DE4040217A1 - Einrichtung zur betaetigung der drosselklappe eines verbrennungsmotors - Google Patents

Description

Stand der Technik

Zur Betätigung der Drosselklappe eines Verbrennungsmotors ist es bekannt, die Drehachse der Drosselklappe mechanisch mit dem Fußfahrgeber, der auch als Gaspedal bezeichnet wird, über ein Gestänge zu koppeln. Jeder Stellung des Fußfahrgebers ist dabei eine ganz bestimmte Winkelstellung der Drosselklappe zugeordnet. In modernen Verbrennungsmo­ toren mit elektronischer Motorsteuerung ist zur Optimie­ rung des Motors eine Steuerung der Drosselklappe erwünscht, die unterschiedliche motorspezifische Betriebs­ parameter berücksichtigt und daraus einer Änderung und/oder Stellung der Position des Fußfahrgebers eine op­ timale Drosselklappenstellung zuordnet. Die Stellung des Fußfahrgebers wird von einem Potentionmeter oder einem sonstigen Geber an die Motorsteuerung übertragen, die dar­ aufhin unter Berücksichtigung von Motordrehzahl, Motortem­ peratur und weiteren Parametern eine optimale Drosselklap­ penstellung bestimmt. Die Drosselklappe kann dann bei­ spielsweise über einen Stellmotor, der von der Motorsteue­ rung gesteuert wird auf den jeweils optimalen Drosselklap­ penwinkel eingestellt werden. Bei dieser elektronischen Steuerung der Drosselklappe besteht keine mechanische Ver­ bindung zwischen Fußfahrgeber und Drosselklappe, weshalb man hier von einem elektronischen Fußfahrgeber- Drosselklappenfunktion sprechen kann, die auch als E-Gas- Funktion bezeichnet wird. Eine solche E-Gas-Ausführung hat jedoch gegenüber mechanischen Lösungen den Nachteil, daß bei auftretenden Störungen in der Motorelektronik oder in den elektrischen Verbindungen zu den Stellmotoren und Ge­ bern eine Notlauffunktion allenfalls in sehr eingeschränk­ tem Umfang möglich ist. Ein Einfluß der Stellung oder Än­ derung des Fußfahrgebers auf die Drosselklappe ist bei dem bekannten E-Gas-Funktionen bei Auftreten eines Ausfalls der elektronischen Steuerung nicht mehr möglich.

Vorteile der Erfindung

Eine Einrichtung zur Betätigung der Drosselklappe eines Verbrennungsmotors mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß ein elektronisch steuerbares Getriebe zwischen Fußfahrgeber und Drosselklappe eine op­ timale Steuerung der Drosselklappe ermöglicht, wobei je­ doch bei Ausfall der elektronischen Steuerung eine mecha­ nische Kupplung zwischen Fußfahrgeber und Drosselklappe verbleibt und somit eine gute Notlauffunktion erreicht wird. Fällt die elektronische Steuerung in irgendeiner Weise aus, so kann zwar die Getriebeübersetzung nicht mehr in Abhängigkeit von den verschiedenen Motorparametern ge­ steuert werden, jedoch ist in einem solchen Störfall eine mechanische Kupplung durch das zwischengeschaltete Getrie­ be zwischen Fußfahrgeber und Drosselklappe gewährleistet.

