DE4111078C2 - Drosselklappenregelvorrichtung zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine solche, aus der EP-A-02 69 118 bekannte Vorrichtung zum Regeln der Stellung einer Drosselklappe, die eine Rückführfeder aufweist, umfaßt einen Drosselklappenstellungssensor, der die tatsächliche Stellung der Drosselklappe angibt, eine Signalquelle, die ein Signal erzeugt, das eine erforderliche Stellung der Drosselklappe angibt, einen Stellmotor, der die Drosselklappe in die erforderliche Stelle bewegt und eine Regeleinheit, die in Abhängigkeit von der festgestellten Ab­ weichung die Drosselklappe mittels des Stellmotors in die erforderliche Drosselklappenstellung unter Verwendung eines integralen Korrekturterms regelt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drosselklappenregelvorrichtung zu schaffen, die auch bei Ausfall einer Rückführfeder die Regelung sicher ausführt und den Ausfall der Rückführfeder auf einfache Weise erkennt und anzeigt.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß wird in der Regeleinrichtung ein erstes Signal erzeugt, wenn der Absolutwert der Abweichung kleiner als ein vorbestimmter erster Wert ist, dann wird mittels einer weiteren Einrichtung ein Zeitintervall gemessen, bei dem die erfaßte Abweichung geringer als der vorbestimmte erste Wert ist. Wenn das gemessene Zeitintervall ein vorbestimmtes Zeitintervall, innerhalb dessen die festgestellte Stellung der Drosselklappe zur erforderlichen Stellung konvergiert ist, überschreitet, wird ein zweites Signal erzeugt. Bei ermitteltem zweitem Signal wird der integrale Korrekturterm mit einem vorbestimmten zweiten Wert des integralen Korrekturterms verglichen. Bei fehlerfrei wirkender Rückführfeder ist der integrale Korrekturterm wesentlich größer als der vorbestimmte zweite Wert. Wenn das zweite Signal erfaßt wurde und wenn der integrale Korrekturterm kleiner als der vorbestimmte zweite Wert ist, wird ein Fehlersignal erzeugt, das einen Fehler der Rückführfeder anzeigt. Damit wird, ohne daß die Arbeitsweise der Drosselklappeneinstellung beeinträchtigt wird, der Ausfall der Rückführfeder registriert und angezeigt.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher beschrieben.

Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm eines Ausführungs­ beispieles einer Drosselklappenregelvorrichtung in einer Vorstufe zur vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 ist ein Flußdiagramm für die Programmierung des in dem Regelschaltkreis der Fig. 1 verwendeten digitalen Computers.

Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm eines Ausführungs­ beispieles einer Drosselklappenregelvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 4 ist ein Flußdiagramm einer modifizierten Form der Programmierung des in dem Regelschaltkreis der Fig. 1 verwendeten digitalen Computers.

Die Fig. 5A und 5B zeigen Kurven, die zur Erklärung des Betriebs der Drosselklappenregelvorrichtung verwendet werden, wenn die Rückführfeder normal arbeitet.

Die Fig. 6A und 6B zeigen Kurven, die zur Erklärung des Betriebs der Drosselklappenregelvorrichtung verwendet werden, wenn die Rückführfeder ausfällt.

Fig. 7 ist ein schematisches Diagramm eines Ausführungs­ beispieles einer Drosselklappenregelvorrichtung abweichend von der vorliegenden Erfindung.

Fig. 8 ist ein Flußdiagramm einer modifizierten Form der Programmierung des in dem Regelschaltkreis der Fig. 7 verwendeten digitalen Computers.

In den Zeichnungen und insbesondere in Fig. 1 wird ein schematisches Diagramm einer Drosselklappenregelvorrichtung gezeigt. In dem dargestellten Fall wird die Drosselklappenregelvorrichtung mit einem Tandemdrosselklappenmechanismus verwendet, der Haupt- und Hilfs-Schmetterlingsdrosselklappen 20 und 30 in Reihe in einem Lufteinlaß 10 angeordnet besitzt. Die Hauptdrosselklappe 20 ist zur Drehung um einen Drosselklappenschaft 22 in dem Lufteinlaß 10 montiert, um den Luftfluß zum Motor (nicht gezeigt) und somit die Drehzahl des Motors einzustellen. Die Hauptdrosselklappe 20 wird durch eine Rückführfeder 24 in eine Verschlußrichtung gezwungen. Die Hauptdrosselklappe 20 ist über einen Gaszug 14 mit einem Gaspedal 12 verbunden, das von dem Fahrer betätigt wird. Der Grad, um den das Gaspedal 12 niedergedrückt wird, regelt über den Gaszug 14 die Drehung der Hauptdrosselklappe 20. Je weiter das Gaspedal 12 niedergedrückt wird, desto größer ist die zum Motor zugelassene Luftmenge.

