DE4126368A1 - Lastverstelleinrichtung zur steuerung der leistung einer brennkraftmaschine unter verwendung zweier drosselklappen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lastverstelleinrichtung zur Steue­ rung der Leistung einer Brennkraftmaschine unter Verwendung zweier Drosselklappen, mit einem ersten Steuerelement, das mittels eines Fahrpedals bewegbar ist, wobei eine erste Drossel­ klappe mittels des ersten Steuerelementes beaufschlagbar ist und eine erste Feder das erste Steuerelement in Leerlaufrichtung vorspannt und ein Leerlaufanschlag für das erste Steuerelement vorgesehen ist, sowie eine zweite Drosselklappe über ein zweites Steuerelement beaufschlagbar ist, und eine zweite Feder das zweite Steuerelement in Leerlaufrichtung vorspannt und das erste Steuerelement einen Anschlag für das zweite Steuerelement aufweist.

Bei einer großen Anzahl von Fahrzeugen werden zur Steuerung der Motorfüllung zweiflutige Drosselklappenstutzen verwendet. Die beiden Drosselklappen sind dabei in der Regel unterschiedlich groß, um einen festgelegten Progressionsverlauf des Luftmassen­ durchsatzes - bezogen auf den Betätigungswinkel - zu erreichen. Betätigt bei einem derartigen Drosselklappenstutzen der Fahrer das Fahrpedal, wird zunächst die fest mit dem Pedal gekoppelte kleinere Drosselklappe geöffnet. Die größere Klappe ist mit der kleineren über einen Übersetzungsmechanismus verbunden, der bewirkt, daß diese ab einer bestimmten Fahrpedalstellung mitgeöffnet wird. Der Übersetzungsmechanismus ist dabei so ausgelegt, daß in der Endposition des Fahrpedales, das heißt bei Vollast, beide Drosselklappen ganz geöffnet sind.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lastverstell­ einrichtung der genannten Art so weiter zu bilden, daß mit dieser sowohl eine fahrpedalseitige Ansteuerung der beiden Drosselklappen im gesamten Betriebsbereich, als auch in der Leerlaufstellung des Fahrpedals eine elektromotorische An­ steuerung einer Drosselklappe im Leerlaufbereich möglich ist.

Gelöst wird die Aufgabe bei einer Lastverstelleinrichtung der genannten Art dadurch, daß das zweite Steuerelement zusätzlich mittels eines elektrischen Stellantriebes bewegbar ist, der in Aufregelrichtung der zweiten Drosselklappe in Wirkverbindung mit dem zweiten Steuerelement bringbar ist, wobei dem ersten Steuerelement ein erstes Istwerterfassungselement zugeordnet ist, und der elektrische Stellantrieb bei Anlage des ersten Steuerelements am Leerlaufanschlag von einer elektronischen Regeleinrichtung angesteuert wird.

Bei der erfindungsgemäßen Lastverstelleinrichtung wird der Fahrerwunsch "Leerlauf" aus der Rückmeldeeinheit in Form des dem ersten Steuerelement zugeordneten ersten Istwerterfassungs­ elementes abgeleitet. Über den elektrischen Stellantrieb ist dann eine Leerlaufverstellung der zweiten Drosselklappe über den Bereich von LL_min bis LL_max möglich. Beim Betätigen des Fahrpedals öffnet der Fahrer über das erste Steuerelement die erste Drosselklappe, bis das zweite Steuerelement in Anlage mit dem Anschlag des ersten Steuerelementes gelangt und ab dann wird auch die zweite Drosselklappe aus der aktuell anstehenden Leerlaufposition weiter geöffnet. Es entsteht unabhängig von der momentanen Position der zweiten Drosselklappe kein Leerweg am Fahrpedal, ebenso ist der Kraftverlauf am Fahrpedal identisch mit dem Verlauf bei einem herkömmlichen, zweiflutigen Drossel­ klappenstutzen.

