DE4013824A1

DE4013824A1 - Lastverstelleinrichtung

Info

Publication number: DE4013824A1
Application number: DE19904013824
Authority: DE
Inventors: Mathias Zentgraf
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: Mannesmann VDO AG
Priority date: 1990-04-30
Filing date: 1990-04-30
Publication date: 1991-10-31
Anticipated expiration: 2010-05-01
Also published as: DE4013824C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Lastverstelleinrichtung mit einer die Leistung einer Brennkraftmaschine bestim menden Drosselklappe, die mit einer im Drosselklappen gehäuse gelagerten Drosselklappenwelle drehfest verbun den ist, wobei die Drosselklappenwelle eine fahrpedal seitige, mechanische Anlenkseite und eine stellmotorige Anlenkseite aufweist, der ein Stellmotor zur Verstel lung der Drossselklappe im Leerlaufbetrieb zugeordnet ist.

Bei einer derartigen Lastverstelleinrichtung erfolgt üblicherweise die Verstellung der Drosselklappe in die Leerlauf_not-Position über eine Feder, die hierzu die Drosselklappe über ein Steuerelementteil verstellt. Bei normalem Leerlaufbetrieb steuert eine Regeleinrichtung einen Elektromotor, so daß die Drosselklappe aufgrund der von der Regeleinrichtung verarbeiteten Werte in die gewünschte Position verstellt wird. Befindet sich die Drosselklappe im Leerlaufbereich zwischen der Leerlauf _not-Position und der Leerlauf_min-Position, so arbeitet der Elektromotor ständig gegen die Stellkraft einer Feder, die so ausgelegt sein muß, daß bei einer Leer laufnot-Situation die Stellkraft der Feder ausreicht, sämtliche Reibungswiderstände sowie entgegenstehende Momente an der Drosselklappe zu überwinden, um diese in eine Leerlauf_not-Position zu verstellen. Dieser Bela stungsfall ist ausschlaggebend für die Dimensionierung des Elektromotors, so daß dies zur Verteuerung der Anlage führt.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Lastverstelleinrichtung und die zugehörigen Steuerelemente zur Verstellung der Drosselklappe in die Leerlauf_not-Position bei Ausfall der Regeleinrichtung derart auszubilden und anzuordnen, daß das Antriebs moment für den Stellmotor klein gehalten werden kann.

Gelöst wird die Aufgabe bei einer Lastverstell einrichtung der eingangs erläuterten Art dadurch, daß das druckbeaufschlagbare Stellteil über ein pneumatisch beaufschlagbares Stellelement in einem definierten Bereich verstellbar und/oder außer Wirkung bringbar ist. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise ein im System vorhandener pneumatischer Druck als Stellkraft eingesetzt, die bei normalem Leerlaufbetrieb in Rich tung gegen die Stellkraft des Stellteils wirkt. Dadurch wird sichergestellt, daß der Elektromotor im normalen Leerlaufbetrieb nicht ständig gegen diese Stellkraft des Stellteils arbeiten muß. Durch das pneumatisch beaufschlagbare Stellelement wird dieses von einem der Drosselklappe zugeordneten Steuerelementteil wegbewegt und die Antriebskräfte des Stellmotors müssen nur so groß sein, daß sie ausreichen, im Leerlaufbetrieb die Drosselklappe zu verstellen. Erst wenn eine Störgröße auftritt, die zum Ausfall der Regeleinrichtung führt, wird das pneumatisch beaufschlagbare Stellelement druckentlastet, so daß das Stellteil über ein Steuerelementteil auf die Drosselklappe wirkt und diese in die Leerlauf_not-Position verstellt.

Hierzu ist es vorteilhaft, daß zur Verstellung des Stellteils in einem definierten Stellbereich ein im System der Brennkraftmaschine auftretender Differenz druck als Stellkraft abgegriffen wird. Da ein derartiger Differenzdruck im Betrieb der Brennkraft maschine jederzeit zur Verfügung steht, kann dieser in vorteilhafter Weise immer dann als Stellkraft eingesetzt werden, wenn die Drosselklappe in eine Leerlauf_not-Position verstellt werden soll.