Die Hilfsdrosselklappe 30 ist zur Drehung um einen Drosselklappenschaft 32 in dem Lufteinlaß 10 zur Regelung der Luftzufuhr montiert. Die Hilfsdrosselklappe 30 wird durch eine Rückführfeder 34 in eine Öffnungsrichtung gezwungen. Die Hilfsdrosselklappe 30 ist mit einem Stellglied 36 verbunden, das einen Servomotor zum Drehen des Drosselklappenschaftes 32 umfassen kann, um die Hilfsdrosselklappe 30 zwischen ihrer vollständig geöffneten Stellung und ihrer vollständig geschlossenen Stellung zu bewegen. Der Grad der Drehung der Hilfsdrosselklappe 30, der durch die Größe eines an das Stellglied 36 angelegten Regelsignals bestimmt wird, wird durch von einer Regeleinheit 40 durchgeführte Berechnungen bestimmt. Zu diesem Zweck besitzt die Regeleinheit 40 einen Eingang von einem Drosselklappenstellungssensor 38. Der Drosselklappenstellungssensor 38 ist über eine mechanische Verbindung mit der Hilfsdrosselklappe 30 verbunden, um den Öffnungsgrad der Hilfsdrosselklappe 30 festzustellen. Der Drosselklappenstellungssensor 38 kann ein mit einem Spannungsteilerschaltkreis elektrisch verbundenes Potentiometer sein, um ein Signal für die festgestellte Drosselklappenstellung in der Form einer Gleichspannung, die proportional der festgestellten Hilfsdrosselklappenstellung ist, zur Verfügung zu stellen. In dem dargestellten Fall hat die Gleichspannung einen größeren Wert, wenn der Öffnungsgrad der Hilfsdrosselklappe 30 größer ist.

Der Regelschaltkreis 40 besitzt einen Eingangsschaltkreis 42, der das festgestellte Drosselklappenstellungssignal von dem Drosselklappenstellungssensor 38 erhält und Rauschen entfernt, das dem festgestellten Drosselklappenstellungssignal überlagert sein kann. Das festgestellte Drosselklappenstellungssignal wird dann von dem Eingangsschaltkreis 42 einem Analog/Digital-(A/D-)Wandler 44 zugeführt, der es in eine digitale Form zur Verarbeitung im Regelschaltkreis 46 umwandelt. Der Regelschaltkreis 46 empfängt auch ein erforderliches Drosselklappenstellungssignal, das eine von der Antriebsregeleinheit angeforderte Stellung der Hilfsdrosselklappe angibt. Der Regelschaltkreis 46 vergleicht die festgestellte und die erforderliche Drosselklappenstellung, um ein Regelkreis-Drosselklappenregelsignal zur Verfügung zu stellen, das integrale, proportionale und differentielle Korrekturterme enthält, die in Abhängigkeit von der festgestellten Abweichung der festgestellten Drosselklappenstellung von der erforderlichen Drosselklappenstellung erzeugt werden. Das Regelkreis-Drosselklappenregelsignal wird an einen Treiberschaltkreis 48 angelegt, der es in ein entsprechendes Regelsignal umwandelt, das das Stellglied 36 veranlaßt, eine erforderliche Änderung in der Stellung der Hilfsdrosselklappe 30 in einer Richtung durchzuführen, die die festgestellte Abweichung ausgleicht. Der Regelschaltkreis 46 besitzt auch eine Funktion zum Überprüfen eines Ausfalls der Rückführfeder 34 vor dem Beginn der Regelkreis- Drosselklappenstellungsregelung.

Die Antriebseinheit 50 stellt wiederholt eine erforderliche Drosselklappenstellung, basierend auf dem Schlupffaktor der Fahrzeugantriebsräder und dergleichen, ein. Das Bezugszeichen 16 bezeichnet einen Zündschalter, der ein herkömmlicher Kraftfahrzeugzündschalter mit "AN"-, "START"- und "ANLASS"-Stellungen ist. Der Schlüsselzylinder wird normalerweise von einer Feder vorgespannt, um automatisch beim Loslassen des Zündschlüssels nach Anlassen des Motors von der "START"-Stellung in die "AN"-Stellung zurückzukehren. Die Regeleinheit 40 wird mit der Fahrzeugbatterie verbunden, wenn der Zündschlüssel in der "AN"-Stellung ist.

Der Regelschaltkreis 46 kann einen digitalen Computer verwenden, der einen Analog/Digital-Wandler, eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen Nurlesespeicher (ROM), einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), einen nichtflüchtigen Speicher, einen Taktgeber und einen Digital/ Analog-Wandler umfassen kann. Der Nurlesespeicher enthält das Programm zum Betreiben der zentralen Verarbeitungseinheit.

Fig. 2 zeigt ein Flußdiagramm des Programms des digitalen Computers, wie es verwendet wird, um die Rückführfeder 34 vor der Regelkreis-Drosselklappenregelung zu überprüfen.

Das Computerprogramm beginnt bei Punkt 102, wenn der Zündschalter 16 in die "AN"-Stellung geschaltet wird, um die Rückführfeder 34 vor der Regelkreis-Drosselklappenregelung zu überprüfen. Bei Punkt 104 im Programm wird der Speicher mit wahlfreiem Zugriff initialisiert. Also empfängt das Stellglied 36 kein Regelsignal von der Regeleinheit 40 und dreht die Hilfsdrosselklappe 30 nicht. Wenn die Rückführfeder 34 in Ordnung ist, ist die Hilfsdrosselklappe 30 in ihrer vollständig geöffneten Stellung.