Besonders vorteilhaft ist es, das Getriebe als Umlaufge­ triebe bzw. Planetengetriebe auszubilden, bei der der Fuß­ fahrgeber an einem ersten Zahnrad angreift, welches ein Planetenzahnrad betätigt, das in einer Durchgangsbohrung eines zweiten Zahnrads gelagert ist. Das zweite Zahnrad kann nun bei Veränderung der Stellung des Fußfahrgebers in Drehrichtung des ersten Zahnrades mittels eines steuerba­ ren Antriebs mehr oder weniger schnell mitgedreht werden, wodurch erreicht wird, daß sich das Planetenzahnrad mehr oder weniger langsam dreht. Die Drehung des Planetenzahn­ rades kann dann über ein Zwischenzahnrad zur Steuerung der Drosselklappe verwendet werden. Auf diese Weise ist es möglich, den Einfluß einer Veränderung der Stellung des Fußfahrgebers auf die Drosselklappe beliebig zu verändern, d. h. daß die Getriebeübersetzung beliebig variiert werden kann. Außerdem kann über die Steuerung des Antriebs des zweiten Zahnrades eine beliebige Position der Drosselklap­ pe realisiert werden, auch dann, wenn keine Änderung der Stellung des Fußfahrgebers erfolgt. Es sind somit sämtli­ che Funktionen bekannter E-Gas-Antriebe möglich. Außerdem kann der steuerbare Antrieb für das zweite Zahnrad so aus­ gebildet sein, daß dieses bei Ausfall des Antriebs starr bleibt. Der Antrieb kann beispielsweise mit einer Antriebsschnecke in den Zahnkranz des zweiten Zahnrades eingreifen.

Die bevorzugte Ausführungsform besitzt die in Anspruch 3 angegebenen Merkmale. Über ein Zwischenzahnrad werden die Planetenzahnräder einer zweiten Planetenachse angetrieben, die einem dritten Zahnrad, Scheibenrad oder dergleichen gelagert ist. Dieses dritte Zahnrad ist im Normalfall in seiner Normalstellung arretiert, so daß eine Drehung des Zwischenzahnrades über die zweite Planetenachse und die darauf montierten Planetenzahnräder auf ein mit der Dreh­ achse der Drosselklappe verbundenes viertes Zahnrad über­ tragen wird. Im Störfall kann jedoch diese Arretierung des dritten Zahnrades gelöst werden, so daß die in Offenstel­ lung sich befindende Drosselklappe mittels Rückstellfeder bis zum Leerlaufanschlag oder einem sonstigen Anschlag rückstellen kann.

Das dritte Zahnrad, welches die zweite Planetenachse aufnimmt, kann auch mittels eines Stellmotors in seiner Stellung verändert werden. Über einen solchen separaten Stellmotor kann eine optimale Notlauffunktion realisiert werden.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Posi­ tion des ersten Zahnrades mittels einer Sperre arretierbar ist. Auf diese Weise läßt sich quasi eine bestimmte Stel­ lung des Fußfahrgebers bzw. eine gewünschte Geschwindig­ keit fixieren. Die Sperre dient somit zur Realisierung ei­ nes sogenannten Tempomats, der die Geschwindigkeit des Fahrzeugs konstant hält.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsge­ mäßen Einrichtung,

Fig. 2 die Ansicht entlang der Schnittlinie AB auf das erste Zahnrad mit erstem Planetenzahnrad,

Fig. 3 die Ansicht entlang der Schnittlinie CD,

Fig. 4 eine Teilansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit einer mechanischen Lösung für eine Si­ cherheitsfunktion (Notlauffunktion),

Fig. 5 eine um 90° gedrehte Ansicht der in Fig. 4 darge­ stellten Anordnung und

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit ei­ nem Stellmotor für das dritte Zahnrad.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt eine zwischen Fußfahrgeber FFG und Drossel­ klappe DK wirksames Planetengetriebe. Die jeweilige Stel­ lung des Fußfahrgebers FFG wird mittels eines Abgriffs 1 an einem Potentionmeter 2, das als Geber dient, einer Mo­ torsteuerung MS in Form eines elektrischen Signals übermittelt. Die Motorsteuerung MS erhält über einen Dreh­ geber 3, der ebenfalls als Potentionmeter ausgebildet sein kann, ein der Stellung der Drosselklappe DK entsprechendes elektrisches Signal. Außerdem werden der Motorsteuerung MS weitere motorspezifische Kenndaten, wie beispielsweise Drehzahl n, Motortemperatur T zugeführt.