Erfindungsgemäß wird die Drosselklappe über eine Druckdose oder über ein mit dieser wirkungsmäßig verbundenes Stellglied in eine Leerlauf_not-Position verstellt. Hierzu ist es vorteilhaft, daß die Druck dose zwei durch eine Membrane getrennte Kammern auf weist, wobei die eine Kammer an die Unterdruckleitung des Drosselklappengehäuses angeschlossen ist und die andere Kammer über eine Öffnung zur Atmosphäre hin geöffnet werden kann. Die Verwendung einer Druckdose ist sehr kostengünstig und eignet sich auf einfache Weise, das gegen das Steuerelementteil der Drossel klappe anliegende Stellteil soweit zurückzuziehen, daß das Steuerelementteil der Drosselklappe im Leerlauf bereich frei bewegt werden kann. Soll der Stellmotor die Drosselklappe verstellen, so braucht er lediglich die in diesem System auftretenden Reibungswiderstände, die an der Drosselklappe auftretenden Unterdruckkräfte bzw. die Rückstellkraft einer Feder zu überwinden, so daß der Leistungsaufwand zur Verstellung der Drosselklappe klein gehalten werden kann.

Der Abgriff der Stellkraft an der Unterdruckseite ist deshalb besonders günstig, da dieser bei laufender Brennkraftmaschine immer zur Verfügung steht. Hierdurch wird auf kostengünstige Weise die Betriebssicherheit des Fahrzeugs wesentlich verbessert, ohne daß ein meß barer Anstieg im Energieverbrauch eintritt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, daß die Membrane der Druckdose gegen die Wirkung des als Feder ausgebildeten Stellteils ver stellbar ist und daß die erste, an die Unterdrucklei tung angeschlossene Kammer der Druckdose, die gegen die Membrane zur Anlage kommende Feder und die zweite Kammer das Stellglied aufweist, das über ein Steuer elementteil wirkungsmäßig mit der Drosselklappe verbunden ist. Durch die Verwendung einer Feder läßt sich auf einfache Weise bei einer auftretenden Stör größe in der Regelelektronik oder bei Ausfall des elektrischen Antriebs über die Feder und das gegen die Membrane anliegende Stellglied eine Verstellung des Steuerelementteils herbeiführen, das eine Verstellung der Drosselklappe in die Leerlauf_not-Position sicher stellt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteil haft, daß an die an die erste Kammer angeschlossene Unterdruckleitung ein in mindestens zwei Stellungen verstellbares Ventil angeschlossen ist, das in der einen Stellung die Unterdruckseite des Drosselklappen gehäuses mit der ersten Kammer und in der zweiten Stellung die erste Kammer zur Atmosphäre hin öffnet. Durch den Einbau des Ventils wird sichergestellt, daß bei Auftreten einer Störgröße im elektrischen System oder im elektrischen Antrieb die erste Kammer der Druckdose zur Atmosphäre hin geöffnet wird, so daß nun die Feder eine Verstellung der Drosselklappe über das Stellteil und Steuerelementteil herbeiführt und die Drosselklappe in die Leerlauf_not-Position verstellt wird.

Um den Stellweg klein zu halten, ist es vorteilhaft, daß das Stellglied an der Membrane angeordnet ist, so daß über die Feder das Stellglied und dadurch das Steuerelementteil der Drosselklappe verstellt wird. Vorteilhaft ist es außerdem, daß die zweite Kammer ständig zur Atmosphäre hin geöffnet ist.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in denen ein bevor zugtes Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Verdeutlichung der prinzipiellen Funktion der erfin dungsgemäßen Lastverstelleinrichtung,

Fig. 2 ein Ventil einer Unterdruckleitung, das mit seinem einen Ende an die Saugseite des Drosselklappengehäuses und mit seinem anderen Ende an die erste Kammer einer Druckdose angeschlossen ist, wobei sich das Ventil in einer Durch flußstellung befindet,

Fig. 3 das Ventil gemäß Fig. 2 in einer Stellung, in der die Unterdruckleitung zur Atmosphäre geöffnet ist und sich die zugehörige Lastverstelleinrichtung in der Leerlauf_not-Position befindet.

Die in dem Rahmen 28 dargestellten Teile gemäß Fig. 1 bilden ein Stellglied bzw. die Lastverstelleinrich tung, die in einer Baueinheit zusammengefaßt sind. Zu der Lastverstelleinrichtung gehört ein Stellmotor bzw. Elektromotor 14, der über ein nur schematisch ange deutetes Getriebe 4 mit einer Drosselklappe 9 antriebs mäßig verbunden ist. Über das Getriebe 4 werden die Stellkräfte des Elektromotors 14 zur Drosselklappe 9 übertragen und dadurch wird eine Verstellung in die gewünschte Position herbeigeführt.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, kann die Lastverstell einrichtung über ein Fahrpedal 1 verstellt werden, wobei durch Betätigung des Fahrpedals 1 ein Hebel 3 zwischen einem Leerlaufanschlag LL und einem Vollast anschlag VL verschoben und über eine Rückzugfeder 2 in Leerlaufrichtung LL vorgespannt wird. Das Fahrpedal 1 ist mittels eines Gaszuges 5 an einen Mitnehmer 6 ange schlossen, so daß bei Betätigung des Fahrpedals 1 der Mitnehmer 6 in Richtung des Vollastanschlages VL verschoben wird. An den Mitnehmer 6 sind Rückstell federn 7 angeschlossen, die diesen in Leerlaufrichtung LL vorspannen. Die Rückstellfedern 7 sind so ausgelegt, daß sie redundante Auswirkungen auf den Rückstell antrieb besitzen. Solange der Gaszug 5 nicht beauf schlagt wird, liegt der Mitnehmer 6 an dem ihm zuge ordneten Leerlaufanschlag LL an.