Bei Punkt 106 im Programm wird die festgestellte Hilfsdrosselklappenstellung TVO in den Computerspeicher gelesen. Bei Punkt 108 im Programm wird bestimmt, ob die festgestellte Drosselklappenstellung TVO kleiner ist als TVOMAX minus SA, wobei TVOMAX ein vorgegebener Wert ist, der der vollständig geöffneten Stellung der Hilfsdrosselklappe 30 entspricht, also der festgestellten Drosselklappenstellung, die man erhalten muß, wenn die Drosselklappe 30 vollständig geöffnet ist, und SA ein vorgegebener Wert ist, der einen akzeptablen Bereich bestimmt. Der akzeptable Bereich kann unter Berücksichtigung von Fehlern bestimmt werden, wobei diese Fehler Herstellungs- und Installationsfehler umfassen, die einen Einfluß auf die Detektion der Hilfsdrosselklappenstellung haben.

Wenn die Antwort auf diese Frage "nein" ist, dann bedeutet dies, das die Rückführfeder 34 arbeitet, um die Hilfsdrosselklappe 30 in ihrer vollständig geöffneten Stellung zu halten, und das Programm geht zu Punkt 110. Bei Punkt 110 im Programm wird die festgestellte Drosselklappenstellung TVO im nichtflüchtigen Speicher gespeichert, um den vorgegebenen Wert TVOMAX zu erneuern. Das Programm geht dann zu Punkt 112, wo die zentrale Verarbeitungseinheit eine Regelkreis- Drosselklappenregelung durchführt. Zu diesem Zweck liest die zentrale Verarbeitungseinheit die erforderliche Hilfsdrosselklappenstellung ein und vergleicht den festgestellten Hilfsdrosselklappenstellungswert mit dem erforderlichen Wert, um ein Regelkreis-Drosselklappenregelsignal für den Treiberschaltkreis 48 zur Verfügung zu stellen. Die Regelkreis- Drosselklappenregelung wird wiederholt, bis der Zündschalter ausgeschaltet wird. Danach geht das Programm zum Endpunkt 118.

Wenn die Frage auf die in Punkt 108 gestellte Frage "ja" ist, bedeutet dies, daß die Rückführfeder 34 ausgefallen ist, und das Programm geht zu Punkt 114, wo ein Fehlersignal erzeugt wird, um eine geeignete, ausfallsichere Operation durchzuführen. Zum Beispiel umfaßt die ausfallsichere Operation das Erzeugen eines Befehls an den Treiberschaltkreis 48, das Stellglied 36 zu veranlassen, die Hilfsdrosselklappe 30 in ihre vollständig geöffnete Stellung zu bewegen und einen hörbaren oder sichtbaren Alarm zu erzeugen, um anzuzeigen, das die Rückführfeder ausgefallen ist. Das Programm geht dann zu Punkt 116, wo die zentrale Verarbeitungseinheit einen Befehl zum Sperren der Antriebsregelung erzeugt. Danach geht das Programm zum Endpunkt 118.

Obgleich die Drosselklappenregelvorrichtung in Verbindung mit einer Rückführfeder beschrieben wurde, die verwendet wird, um eine Drosselklappe in eine Öffnungsrichtung zu bewegen, ist doch klar, daß sie auch verwendet werden kann, um den Ausfall einer Rückführfeder zu überprüfen, die verwendet wird, um eine Drosselklappe in eine Verschlußrichtung zu bewegen. In diesem Fall wird die festgestellte Drosselklappenstellung mit TVOMIN plus SA verglichen, wobei TVOMIN ein vorgegebener Wert ist, der der vollständig geschlossenen Stellung der Drosselklappe entspricht. Der Regelschaltkreis erzeugt ein Fehlersignal, das einen Ausfall der Rückführfeder anzeigt, wenn die festgestellte Drosselklappenstellung größer als TVOMIN plus SA ist.

Obgleich die Drosselklappenregelvorrichtung in Verbindung mit einem Tandemdrosselklappenmechanismus beschrieben ist, ist klar, daß sie auch auf einen einzelnen Drosselklappenmechanismus anwendbar ist, bei dem nur eine einzelne Drosselklappe in der Luftzuführung vorgesehen ist. In diesem Fall wird eine Rückführfeder verwendet, um die Drosselklappe in eine Verschlußrichtung zu bewegen. Auch wenn die Drosselklappenregelvorrichtung in Verbindung mit einem Regelkreis- Drosselklappenregelsystem beschrieben wurde, ist klar, daß es auch mit einem offenen Drosselklappenregelsystem verwendet werden kann. In diesem Fall umfaßt das Stellglied 36 einen Pulsmotor zum Regeln der Drosselklappenstellung.