Vorteilhaft ist ein mittels des elektrischen Stellantriebes ansteuerbares, drittes Steuerelement vorgesehen, das in Aufre­ gelrichtung der zweiten Drosselklappe in Wirkverbindung mit dem zweiten Steuerelement bringbar ist, wobei der Aufregelstellweg des zweiten Steuerelementes durch einen Anschlag in der Stellung LL_max begrenzt ist. Bei einer Bewegung der zweiten Drosselklappe mittels des Fahrpedales über die Stellung LL_max hinaus hebt das zweite Steuerelement von dem am LL_max-Anschlag anliegenden dritten Steuerelement ab.

Bei einer elektromotorischen Verstellung der zweiten Drossel­ klappe ergibt sich in Abhängigkeit von der Position des elek­ trischen Stellantriebes und damit von der zweiten Drosselklappe eine gewollte Veränderung im Progressionsverlauf. Bei kalter Brennkraftmaschine ist der Luftbedarf im Leerlauf aufgrund höherer Reibung groß, so daß die zweite Drosselklappe über die elektronische Regeleinrichtung relativ weit geöffnet wird. Hierdurch wird beim Betätigen des Fahrpedals ein größerer Weg bis zur Mitnahme der zweiten Drosselklappe und damit eine flache Progression erreicht, welche die Dosierbarkeit der Motorleistung in diesem Bereich begünstigt. Bei betriebswarmem Motor wird die zweite Drosselklappe von der elektronischen Regeleinrichtung näher zur LL_min-Position eingestellt, das heißt der Progressions­ verlauf wird steiler.

Im Abregelweg des dritten Steuerelementes sollte ein Notlauf­ stellglied angeordnet sein, das eine in Aufregelrichtung wirkende Feder, einen von dieser beaufschlagten, beim Abregeln des dritten Steuerelementes in einer Stellung LL_Not in Anlage mit diesem Steuerelement gelangenden Stößel, sowie eine die Aufre­ gelbewegung des Stößels über die LL_Not-Stellung hinaus begrenzen­ den Anschlag aufweist. Durch den Einsatz des Notlaufstellgliedes wird sichergestellt, daß sich beim Ausfall des elektrischen Stellantriebes für den Leerlaufregelbereich eine vorgegebene Position einstellt. Diese kann so festgelegt sein, daß die Brennkraftmaschine bei niedrigen Betriebstemperaturen nicht ausgeht, bei betriebswarmer Maschine die Leerlaufdrehzahl jedoch nicht zu hoch liegt. Die Ansteuerung der beiden Drosselklappen über das Fahrpedal wird durch den Ausfall des elektrischen Stellantriebes nicht beeinträchtigt.

Um den Stellweg des ersten Steuerelementes fahrpedalseitig zu begrenzen, sollte diesem nicht nur ein Leerlaufanschlag, sondern auch ein Vollastanschlag zugeordnet sein. Zur Umsetzung der Bewegung des ersten Steuerelementes in eine Bewegung der zweiten Drosselklappe sollte das zweite Steuerelement einen Überset­ zungsmechanismus umfassen. Dieser sollte so ausgelegt sein, daß beide Drosselklappen gleichzeitig ihre geöffnete Position, bei der sie um einen Winkel von jeweils 90° verschwenkt sind, erreichen. Der Übersetzungsmechanismus kann beispielsweise als Viergelenk ausgebildet sein. Zur Erfassung der Stellung des elektrischen Stellantriebes sollte diesem ein zweites Istwert­ erfassungselement zugeordnet sein. Beide Istwerterfassungs­ elemente sind zweckmäßig als Potentiometer ausgebildet.