Der Mitnehmer 6 wirkt direkt mit einem ersten Steuer elementteil 8 zusammen, das zum Verstellen einer Drosselklappe 9 einer in der Zeichnung nicht darge stellten Brennkraftmaschine dient. Das Steuerelement teil 8 ist in Fig. 1 nur schematisch dargestellt.

Das dem Gaszug 5 abgewandte Ende des Mitnehmers 6 ist mit einer Ausnehmung bzw. einem Freilaufbereich 10 ver sehen, in die das Ende des ersten Steuerelementteils 8 eingreift. An die Ausnehmung bzw.den Freilaufbereich 10 des Mitnehmers 6 schließt sich ein Anschlag 11 an, gegen den das Stellelement 8 zur Anlage kommt, wenn das Fahrpedal 1 den Anschlag 11 aus der Leerlauf_min- über die Leerlauf_not-Position hinaus verstellt.

Unterhalb der Ausnehmung bzw. des Freilaufbereichs 10 ist eine Feder 12 vorgesehen, die einenends an einen ortsfesten Punkt 13, anderenends an das erste Steuer elementteil 8 angeschlossen ist und dieses in Leer laufrichtung beaufschlagt. Durch die ortsfeste Anord nung der Feder 12 wird eine direkte Rückstellung der Drosselklappe 9 erreicht. Die Feder 12 ist über den gesamten Verstellbereich des Steuerelementteils 8 und dadurch über den gesamten Lastbereich der Brennkraftmaschine wirksam. Die Feder 12 wirkt hierdurch in die gleiche Richtung wie die beiden Rückstellfedern 7.

Die Lastverstelleinrichtung weist neben dem ersten Steuerelementteil 8 ein zweites Steuerelementteil 16 auf, das mit einem Elektromotor 14 verbunden ist. Das Steuerelementteil 16 ist in Fig. 1 ebenfalls nur schematisch angedeutet und kann einem in der Zeichnung nicht dargestellten Getriebe entsprechen. Die beiden Steuerelemente 8 und 16 sind nicht fest miteinander verbunden, sondern nur in eine Bewegungsrichtung und zwar in Aufregelrichtung gekuppelt. Hierzu weist das eine Ende des zweiten Steuerelementteils 16 ein Mit nehmerelement 15 auf, das gegen den am ersten Stell elementteil 8 vorgesehenen Anschlag 18 kommen kann, wenn eine zur Lastverstelleinrichtung gehörende elek tronische Regeleinrichtung 17 ausfällt. Um die Betriebssicherheit im Leerlaufregelbereich zu gewähr leisten, ist ein Stellelement bzw. eine Druckdose 36 vorgesehen, die über ein Stellglied 45 auf das erste Steuerelementteil 8 wirkt, so daß bei Ausfall der Regeleinrichtung 17 die Drosselklappe 9 in die Leer lauf_not-Position verstellt wird.

In Fig. 1 ist die elektronische Regeleinrichtung 17 die Aufbereitungs-, Logik- und Regelschaltungen ent hält, schematisch angedeutet. In ihrem Digitalteil speichert die Regeleinrichtung 17 Werte für die Fahr zeuganpassung und verarbeitet die digitalen oder digi talisierten Werte verschiedener Eingangsgrößen, die dann die gewünschte Stellung der Drosselklappe 9 über ein Analogteil regeln. Mit der elektronischen Regelein richtung 17 wirkt eine zu dem Steuerelementteil 8 gehörende Istwerterfassungseinrichtung 19 sowie eine dem zweiten Steuerelementteil 16 zugeordnete, die jeweilige Position dieses Steuerelementteils 8 ermit telnde Istwerterfassungseinrichtung 20 zusammen. Von der elektronischen Regeleinrichtung 17 werden darüber hinaus über einen Leerlaufkontakt 23, der von dem Mitnehmer 6 aktiviert wird, Signale erfaßt, wenn dieser an dem ihm zugeordneten Leerlaufanschlag LL zur Anlage kommt. Über den Leerlaufkontakt 23 wird der Stromkreis zur Regeleinrichtung 17 dann unterbrochen, wenn der Leerlaufregelbereich (LL_min-LL_max) verlassen wird. Im Teillast- bzw. Vollastbereich wird der Elektromotor 14 über die Regeleinrichtung 17 nicht mehr angesteuert. Die Verstellung der Drosselklappe 9 erfolgt dann nur über den Hebel 3, den Gaszug 5 sowie den Mitnehmer 6.