In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Drosselklappen­ regelvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Gleiche Bezugszeichen wurden in Fig. 3 für gleiche Komponenten wie in Fig. 1 verwendet. Der Regelschaltkreis 46A erzeugt eine Regelkreis-Drosselklappenstellungsregelung, indem er einen integralen Korrekturterm in Abhängigkeit von einer festgestellten Abweichung der festgestellten Drosselklappenstellung TVO von der erforderlichen Drosselklappenstellung TVOR verwendet, um die Hilfsdrosselklappe 30 in die erforderliche Stellung zu bringen. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein Ausfall der Rückführfeder 34 während des Regelkreises überprüft. Der Regelschaltkreis 46A vergleicht den integralen Korrekturterm mit einem vorgegebenen Wert, um ein Fehlersignal zu erzeugen, das einen Ausfall der Rückführfeder anzeigt, nachdem die festgestellte Drosselklappenstellung mit der erforderlichen Drosselklappenstellung übereinstimmt.

Fig. 4 zeigt ein Flußdiagramm einer modifizierten Programmierung des digitalen Computers, der im Regelschaltkreis 47 verwendet wird.

Das Computerprogramm wird bei Punkt 202 in gleichmäßigen Zeitintervallen oder synchron mit der Motordrehung gestartet. Bei Punkt 204 im Programm wird die erforderliche Drosselklappenstellung TVOR in den Computerspeicher eingelesen. Bei Punkt 206 im Programm wird die festgestellte Drosselklappenstellung TVO in den Computerspeicher eingelesen.

Bei Punkt 208 im Programm wird eine Abweichung ET der festgestellten Drosselklappenstellung TVO von der erforderlichen Drosselklappenstellung TVOR berechnet. Bei Punkt 210 im Programm wird eine neue Gesamtsumme ER berechnet, indem die berechnete Abweichung ET zur letzten Summe ER der bei Punkt 208 in vorhergehenden Ausführungszyklen des Programms berechneten Abweichung ET addiert wird. Die neue Gesamtsumme ER wird gespeichert, um die letzte Gesamtsumme zu ersetzen. Bei Punkt 212 im Programm berechnet die zentrale Verarbeitungseinheit eine Differenz ΔTVO der letzten Drosselklappenstellung TA von der neuen Drosselklappenstellung TVO, die bei Punkt 206 eingelesen wurde, und speichert die neue Drosselklappenstellung TVO, um die letzte Drosselklappenstellung TA zu ersetzen.

Bei Punkt 214 im Programm berechnet die zentrale Verarbeitungseinheit einen proportionalen Korrekturterm PS durch Multiplikation der berechneten Abweichung ET mit einer vorgegebenen Konstanten KP, einen integralen Korrekturterm IS durch Multiplikation der berechneten Gesamtsumme ER mit einer vorgegebenen Konstanten KI und einen differentiellen Korrekturterm DS durch Multiplikation der berechneten Differenz ΔTVO mit einer vorgegebenen Konstanten KD. Bei Punkt 216 im Programm berechnet die zentrale Verarbeitungseinheit einen erforderlichen Wert MOT für die Stellungsänderung der Hilfsdrosselklappe 30 durch Aufsummieren der proportionalen, integralen und differentiellen Terme PS, IS und DS.

Bei Punkt 218 im Programm wird bestimmt, ob der Absolutwert der berechneten Abweichung ET kleiner ist als ein Referenzwert S1. Falls die Antwort auf diese Frage "nein" ist, bedeutet das, daß die Abweichung ET außerhalb eines durch den Referenzwert S1 definierten, akzeptablen Bereichs liegt, und das Programm geht zu Punkt 220, wo der Inhalt TM eines Zählers gelöscht wird, und geht dann zu Punkt 222, wo der erforderliche Wert MOT zum Treiberschaltkreis 48 übertragen wird. Der Treiberschaltkreis 48 wandelt den übertragenen Wert MOT in einen entsprechenden Stromwert um, um den Servomotor 36 zu betreiben. Danach geht das Programm zum Endpunkt 234.

Wenn die Antwort auf die bei Punkt 218 gestellte Frage "ja" ist, bedeutet das, daß die Abweichung ET innerhalb eines durch den Referenzwert S1 definierten, akzeptablen Bereichs liegt, und das Programm geht zu Punkt 224, wo der Inhalt TM des Zählers inkrementiert wird. Das Programm geht dann zu einem Feststellungsschritt bei Punkt 226. Dort wird festgestellt, ob der Inhalt TM des Zählers größer als ein vorgegebener Wert TA ist. Wenn die Antwort auf diese Frage "nein" ist, geht das Programm zu Punkt 222. Andernfalls bedeutet dies, daß ein vorgegebenes Zeitintervall nach Erreichen des Referenzwertes S1 durch den Absolutwert der Abweichung ET vergangen ist, und das Programm geht zu einem weiteren Feststellungsschritt bei Punkt 228. Dort wird festgestellt, ob der integrale Korrekturterm IS kleiner ist als ein Referenzwert S2. Das Stellglied 36 wird veranlaßt, eine Kraft zu erzeugen, um die Hilfsdrosselklappe 30 in der erforderlichen Stellung gegen die Federkraft der Rückführfeder 34 zu halten. Diese Kraft entspricht dem integralen Korrekturterm IS. Also ist der integrale Korrekturterm IS nicht Null, wenn die Rückführfeder 34 in Ordnung ist. Im Falle eines Ausfalls der Rückführfeder 34 wird der integrale Korrekturterm IS auf Null reduziert, wenn die Hilfsdrosselklappe 30 die erforderliche Stellung erreicht.