Die Stellung des Fußfahrgebers FFG wirkt über eine Über­ druckfeder 4 auf ein erstes Zahnrad Z1 des Getriebes. Das erste Zahnrad Z1 ist koaxial zur Drehachse 5 der Drossel­ klappe DK angeordnet und drehbar auf der Achse 5 gelagert. Auf der Drehachse 5 ist ein zweites Zahnrad Z2, ein drit­ tes Zahnrad Z3 und ein viertes Zahnrad Z4 gelagert. Die Zahnräder Z2 und Z3 sind drehbar gelagert, während das Zahnrad Z4 starr mit der Drehachse 5 verbunden ist. Ein Zwischenzahnrad ZZ ist ebenfalls drehbar auf der Drehachse 5 gelagert.

In der Zeichnung sind starre Verbindungen mit den jeweils zugehörigen Achsen durch einen Verbindungspunkt dargestellt, beispielsweise durch den Verbindungspunkt 6 auf der Drehachse 5. Drehbare Lagerungen sind durch zwei im Abstand von den jeweiligen Achsen angeordnete Ringe veranschaulicht, beispielsweise durch die beiden Ringe 7 an der Lagerung des ersten Zahnrades Z1.

Das in Fig. 1 dargestellte Getriebe besitzt Planetenzahn­ räder P1 bis P4, von denen das erste und zweite Planeten­ zahnrad P1, P2 auf einer ersten Planetenachse 8 befestigt sind, während die Nebenzahnräder P3 und P4 über eine zwei­ te Planetenachse 9 starr miteinander verbunden sind.

Das Zahnrad Z2 ist mittels eines Antriebs 10, der mit ei­ ner Antriebsschnecke 11 in den Zahnkranz 12 des Zahnrades Z2 eingreift, drehbar. Der Antrieb 10 ist mit der Motor­ steuerung MS elektrisch verbunden und wird von dieser zur Optimierung der Drosselklappenstellung gesteuert.

Das Zahnrad Z3 kann mittels einer magnetisch betätigten Bremse 13 in der jeweiligen Stellung arretiert werden. Zur Betätigung der Bremse 13 ist ein Elektromagnet 14 vorgesehen, der gegen eine Zugfeder 15 wirksam werden kann. Wird der Elektromagnet 14 eingeschaltet, so wird das Betätigungselement 16 angehoben, wodurch die Bremse 13 ge­ löst wird und ein schwenkbarer Anschlag 17 aus der darge­ stellten Stellung in eine waagerechte Stellung vor einem Leerlaufanschlag 18 gebracht wird.

Das Zahnrad Z1 kann durch Betätigung des Fußfahrgebers FFG gegen die Kraft einer Rückstellfeder 19 gedreht werden. Bei stillstehendem Antrieb 10 steht auch das Zahnrad Z2 still, so daß das erste Planetenzahnrad P1 um die Plane­ tenachse 8 gedreht wird. Da in diesem Fall die Planeten­ achse 8 ortsfest gelagert ist, errechnet sich die Drehzahl des Planetenzahnrades P1 aus dem Verhältnis der Zähne des Zahnrades Z1 zur Zähnezahl des Planetenzahnrades P1.

Wird jedoch beispielsweise bei einer übermäßig schnellen Betätigung des Fußfahrgebers FFG das Zahnrad Z2 teilweise in Richtung des Zahnrades Z1 mittels des Antriebs 10 mitbewegt, so verringert sich dadurch die Drehzahl bzw. der Drehwinkel des Planetenzahnrades P1 und des mit diesem starr verbundenen Planetenzahnrades P2. Anhand der Fig. 2 und 3 ist dieser Zusammenhang nochmals näher erläutert.

Bei arretiertem dritten Zahnrad Z3 überträgt das Zwischen­ zahnrad ZZ die Drehzahl des Planetenzahnrades P2 im Ver­ hältnis 1 : 1 auf die Planetenzahnräder P3 und P4. Das Planetenzahnrad P4 treibt damit das vierte Zahnrad Z4 ent­ sprechend der Umdrehung des ersten Planetenzahnrades P1 an, so daß eine entsprechende Veränderung der Stellung der Drosselklappe DK bewirkt wird. Die Betätigung der Drossel­ klappe DK erfolgt dabei gegen die Kraft einer Rückstellfe­ der 20.