Die elektronische Regeleinrichtung 17 dient im Zusam menwirken mit der Istwerterfassungseinrichtung 19, 20 und den externen Bezugsgrößen dem Zweck, eine Sicher heitslogik betreffend der Steuerung des ersten und zweiten Steuerelementteils 8, 16 aufzubauen. Sobald die elektronische Regeleinrichtung 17 oder der Elektro motor 14 nicht mehr einwandfrei funktionieren, wird durch die in Richtung der maximalen Leerlaufstellung vorgespannte Druckdose 36 mit dem zugehörigen Stell glied 45 das Steuerelementteil 8 und dadurch die Dros selklappe 9 in die Leerlauf_not-Stellung LL_not bewegt.

Wie aus Vorstehendem hervorgeht, steuert bei normalem Leerlaufregelbetrieb die Regeleinrichtung 17 den Elek tromotor 14, so daß die Drosselklappe 9 aufgrund der von der Regeleinrichtung 17 verarbeiteten Werte in die gewünschte Position verstellt wird.

Tritt ein Störfall in der Regeleinrichtung 17 oder im elektrischen Antrieb auf, so wird das pneumatisch beaufschlagbare Stellelement bzw. die Druckdose 36 druckentlastet. Die Druckdose 36 besteht hierzu aus einer ersten Kammer 37 und einer zweiten Kammer 38, die durch eine Membrane 41 getrennt sind. In der ersten Kammer 37 ist zwischen einer Öffnung 21 und der Membrane eine Feder 42 vorgesehen, die die Membrane 41 in Richtung der Leerlauf_not-Position vorspannt. In der zweiten Kammer 38 ist das Stellglied 45 verschiebbar gelagert und legt sich bei Auftreten eines Störfalls gegen das Steuerelementteil 8 an. Die zweite Kammer 38 steht über eine Öffnung 22 mit der Atmosphäre in Druckausgleich. An die Öffnung 21 der ersten Kammer 37 ist eine Unterdruckleitung 39 angeschlossen, die mit der Saugseite des Drosselklappengehäuses 40 verbunden ist.

In vorteilhafter Weise ist der Druck im Saugstutzen des Drosselklappengehäuses 40 bei laufender Brennkraft maschine annähernd konstant, so daß der in der Unter druckleitung 39 gebildete Unterdruck als Stellgröße benutzt werden kann. Bei laufender Brennkraftmaschine wird durch den Anschluß der ersten Kammer 37 an das Drosselklappengehäuse 40 in dieser ein Unterdruck erzeugt, so daß die Membrane 41 gegen die Stellkraft der Feder 42 mit Bezug auf die Zeichnung nach links verstellt wird und sie dadurch auch das Stellglied 45 von dem Steuerelementteil 8 wegbewegt. Dadurch kann der Elektromotor 14 über die Steuerelementteile 16, 8 die Drosselklappe 9 zwischen den beiden Positionen LL_min und LL_max verstellen, ohne dabei gegen die Stellkraft der Feder 42 zu arbeiten. Da der Elektromotor 14 wesentlich geringere Widerstandskräfte überwinden muß, kann er auch kleiner ausgelegt werden.

In der Unterdruckleitung 39 ist ein zwischen zwei Stellungen verstellbares Ventil 44 vorgesehen, das einen Schieber 24 (Fig. 2, 3) aufweist, der in der einen Stellung das Durchströmen der Unterdruckleitung 39 zuläßt, so daß die Kammer 37 mit der Saugseite des Drosselklappengehäuses 40 in Verbindung steht und in der Kammer 37 ein Unterdruck gebildet wird.