Wenn die Antwort auf diese Frage "nein" ist, dann bedeutet dies, daß die Rückführfeder 34 richtig arbeitet und das Programm geht zu Punkt 222. Andernfalls bedeutet dies, daß die Rückführfeder 34 ausgefallen ist, und das Programm geht zu Punkt 230, wo ein Fehlersignal erzeugt wird, um eine geeignete, ausfallsichere Operation durchzuführen. Zum Beispiel umfaßt die ausfallsichere Operation das Erzeugen eines Befehls an den Treiberschaltkreis 48, das Stellglied 36 zu veranlassen, die Hilfsdrosselklappe 30 in ihre vollständig geöffnete Stellung zu bewegen und einen hörbaren oder sichtbaren Alarm zu erzeugen, um anzuzeigen, daß die Rückführfeder ausgefallen ist. Das Programm geht dann zu Punkt 232, wo die zentrale Verarbeitungseinheit einen Befehl zum Sperren der Antriebsregelung erzeugt. Danach geht das Programm zum Endpunkt 234.

Der Betrieb der erfindungsgemäßen Drosselklappenregelvorrichtung wird weiter unter Bezugnahme auf die Fig. 5A, 5B, 6A und 6B beschrieben.

Zunächst wird angenommen, daß die Rückführfeder 34 richtig arbeitet. Die Drosselklappenregelvorrichtung bildet eine Regelkreis-Drosselklappenregelung, um die festgestellte Drosselklappenstellung TVO in Abhängigkeit von einer stufenförmigen Veränderung der erforderlichen Drosselklappenstellung TVOR von einem Wert TVOR1, der die vollständig geöffnete Stellung der Hilfsdrosselklappe 30 darstellt, auf einen Wert TVOR2 zu ändern, wie in Fig. 5A gezeigt. Die Abweichung ET zwischen der festgestellten und der erforderlichen Drossel­ klappenstellung TVO und TVOR nimmt im Zeitverlauf ab. Wenn die festgestellte Drosselklappenstellung TVO in einen vorgegebenen Bereich um die erforderliche Drosselklappenstellung TVOR kommt, beginnt der Zähler Taktpulse zu zählen.

Während der Regelkreis-Drosselklappenregelung nimmt der integrale Korrekturterm IS zu, bis die festgestellte Drossel­ klappenstellung TVO die erforderliche Drosselklappenstellung TVOR erreicht, wie in Fig. 5B gezeigt ist. Nach Erreichen der erforderlichen Drosselklappenstellung TVOR durch die festgestellte Drosselklappenstellung TVO, wird der integrale Korrekturterm IS auf einem konstanten Wert, der viel größer ist als der Referenzwert S2, gehalten, um die durch die Federkraft der Rückführfeder 34 erzeugte Kraft durch das Stellglied 36 auszugleichen, da die Federkraft der Rückführfeder 34 zunimmt, wenn sich die Hilfsdrosselklappe in die Verschlußrichtung bewegt. Also wird der Referenzwert S2 vorzugsweise als eine Funktion der erforderlichen Drosselklappenstellung TVOR ausgewählt. In diesem Fall kann der Regelschaltkreis 46A eine Nachschlagetabelle umfassen, die adressierbare Referenzwert-Speicherplätze besitzt, die jeweils als eine Funktion der erforderlichen Drosselklappenstellung TVOR adressierbar sind.

Im Falle eines Ausfalls der Rückführfeder 34 schießt die festgestellte Drosselklappenstellung TVO über die erforderliche Drosselklappenstellung TVOR hinaus und kommt dann wieder in Übereinstimmung mit der erforderlichen Drosselklappenstellung TVOR, wenn sich die erforderliche Drosselklappenstellung TVOR schrittweise von dem Wert TVOR1 auf den Wert TVOR2 ändert, wie in Fig. 6A gezeigt ist. Da die Rückführfeder 34 keine Federkraft erzeugt, die die Hilfsdrosselklappe 30 in die geöffnete Stellung bewegt, beginnt in diesem Fall der integrale Korrekturterm IS mit der Zeit abzunehmen, wenn die festgestellte Drosselklappenstellung TVO über die erforderliche Drosselklappenstellung hinausschießt, und wird unterhalb eines Referenzwerts S2 gehalten, wenn der Inhalt des Zählers den vorgegebenen Wert TA übersteigt, wie in Fig. 6B gezeigt.

