gebildet, und der Haken der Zugfeder 9 greift in die Umfangsnut 18.

Ein Schließanschlag 12 ist einstellbar in das Gehäuse 1 geschraubt, so daß sein Vorderende an einer Endfläche 6 a des Zahnsegments 6 anschlägt, wenn die Drosselklappe voll­ ständig geschlossen ist. Eine Feststellmutter 13 ist auf den Schließanschlag 12 geschraubt und legt diesen fest. Ferner ist das Gehäuse 1 mit einer Anschlagfläche 22 aus­ gebildet, an der eine weitere Endfläche 6 b des Zahnsegments 6 anschlägt, wenn die Drosselklappe vollständig geöffnet ist.

Normalerweise wird die Hilfsdrosselklappe von der Zugfeder 9 in Richtung ihrer Offenstellung beaufschlagt, so daß die Endfläche 6 b des Zahnsegments 6 in Kontakt mit der An­ schlagfläche 22 des Gehäuses 1 gehalten wird. Wenn der Motor 19 angetrieben wird und seine Kraft über das Ritzel 14 auf das Zahnsegment 6 überträgt, wird die Drosselklappe 3 gegen die Kraft der Zugfeder 9 gedreht, so daß ein ge­ wünschter Öffnungsgrad der Drosselklappe erreicht wird. Da die Zugfeder 9 als Rückholfeder zur Rückstellung der Dros­ selklappe in ihre Vorgabelage bzw. bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in ihre vollständige Offenlage dient, wird verhindert, daß eine Reibung zwischen benachbarten Linien der Feder und eine Kontaktreibung in bezug auf die Drosselklappenwelle 2 auftritt, wie dies bei der als Schraubenfeder ausgeführten Torsionsfeder beim Stand der Technik der Fall ist. Wie Fig. 4 zeigt, weist also die Drehmomentkennlinie der Drosselklappe eine geringere Hyste­ rese gegenüber derjenigen der konventionellen Torsionsfeder (Fig. 5) auf, was zu einer Verminderung der Abnahme der Reibungskraft nach Beginn der Drosselklappenbewegung bei­ trägt. Es ist somit möglich, den Verstärkungsgrad der I- Regelung groß zu machen, ohne daß er übermäßig groß wird, nachdem die Drosselklappe ihre Bewegung begonnen hat, und infolgedessen ist es möglich, eine sehr gute Lageregelge­ nauigkeit und ein sehr gutes Regel-Ansprechverhalten zu erzielen. Bei der Tandem-Drosselklappe wird ferner die Hilfsdrosselklappe regelmäßig mit Öffnungsgraden um ihre vollständige Schließstellung benützt, wobei das Drehmoment der Klappe klein ist, wie Fig. 4 zeigt. Es ist daher mög­ lich, den Motor kleiner als bei der konventionellen Ein­ richtung zu machen.

Bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel ist an beiden Federstützwellen 10 und 23 die Federtragvorrichtung 8 vor­ gesehen, letztere kann aber auch nur auf der ersten Feder­ stützwelle 10 angeordnet sein. Die Zugfeder 9 kann ferner direkt zwischen der ersten und der zweiten Federstützwelle 10 und 23 gespannt sein, ohne daß eine Federtragvorrichtung 8 vorgesehen ist, allerdings wird dabei die Reibungskraft etwas erhöht.

Fig. 6 zeigt eine einzige Drosselklappe mit der hier ange­ gebenen Verstelleinrichtung. Dabei ist die Zugfeder 9 so ge­ spannt, daß sie eine auf einer Drosselklappenwelle 24 be­ festigte Drosselklappe 3′ in deren vollständige Schließ­ stellung beaufschlagt, was im Gegensatz zu dem oben erläu­ terten Ausführungsbeispiel steht; im übrigen ist der Aufbau nahezu gleich wie bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel.

Claims (8)

1. Verstelleinrichtung für eine Drosselklappe, mit einem Motor (19) zum Drehen der Drosselklappe (3) zur Einstellung ihres Öffnungsgrads; mit einer zwischen dem Motor (19) und der Drosselklappe (3) vorgesehenen Verzahnung (6, 14) zur Über­ tragung der Antriebskraft des Motors (19) auf die Drossel­ klappe (3); und mit einer Rückstellvorrichtung (9, 10, 23), die die Drosselklappe (3) in eine Vorgabestellung rück­ stellt, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellvorrichtung eine Zugfeder (9) aufweist.

2. Verstelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellvorrichtung ein erstes Federstützteil (8, 10), das an einem an der Drosselklappe (3) befestigten Zahnelement (6) vorgesehen ist, und ein zweites Federstütz­ teil (23) aufweist, das an einem Gehäuse (1) vorgesehen ist, das die Verzahnung (6, 14) umschließt, so daß die Zug­ feder (9) zwischen den beiden Federstützteilen gespannt ist.

3. Verstelleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Federstützteil (8, 10) der Federstütz­ teile (8, 10; 23) drehbar ist.

4. Verstelleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das drehbare Federstützteil das erste Federstützteil (8, 10) ist.

5. Verstelleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Federstützteil (8, 10; 23) so angeordnet sind, daß das von der Zugfeder (9) auf die Dros­ selklappe (3) aufgebrachte Drehmoment einen Höchstwert in einer Zwischen-Öffnungsgradstellung der Drosselklappe zwi­ schen der vollständigen Offen- und der vollständigen Schließstellung der Drosselklappe hat.

6. Verstelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die normale Vorgabestellung eine vollständige Schließ­ stellung der Drosselklappe ist.

7. Verstelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung in einer Hilfsdrosselklappe einer Tandem-Drosselklappe vorgesehen ist.

8. Verstelleinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die normale Vorgabestellung eine vollständige Offen­ stellung der Hilfsdrosselklappe ist.