Tritt ein Störfall in der Regeleinrichtung 17 auf, so wird ein Schaltmagnet 25 angesteuert, der eine Verstel lung des Ventils 44 in Schließstellung bewirkt und die Verbindung der Kammer 37 zur Unterdruckseite des Dros selklappengehäuses 40 unterbricht. Eine im Ventil 44 vorgesehene Umwegleitung 26 stellt für die Kammer 37 einen Druckausgleich zur Atmosphäre her, so daß zwi schen den beiden Kammern 37, 38 ein Druckausgleich stattfindet und die Feder 42 die Membrane 41 nach links und gleichzeitig das Stellglied 45 gegen das Steuer elementteil 8 bewegt. Hierdurch wird die Drossel klappe 9 in die Leerlauf_not-Position verstellt. Die Feder 42 ist so ausgelegt, daß sie die im System vorhandenen Reibungswiderstände, Federkräfte und die auf die Drosselklappe 9 einwirkenden Unterdruckkräfte überwinden kann.

Bezugszeichenliste

1 Fahrpedal
2 Rückzugfeder
3 Hebel
4 Getriebe
5 Gaszug
6 Mitnehmer
7 Rückstellfeder
8 Stellelementteil
9 Drosselklappe
10 Ausnehmung (Feilaufbereich)
11 Anschlag
12 Feder
13 Punkt
14 Elektromotor
15 Mitnehmerelement
16 Stellelementteil
17 Regeleirichtung
18 Anschlag
19 Istwerterfassungseinrichtung
20 Istwerterfassungseinrichtung
21 Öffnung
22 Öffnung
23 Leerlaufkontakt
24 Schieber
25 Schaltmagnet
26 Umwegleitung
28 Rahmen
36 Druckdose (Stellelement)
37 Kammer
38 Kammer
39 Unterdruckleitung
40 Drosselklappengehäuse
41 Membrane (Stellelement)
42 Feder (Stellteil)
44 Ventil
45 Stellglied

Claims

1. Lastverstelleinrichtung mit einer die Leistung einer Brennkraftmaschine bestimmenden Drossel klappe (9), die mit einer im Drosselklappen gehäuse (40) gelagerten Drosselklappenwelle dreh fest verbunden ist, wobei die Drosselklappenwelle eine fahrpedalseitige, mechanische Anlenkseite und eine stellmotorige Anlenkseite aufweist, der ein Stellmotor zur Verstellung der Drossselklappe (9) im Leerlaufbetrieb zugeordnet ist, die über ein druckbeaufschlagbares Stellteil (42) in eine Leerlauf_not-Position verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das druckbeaufschlagbare Stellteil (Feder 42) über ein pneumatisch beauf schlagbares Stellelement (Membrane 41) in einem definierten Bereich verstellbar und/oder außer Wirkung bringbar ist.

2. Lastverstelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstellung des Stell teils (42) in einem definierten Stellbereich ein im System der Brennkraftmaschine auftretender Differenzdruck als Stellkraft abgegriffen wird.

3. Lastverstelleinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselklappe (9) über eine Druckdose (36) oder über ein mit dieser wirkungsmäßig verbundenes Stellglied (45) in eine Leerlauf_not-Position verstellbar ist.

4. Lastverstelleinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Druckdose (36) zwei durch eine Membrane (41) getrennte Kammern (37, 38) aufweist, wobei die eine Kammer (37) an die Unterdruck leitung (39) des Drosselklappengehäuses (40) an geschlossen ist und die andere Kammer (38) über eine Öffnung (21) zur Atmosphäre hin geöffnet werden kann.

5. Lastverstelleinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Membrane (41) der Druck dose (36) gegen die Wirkung des als Feder (42) ausgebildeten Stellteils verstellbar ist.

6. Lastverstelleinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die erste an die Unterdruckleitung (39) angeschlossene Kammer (37) der Druckdose (36), die gegen die Membrane (41) zur Anlage kommende Feder (42) und die zweite Kammer (38) das Stellglied (45) aufweist, das über ein Steuerelementteil (8) wirkungsmäßig mit der Drosselklappe (9) verbunden ist.

7. Lastverstelleinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß an die an die erste Kammer (37) angeschlossene Unterdruckleitung (39) ein in mindestens zwei Stellungen verstellbares Ventil (44) angeschlossen ist, das in der einen Stellung die Unterdruckseite des Drosselklappengehäuses (40) mit der ersten Kammer (37) und in der zweiten Stellung die erste Kammer (37) zur Atmosphäre hin öffnet.

8. Lastverstelleinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß das Stellglied (45) an der Mem brane (41) angeordnet ist und bei einer auftre tenden Störgröße über die Feder (42) gegen das Steuerelementteil (8) verstellt wird und über dieses die Drosselklappe (9) in eine Leerlauf_not- Position bewegt.

9. Lastverstelleinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die zweite Kammer (38) ständig zur Atmosphäre hin geöffnet ist und bei Druckent lastung der ersten Kammer (37) ausreichend Luft in die zweite Kammer nachströmen kann.