Bei der erfindungsgemäßen Lastverstelleinrichtung bleiben damit die bekannten Vorteile eines zweiflutigen Drosselklappenstutzens erhalten, wobei kein Fahrpedal-Leerweg und keine Pedalbewegung in Abhängigkeit des durch die Stellung der zweiten Drosselklappe vorgegebenen Leerlaufregelungs-Arbeitspunktes gegeben ist. Zudem kann der Fahrerwunsch "Leerlauf" durch das dem ersten Steuer­ element zugeordnete Istwerterfassungselement, das konkret als Potentiometer ausgebildet ist, erkannt werden, womit kein separater Kontakt zur Ermittlung der Leerlaufstellung des ersten Steuerelementes erforderlich ist.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in der Beschreibung der Figuren dargestellt, wobei bemerkt wird, daß alle Einzelmerkmale und alle Kombinationen von Einzelmerkmalen erfindungswesentlich sind.

In den Figuren ist die Erfindung an einer Ausführungsform beispielsweise dargestellt, ohne auf diese beschränkt zu sein. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Lastverstelleinrichtung, dargestellt für den Betriebszustand der Leerlaufrege­ lung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Lastverstelleinrichtung, dargestellt für den Betriebszustand der Teillastrege­ lung und

Fig. 3 ein Diagramm zur Verdeutlichung der Abhängigkeit des Drosselklappenwinkels vom Fahrpedalweg für die beiden Drosselklappen.

Die Fig. 1 und 2 verdeutlichen die Ausführungsform in einer bewerteten Lineardarstellung. Das Fahrpedal 1 wirkt über einen Bowdenzug 2 auf das erste Steuerelement 3. Dieses weist einen Ansatz 4 auf, der zwischen einem Leerlaufanschlag LL und einem Vollastanschlag VL verschiebbar ist. Mittels des Steuerelementes 3 wird unmittelbar die erste Drosselklappe 5 angesteuert, die Position des Steuerelementes 3 und damit der ersten Drossel­ klappe S ermittelt das erste Istwerterfassungselement 6, das als Potentiometer ausgebildet ist. Ein weiterer Ansatz 7 des ersten Steuerelementes 3 weist Anschläge 8 und 9 auf, zwischen denen ein Ansatz 10 des zweiten Steuerelementes 11 beweglich ist. Bei am Leerlaufanschlag LL anliegendem ersten Steuerelement 3 gibt der Anschlag 8 die LL_min-Position des zweiten Steuerelementes 11 vor und der Anschlag 9 entsprechend die LL_max-Position. Das zweite Steuerelement 11 umfaßt einen Übersetzungsmechanismus 12, der die Bewegung des dem ersten Steuerelement 3 zugeordneten Astes 11a des zweiten Steuerelementes 11 in einem Übersetzungs­ verhältnis s₁/s₂ in die Bewegung des Astes 11b des zweiten Steuerelementes umsetzt. Der Übersetzungsmechanismus kann beispielsweise als Viergelenk ausgebildet sein. Mit dem Ast 11b des zweiten Steuerelementes 11 ist die zweite Drosselklappe 13 verbunden. Zwei Zugfedern 14 und 15 greifen am ersten Steuer­ element 3 und einem stationären Bauteil der Lastverstelleinrich­ tung an und spannen das erste Steuerelement 3 in Leerlaufrich­ tung gegen den Anschlag LL vor. Die Federn 14 und 15 sind dabei so ausgelegt, daß sie redundante Auswirkungen besitzen und jede einzelne von ihnen in der Lage ist, die Kräfte aufzubringen, um das erste Steuerelement 3, selbst bei Berücksichtigung der auf dieses einwirkenden System immanenten Kräfte, in dessen LL-Stellung zu überführen. Am zweiten Steuerelement 11, konkret an dessen Ast 11b, greift eine weitere Zugfeder 16 an, die mit einem stationären Bauteil der Lastverstelleinrichtung verbunden ist und das zweite Steuerelement 11 in Leerlaufrichtung vor­ spannt.

Mittels des elektrischen Stellantriebes 17, der beispielsweise als DC-Motor ausgebildet ist, ist über ein dazwischen geschalte­ tes Getriebe 18 das dritte Steuerelement 19 beaufschlagbar, das in Aufregelrichtung der zweiten Drosselklappe 13 in Wirkver­ bindung mit dem Ast 11b des zweiten Steuerelementes 11 bringbar ist. Der Aufregelstellweg des dritten Steuerelementes 19 wird durch einen Anschlag in der Stellung LL_max begrenzt. Die Position des dritten Steuerelementes 19 erfaßt ein zweites Istwert­ erfassungselement 20, das gleichfalls als Potentiometer ausge­ bildet ist.