Es ist daher möglich, einen Ausfall der Rückführfeder 34 durch Vergleich des integralen Korrekturterm IS mit dem Referenzwert S2 nach einem Zeitintervall, nachdem die festgestellte Drosselklappenstellung mit der erforderlichen Drosselklappenstellung in Übereinstimmung gekommen ist (außer für die vollständig geöffnete Stellung, wenn die Rückführfeder die Drosselklappe in eine Öffnungsrichtung bewegt, oder für die vollständig geschlossene Stellung, wenn die Rückführfeder die Drosselklappe in eine Verschlußrichtung bewegt), und nachdem der Inhalt des Zählers den vorgegebenen Wert TA überstiegen hat, festzustellen. Aus den Fig. 6A und 6B ist offensichtlich, daß die festgestellte Drosselklappenstellung TVO mit der erforderlichen Drosselklappenstellung TVOR konvergiert ist, wenn der Inhalt des Zählers den vorgegebenen Wert TA überstiegen hat. Also kann das Fehlersignal erzeugt werden, wenn der integrale Korrekturterm IS null ist, nachdem die festgestellte Drosselklappenstellung TVO gegen die erforderliche Drosselklappenstellung TVOR konvergiert ist.

Obgleich die Drosselklappenregelvorrichtung in Verbindung mit einer Regelkreis-Regelung beschrieben wurde, die integrale, proportionale und differentielle Korrekturterme verwendet, ist klar, daß sie auch auf einen Regelkreis anwendbar ist, der integrale und proportionale Korrekturterme verwendet.

Obgleich die Drosselklappenregelvorrichtung in Verbindung mit einem Tandemdrosselklappenmechanismus beschrieben wurde, ist klar, daß sie auch auf einen einzelnen Drosselklappenmechanismus anwendbar ist, bei dem nur eine einzelne Drosselklappe in der Luftzuführung angeordnet ist. In diesem Fall wird die Rückführfeder verwendet, um die Drosselklappe in eine Verschlußrichtung zu bewegen.

In Fig. 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Drossel­ klappenregelvorrichtung, das von der vorliegenden Erfindung abweicht, gezeigt. In dem dargestellten Fall wird die Drosselklappen­ regelvorrichtung mit einem Tandemdrosselklappenmechanismus mit Haupt- und Hilfs-Schmetterlingsdrosselklappen 70 und 80, die in Reihe in einem Lufteinlaß 60 angeordnet sind, verwendet. Die Hauptdrosselklappe 70 ist zur Drehung um einen Drosselklappenschaft 72 in dem Lufteinlaß 60 montiert, um den Luftfluß zum Motor (nicht gezeigt) einzustellen, um die Drehzahl des Motors einzustellen. Die Hauptdrosselklappe 70 wird durch eine Rückführfeder 74 in eine Verschlußrichtung gezwungen. Die Hauptdrosselklappe 70 ist über einen Gaszug 64 mit einem Gaspedal 62 verbunden, das von dem Fahrer betätigt wird. Der Grad, um den das Gaspedal 62 niedergedrückt wird, regelt über den Gaszug 74 die Drehung der Hauptdrosselklappe 70. Je weiter das Gaspedal 62 niedergedrückt wird, desto größer ist die zum Motor zugelassene Luftmenge.

Die Hilfsdrosselklappe 80 ist zur Drehung um einen Drossel­ klappenschaft 82 in dem Lufteinlaß 60 zur Regelung der Luftzufuhr montiert. Die Hilfsdrosselklappe 80 wird durch eine Rückführfeder 84 in eine Öffnungsrichtung gezwungen. Die Hilfsdrosselklappe 80 ist mit einem Stellglied 86 verbunden, das einen Servomotor zum Drehen des Drosselklappenschaftes 82 umfassen kann, um die Hilfsdrosselklappe 80 zwischen ihrer vollständig geöffneten Stellung und ihrer vollständig geschlossenen Stellung zu bewegen. Der Grad der Drehung der Hilfsdrosselklappe 80, der durch die Größe eines an das Stellglied 86 angelegten Regelsignals bestimmt wird, wird durch von einer Regeleinheit 90 durchgeführten Berechnungen bestimmt. Zu diesem Zweck besitzt die Regeleinheit 90 einen Eingang von einem Drosselklappenstellungssensor 88. Der Drosselklappenstellungssensor 88 ist über eine mechanische Verbindung mit der Hilfsdrosselklappe 80 verbunden, um den Öffnungsgrad der Hilfsdrosselklappe 80 festzustellen. Der Drosselklappenstellungssensor 88 kann ein mit einem Spannungsteilerschaltkreis elektrisch verbundenes Potentiometer sein, um ein Signal für die festgestellte Drosselklappenstellung in der Form einer Gleichspannung, die proportional der festgestellten Drosselklappenstellung ist, zur Verfügung zu stellen. In dem dargestellten Fall hat die Gleichspannung einen größeren Wert, wenn der Öffnungsgrad der Hilfsdrosselklappe 80 größer ist.