Fällt beispielsweise bei offener Drosselklappe DK der An­ trieb 10 aus, kann durch Öffnen der Bremse 13 über den Ma­ gneten 14 erreicht werden, daß sich die Drosselklappe DK mittels Rückstellfeder 20 in eine Notlaufstellung bringt. Die Notlaufstellung wird durch die Position des Anschlages 17 definiert, der in geringem Abstand vor dem Leerlaufan­ schlag 28 angeordnet sein kann und an dem eine am Zahnrad Z4 abstehende Lasche 21 zur Anlage kommen kann.

In Fig. 2 ist die Ausgangsposition des Planetenzahnrades P1, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, mit unterbrochenen Linien 22 angegeben. Wird nun ausgehend von dieser Aus­ gangsposition 22 das Zahnrad Z1 in Pfeilrichtung 23 um ei­ nen Winkel von 90° gedreht, so kann dabei das Zahnrad Z2, welches in Fig. 3 ersichtlich ist, um einen Winkel von 45° in Pfeilrichtung 24 mittels des Antriebs 10 mitgedreht werden. Dadurch verändert sich die Position der Planeten­ achse 8 ebenfalls um 45°, so daß das Planetenzahnrad P1 aus der Ausgangsposition 22 in die Position 25 gelangt.

Das Zwischenzahnrad ZZ dreht sich geringfügig gegen den Uhrzeigersinn um einen Winkel. Dieser verhältnismäßig kleine Drehwinkel treibt das Planetenzahnrad P3 an, wel­ ches auf der im störungsfreien Betrieb ortsfest gelagerten Planetenachse 9 befestigt ist. Das Planetenzahnrad P3 wird um einen kleineren Drehwinkel gedreht, als das Planeten­ zahnrad P1, wodurch eine entsprechend geringere Drehung der Drosselklappe DK bewirkt wird.

Je nachdem, wie schnell und in welche Richtung der Antrieb 10 das Zahnrad Z2 während einer Drehung des Zahnrades Z1 dreht, kann dadurch eine mehr oder weniger starke Verände­ rung der Drosselklappenstellung bewirkt werden.

Am Zahnrad Z1 greift eine elektromagnetisch betätigbare Sperre 26 in einen äußeren Zahnkranz 27 ein. In der hier­ bei gewählten schematischen Darstellung ist der Zahnkranz 27 zusätzlich teilweise in einer Seitenansicht 27 gestri­ chelt dargestellt. Durch Betätigung des Magneten 28 wird dessen Anker 29 angehoben und dadurch die Sperre 26 in die Raststellung gebracht. Mit der Sperre 26 läßt sich auf diese Weise die Funktion eines Tempomat realisieren, der zur Geschwindigkeitskonstanthaltung bzw. zur Konstanthal­ tung der Motordrehzahl dient.

In Fig. 4 ist der rechte Teil des Getriebes in einer an­ deren Ausführung dargestellt, wobei mittels eines Keils 30 eine Sicherheitsfunktion realisiert ist. Wird die Drossel­ klappe DK über die Vollastlage hinaus in eine Position 31 gebracht, die in Fig. 5 mit unterbrochener Linie einge­ zeichnet ist, so kommt der Keil 30 zur Anlage an einem Be­ tätigungssteg 32 einer Bremsbacke 33. Wird nun das vierte Zahnrad Z4 weiter in Pfeilrichtung 34 bewegt, so hebt der Keil 30 über eine am Betätigungshebel 32 befindliche Rolle 35 die Bremsbacke 33 an, wodurch die Arretierung für das Zahnrad Z3 gelöst wird. Dadurch wird erreicht, daß sich die Drosselklappe DK mittels Rückstellfeder 20 solange entgegen der Pfeilrichtung 36 dreht, bis die Bremsbacke 33 wieder wirksam wird.

In Fig. 4 und Fig. 5 ist noch ein Leerlaufanschlag 37 ersichtlich, der verhindert, daß die Drosselklappe DK sich im Rohr 38 in der geschlossenen Stellung verklemmt bzw. verbeißt. Mittels einer Verbeißanschlagsschraube 39 läßt sich die Leerlaufposition der Drosselklappe DK einstellen.

Bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Zahnrad Z3 mittels eines Stellmotors 40 über ein Ge­ triebe 41 und eine Antriebsschnecke 42 bei Bedarf aus der Normalstellung gedreht, um beispielsweise im Fall eines Defekts in der Steuerung bzw. im Antrieb 10, eine notwen­ dige Änderung der Drosselklappenstellung vornehmen zu können. Im übrigen entspricht die Ausführung von Fig. 6 der von Fig. 1.

Claims (9)

1. Einrichtung zur Betätigung der Drosselklappe eines Ver­ brennungsmotors in Abhängigkeit von der Änderung und/oder Stellung des Fußfahrgebers eines Fahrzeugs, wobei die je­ weilige Position des Fußfahrgebers mittels eines Gebers an eine Motorsteuerung übermittelt wird, die die Einstellung der Drosselklappe in Abhängigkeit von weiteren motorspezi­ fischen Betriebsparametern beeinflußt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Getriebe mit durch die Motorsteue­ rung MS stufenlos veränderbarer Getriebeübersetzung die Änderung der Stellung des Fußfahrgebers (FFG) auf die Drehachse (5) der Drosselklappe (DK) überträgt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Fußfahrgeber (FFG) an ei­ nem koaxial zur Drehachse (5) der Drosselklappe (DK) angeordneten, auf einer Getriebeachse (5) drehbar gelager­ ten ersten Zahnrad (Z1) im Abstand von der Getriebeachse (5) angreift, daß ein Planetenzahnrad (P1) in den Zahn­ kranz des ersten Zahnrades (Z1) eingreift, das auf einer ersten Planetenachse (8) befestigt ist, daß die erste Pla­ netenachse (8) in einem im Abstand von der Getriebeachse (5) befindlichen Lager eines zweiten auf der Getriebeachse (5) drehbar gelagerten Zahnrades (Z2) gelagert ist, daß auf der ersten Planetenachse (8) ein zweites Planetenzahn­ rad (P2) starr mit der Planetenachse (8) verbunden ist, welches ein auf der Getriebeachse drehbar gelagertes Zwi­ schenzahnrad (ZZ) antreibt, daß eine Drehung des Zwischen­ zahnrades (ZZ) auf die Drehachse (5) der Drosselklappe (DK) übertragen wird, und daß die Stellung des zweiten Zahnrades (Z2), an dem das erste und zweite Planetenzahn­ rad (P1, P2) drehbar angeordnet sind, mittels eines steu­ erbaren Antriebs (10) veränderbar ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenzahnrad (ZZ) ein drittes Planetenzahnrad (P3) antreibt, welches auf einer zweiten Planetenachse (9) montiert ist, die in einem im Abstand von der Getriebeach­ se (5) befindlichen Lagerung eines dritten Zahnrades (Z3) oder dergleichen gelagert ist, daß auf der zweiten Plane­ tenachse (9) ein viertes Planetenzahnrad (P4) befestigt ist, das in ein auf der Drehachse (5) der Drosselklappe (DK) befestigtes viertes Zahnrad (Z4) eingreift.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Zahnrad (Z3) oder dergleichen mittels einer Bremse (13) oder sonstigen lösbaren Arretiereinrichtung in einer Ausgangsstellung fixiert ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Zahnrad (Z3) mittels eines Stellmotors (40) in seiner Stellung veränderbar ist.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselklappe (DK) gegen die Kraft einer Rückstellfeder (20) verstellbar ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Zahnrad (Z1) und/oder der Fußfahrgeber (FFG) gegen die Kraft einer Feder (19) betä­ tigbar ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Position des ersten Zahnrades (Z1) mittels einer Sperre (26) arretierbar ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an dem drehfest mit der Drehachse (5) verbundenen vierten Zahnrad (Z4) seitlich ein Keil (30) angebracht ist, der bei maximaler Offenstellung der Dros­ selklappe (DK) die Bremse (33), die am dritten Zahnrad (Z3) wirksam ist, löst.