Im Abregelweg des dritten Steuerelementes 19 ist ein Notlauf­ stellglied 21 angeordnet, das eine in Aufregelrichtung wirkende, sich an einem gehäusefesten Bauteil der Lastverstelleinrichtung abstützende Druckfeder 22, einen von dieser beaufschlagten, beim Abregeln des dritten Steuerelementes 11 in einer Stellung LL_Not in Anlage mit diesem Steuerelement 19 gelangenden Stößel 23, sowie eine, die Aufregelbewegung des Stößels 23 über die LL_Not-Stellung hinaus begrenzenden Anschlag 24 aufweist.

Mit der Bezugsziffer 25 ist die der Lastverstelleinrichtung zugeordnete elektronische Regeleinrichtung bezeichnet, die eingabe- und ausgabemäßig mit externen Elementen und der Lastverstelleinrichtung, dort den beiden Istwerterfassungs­ elementen 6 und 20 sowie dem elektrischen Stellantrieb 17, in Verbindung steht.

Fig. 3 verdeutlicht in einem Diagramm die Abhängigkeit der Drosselklappenwinkel der Drosselklappen 5 und 13 vom Pedalweg, wobei die Drosselklappe 5 die kleinere Klappe darstellt. Auf Basis dieser Diagrammdarstellung ergeben sich für die erfin­ dungsgemäße Lastverstelleinrichtung folgende Verhältnisse im Leerlauf- bzw. Teillast-/Vollastbereich:
Wird, wie in der Darstellung der Fig. 1 verdeutlicht, das Fahrpedal 1 nicht betätigt, dann ziehen die beiden Federn 14 und 15 das erste Steuerelement 3 mit dessen Ansatz 4 gegen den zugeordneten LL-Anschlag. Diese Position wird vom Istwert­ erfassungselement 6 erkannt und an die elektronische Regel­ einrichtung 25 weitergegeben. Diese steuert entsprechend einem in die elektronische Regeleinrichtung 25 eingegebenen Kennfeld den elektrischen Stellantrieb 17 an, der über das Getriebe 18 das dritte Steuerelement 19 verstellt, dessen Position jeweils vom zweiten Istwerterfassungselement 20 erfaßt und an die elektronische Regeleinrichtung 25 weitergegeben wird. Das beauf­ schlagte dritte Steuerelement 19 verstellt den unter Vorspannung der Feder 16 an ihm anliegenden Ast 11b und damit die zweite Drosselklappe 13 in die gewünschte Stellung zwischen den Positionen LL_min und LL_max. Die Bewegung des Astes 11b wird über den Übersetzungsmechanismus 12 auf den Ast 11a übertragen, wobei sich der Ansatz 10 dieses Astes frei zwischen den Anschlägen 8 und 9 des ersten Steuerelementes 3 bewegen kann. Bei nicht betätigtem Fahrpedal 1 erfolgt damit die Leerlaufregelung der Brennkraftmaschine ausschließlich über die größere Drosselklappe 13 entsprechend der dicken Kennlinie in Fig. 3.

Wird, ausgehend von der in Fig. 1 gezeigten Stellung, das Fahrpedal 1 in eine Teillaststellung der Lastverstelleinrichtung überführt, so zieht der Bowdenzug 2 das erste Steuerelement 3 vom zugeordneten LL-Anschlag weg, wobei die erste Drosselklappe 5 geöffnet wird. Die veränderte Position wird vom Istwert­ erfassungselement 6 erkannt, über die elektronische Regel­ einrichtung 25 wird der elektrische Stellantrieb 17 in eine definierte Position gestellt.