Der Regelschaltkreis 90 besitzt einen Eingangsschaltkreis 92, der das festgestellte Drosselklappenstellungssignal von dem Drosselklappenstellungssensor 88 erhält und Rauschen entfernt, das dem festgestellten Drosselklappenstellungssignal überlagert sein kann. Das festgestellte Drosselklappenstellungssignal wird dann von dem Eingangsschaltkreis 92 einem Regelschaltkreis 94 zugeführt. Der Regelschaltkreis 94 empfängt auch ein erforderliches Drosselklappenstellungssignal, das eine von einer Antriebsregeleinheit (nicht gezeigt) angeforderte Stellung der Hilfsdrosselklappe angibt. Der Einrastregelschaltkreis, der im wesentlichen der gleiche wie der in Verbindung mit Fig. 1 beschriebene ist, stellt wiederholt eine erforderliche Drosselklappenstellung, basierend auf dem Schlupffaktor der Fahrzeugantriebsräder und dergleichen, zur Einrastregelung ein. Der Regelschaltkreis 94 vergleicht die festgestellte und die erforderliche Drosselklappenstellung, um ein Regelkreis-Drosselklappenregelsignal zur Verfügung zu stellen, das integrale, proportionale und differentielle Korrekturterme enthält, die in Abhängigkeit von der festgestellten Abweichung der festgestellten Drosselklappenstellung von der erforderlichen Drosselklappenstellung erzeugt werden. Das Regelkreis- Drosselklappenregelsignal wird an einen Treiberschaltkreis 96 angelegt, der es in ein entsprechendes Regelsignal umwandelt, das das Stellglied 86 veranlaßt, eine erforderliche Änderung in der Stellung der Hilfsdrosselklappe 80 in einer Richtung durchzuführen, die die festgestellte Abweichung ausgleicht. Der Treiberschaltkreis arbeitet mit einer von einer Spannungsquelle 100 über einen durch ein Relais kontrollierten Schalter 98 bereitgestellten Spannung. Der Regelschaltkreis 94 besitzt auch eine Funktion zum Überprüfen eines Ausfalls der Rückführfeder 84 und zum Durchführen einer ausfallsicheren Operation im Falle eines Ausfalls der Rückführfeder 84. Die ausfallsichere Operation umfaßt das Erzeugen eines ausfallsicheren Signals, um den durch ein Relais kontrollierten Schalter 98 zu öffnen, um den Treiberschaltkreis 96 von der Batterie 100 zu trennen.

Der Regelschaltkreis 94 kann einen digitalen Computer verwenden, der einen Analog/Digital-Wandler, eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen Nurlesespeicher (ROM), einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), einen nichtflüchtigen Speicher, einen Taktgeber und einen Digital/ Analog-Wandler umfassen kann. Der Nurlesespeicher enthält das Programm zum Betreiben der zentralen Verarbeitungseinheit.

Fig. 8 zeigt ein Flußdiagramm des Programms des digitalen Computers, wie es im Regelschaltkreis 94 verwendet wird.

Das Computerprogramm wird bei Punkt 302 gestartet. Bei Punkt 304 im Programm wird festgestellt, ob ein Ausfall des Stellglieds 86 des Drosselklappenstellungssensors 88 und des Treiberschaltkreises 96 aufgetreten ist. Diese Bestimmmung wird durch Überwachen der Ausgangsspannungen des Stellglieds 86, des Drosselklappenstellungssensors 88 und des Treiberschaltkreises 96 durchgeführt. Wenn die Antwort auf diese Frage "ja" ist, geht das Programm zu Punkt 306, wo ein ausfallsicheres Signal erzeugt wird, um den durch ein Relais kontrollierten Schalter 98 zu öffnen, um den Treiberschaltkreis 96 von der Batterie 100 zu trennen. Das erlaubt der Rückführfeder 84, die Hilfsdrosselklappe 80 in ihre vollständig geöffnete Stellung (ausfallsichere Stellung) zu bewegen und sie in dieser Stellung zu halten. Danach geht das Programm zum Startpunkt 302.

Wenn die Antwort auf die bei Punkt 304 gestellte Frage "nein" ist, geht das Programm zu einem anderen Feststellungsschritt bei Punkt 308. Dort wird festgestellt, ob die Rückführfeder 84 ausgefallen ist. Diese Feststellung wird in der Weise durchgeführt, wie sie in Verbindung mit dem Flußdiagramm von Fig. 2 beschrieben wurde. Wenn die Antwort auf diese Frage "ja" ist, geht das Programm zu Punkt 318. Andernfalls geht das Programm zu Punkt 310.

Bei Punkt 310 im Programm wird die erforderliche Drosselklappenstellung TVOR in den Computerspeicher eingelesen. Bei Punkt 312 im Programm wird das Hilfsdrosselklappenstellungssignal durch den A/D-Wandler in eine digitale Form umgewandelt, und das festgestellte Drosselklappenstellungssignal TVO wird in den Computerspeicher eingelesen. Bei Punkt 314 im Programm führt die zentrale Verarbeitungseinheit eine Regelkreis-Drosselklappenregelung durch. Zu diesem Zweck vergleicht die zentrale Verarbeitungseinheit die festgestellte mit der erforderlichen Drosselklappenstellung, TVO mit TVOR, um ein Regelkreis-Drosselklappenregelsignal zur Verfügung zu stellen. Bei Punkt 316 im Programm wird das Regelkreis- Drosselklappenregelsignal zum Treiberschaltkreis 96 ausgegeben, der dadurch die Hilfsdrosselklappe 80 in einer Richtung dreht, die die Abweichung der festgestellten Drosselklappenstellung TVO von der erforderlichen Drosselklappenstellung TVOR ausgleicht. Danach geht das Programm zum Startpunkt 302.

Bei Punkt 318 im Programm wird festgestellt, ob sich die Hilfsdrosselklappe 80 in ihrer vollständig geöffneten Stellung befindet. Wenn die Antwort auf diese Frage "nein" ist, geht das Programm zu Punkt 320, wo ein Befehl für den Treiberschaltkreis 96 erzeugt wird, der das Stellglied 86 veranlaßt, die Hilfsdrosselklappe 80 in die Öffnungsrichtung zu bewegen. Danach geht das Programm zum Startpunkt 302. Wenn die Antwort auf die bei Punkt 318 gestellte Frage "ja" ist, dann geht das Programm zu Punkt 322, wo ein Befehl für den Treiberschaltkreis 96 erzeugt wird, der das Stellglied 86 veranlaßt, die Hilfsdrosselklappe 80 anzuhalten. Also wird die Hilfsdrosselklappe 80 in ihrer vollständig geöffneten Stellung (ausfallsicheren Stellung) gehalten, wenn die Rückführfeder 84 ausgefallen ist. Danach geht das Programm zum Startpunkt 302.

Obgleich die Drosselklappenregelvorrichtung in Verbindung mit einer Rückführfeder zum Zwingen einer Drosselklappe in eine Öffnungsrichtung beschrieben wurde, ist klar, daß sie auch mit einer Rückführfeder zum Zwingen einer Drosselklappe in eine Verschlußrichtung verwendet werden kann. In diesem Fall ist der Regelschaltkreis 94 so angeordnet, daß er die Drosselklappe in eine Verschlußrichtung bewegt, wenn die Rückführfeder ausfällt, und das Stellglied anhält, um die Drosselklappe in ihrer vollständig geschlossenen Stellung zu halten, wenn die Drosselklappe die vollständig geschlossene Stellung erreicht hat.

Obgleich die Drosselklappenregelvorrichtung in Verbindung mit einem Tandemdrosselklappenmechanismus beschrieben wurde, ist klar, daß sie auch auf einen einzelnen Drosselklappenmechanismus anwendbar ist, bei dem nur eine einzelne Drosselklappe in der Luftzuführung angeordnet ist. In diesem Fall wird die Rückführfeder verwendet, um die Drosselklappe in eine Verschlußrichtung zu bewegen.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Verwendung in einer Brennkraftmaschine mit einer Drosselklappe (30), die zwischen einer vollständig geöffneten Stellung und einer vollständig geschlossenen Stellung in einer Einlaßöffnung (10) zum Regeln des Luftflusses zum Motor beweglich ist, und einer Rückführfeder (34) zum Bewegen der Klappe in einer Richtung, mit
einem Drosselklappenstellungssensor (38), der die Stellung der Drosselklappe feststellt, zum Erzeugen eines elektrischen Signals, das die festgestellte Stellung (TVO) der Drosselklappe (30) anzeigt;
einer Signalquelle (50) zum Erzeugen eines elektrischen Signals (TVOR), das eine erforderliche Stellung der Drosselklappe (30) angibt;
einem Drosselklappenstellglied (36), das im Ansprechen auf ein Regelsignal betätigbar ist, um die Drosselklappe (30) in die erforderliche Stellung (TVOR) zu bewegen; und
einer Regeleinheit (40), die mit dem Drosselklappenstellungssensor (38), der Signalquelle (50) und dem Drosselklappenstellglied (36) verbunden ist zum Bilden einer Regelkreis-Drosselklappenstellungsregelung, die einen integralen Korrekturterm (IS) in Abhängigkeit von einer festgestellten Abweichung (ET) der festgestellten Drosselklappenstellung (TVO) von der erforderlichen Drossel­ klappenstellung (TVOR) verwendet, um das Regelsignal zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinheit (40) aufweist:
eine Einrichtung (218) zum Erzeugen eines ersten Signals, wenn der erfaßte Absolutwert der Abweichung (ET) kleiner als ein vorbestimmter erster Wert (S1) ist,
eine Einrichtung (224, 226), die auf das erste Signal anspricht zum Messen eines Zeitinervalls, bei dem der Absolutwert der erfaßten Abweichung (ET) niedriger als der vorbestimmte erste Wert (S1) ist,
eine Einrichtung zum Erzeugen eines zweiten Signals, wenn das gemessene Zeitintervall ein vorbestimmtes Zeitintervall (TA), innerhalb dessen die festgestellte Stellung (TVO) zur erforderlichen Stellung (TVOR) konvergiert ist, überschreitet, und
eine Einrichtung (228), die den integralen Korrekturterm (IS), der bei fehlerfrei wirkender Rückführfeder (34) wesentlich größer als ein vorbestimmter zweiter Wert (S2) des integralen Korrekturterms ist, überwacht und bei erfaßtem zweiten Signal und wenn der integrale Korrekturterm kleiner als der vorbestimmte zweite Wert (S2) ist, ein Fehlersignal erzeugt, das einen Fehler der Rückstellfeder anzeigt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführfeder (38) die Drosselklappe (30) in die ge­ öffnete Stellung beaufschlagt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführfeder (38) die Drosselklappe (30) in die ge­ schlossene Stellung beaufschlagt.