Das die Aufregelbewegung vollführende erste Steuerelement 3 nimmt über den Anschlag 8 den Ansatz 10 des zweiten Steuer­ elementes 11 mit, womit die zweite Drosselklappe 13 geöffnet wird und der Ast 11b des zweiten Steuerelementes 11 vom dritten Steuerelement 13 abhebt. Diese Position ist in Fig. 2 gezeigt. Begrenzt wird die Aufregelbewegung des ersten Steuerelementes 3 durch den Anschlag VL, in dieser Stellung des ersten Steuer­ elementes 3 sind beide Drosselklappen 5 und 13 maximal geöffnet. Die Abregelung der Brennkraftmaschine verläuft entgegengesetzt.

Für den Fall, daß bei der in Fig. 1 gezeigten Leerlaufregelung der elektrische Stellantrieb 17 ausfällt, führt die am zweiten Steuerelement 11 angreifende Feder 16 dazu, daß dieses Steuer­ element zusammen mit dem dritten Steuerelement 19 in Abregel­ richtung bewegt wird, bis das Notlaufstellglied 21 auf das dritte Steuerelement 19 einwirkt und dieses in der Notlaufposi­ tion fixiert, die gleichzeitig die Notlauf-Leerlaufstellung der zweiten Drosselklappe 13 darstellt.

Claims (6)

1. Lastverstelleinrichtung zur Steuerung der Leistung einer Brennkraftmaschine unter Verwendung zweier Drosselklappen, mit einem ersten Steuerelement, das mittels eines Fahr­ pedals bewegbar ist, wobei eine erste Drosselklappe mittels des ersten Steuerelementes beaufschlagbar ist, und eine erste Feder das erste Steuerelement in Leerlaufrichtung vorspannt und ein Leerlaufanschlag für das erste Steuer­ element vorgesehen ist, sowie eine zweite Drosselklappe über ein zweites Steuerelement beaufschlagbar ist, und eine zweite Feder das zweite Steuerelement in Leerlaufrichtung vorspannt und das erste Steuerelement einen Anschlag für das zweite Steuerelement aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Steuerelement (11) zusätzlich mittels eines elektrischen Stellantriebes (17) bewegbar ist, der in Aufregelrichtung der zweiten Drosselklappe (13) in Wirkver­ bindung mit dem zweiten Steuerelement (11) bringbar ist, wobei dem ersten Steuerelement (3) ein erstes Istwert­ erfassungselement (6) zugeordnet ist, und der elektrische Stellantrieb (17) bei Anlage des ersten Steuerelementes (3) am Leerlaufanschlag (LL) von einer elektronischen Regel­ einrichtung (25) angesteuert wird.

2. Lastverstelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das zweite Steuerelement (11) einen Überset­ zungsmechanismus (12) umfaßt.

3. Lastverstelleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Steuerelement (3) zwischen dem Leerlaufanschlag (LL) und einem Vollastanschlag (VL) verstellbar ist.

4. Lastverstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein mittels des elektrischen Stellantriebes (17) ansteuerbares, drittes Steuerelement (19) vorgesehen ist, das in Aufregelrichtung der zweiten Drosselklappe (13) in Wirkverbindung mit dem zweiten Steuerelement (11) bringbar ist, wobei der Aufregelstellweg des dritten Steuerelementes (19) durch einen Anschlag (LL_max) in der Stellung LL_max begrenzt ist.

5. Lastverstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem elektrischen Stellantrieb (17) ein zweites Istwerterfassungselement (20) zugeordnet ist.

6. Lastverstelleinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Abregelweg des dritten Steuer­ elementes (19) ein Notlaufstellglied (21) angeordnet ist, das eine in Aufregelrichtung wirkende Feder (22), einen von dieser beaufschlagten, beim Abregeln des dritten Steuer­ elementes (19) in einer Stellung LL_Not in Anlage mit dem Steuerelement (19) gelangenden Stößel (23), sowie eine die Aufregelbewegung des Stößels (23) über die LL_Not-Stellung hinaus begrenzenden Anschlag (24) aufweist.