DE4222457C2

DE4222457C2 - Gerät zum Steuern des Öffnungswinkels eines Drosselventils bei einem Motor mit innerer Verbrennung

Info

Publication number: DE4222457C2
Application number: DE4222457A
Authority: DE
Inventors: Hideyuki Sato
Original assignee: Japan Electronic Control Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 1991-07-08
Filing date: 1992-07-08
Publication date: 1996-06-13
Anticipated expiration: 2012-07-09
Also published as: US5350034A; DE4222457A1; JPH0518278A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Steuern eines Öffnungswinkels eines Drosselventils, das in dem Luftansaugtrakt eines Motors mit innerer Verbrennung in stalliert ist, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Allgemein bezieht sich die Erfindung auf ein Gerät zum An treiben eines Drosselventils für die Steuerung seines Öff nungswinkels, welches bei einem Motor mit innerer Verbren nung anwendbar ist.

Seit kurzem gibt es eine Steuerung für ein Drosselventil ei nes Motors mit innerer Verbrennung mit mehrfachen Funktio nen. Diese mehrfachen Funktionen sind:

1) eine einfache Verrastung mit einem Gaspedal, welches durch eine Bedienungsperson herabgedrückt werden kann;
2) eine Traktionssteuerung zur Verminderung des Öffnungswin kels des Drosselventils, um den Schlupf der Fahrzeugräder zu vermindern, während eine Fahrzeugbeschleunigung statt findet; und
3) eine automatische Geschwindigkeitssteuerung in der Art, daß eine Fahrzeuggeschwindigkeit konstant gehalten wird, während das Gaspedal unbetätigt ist oder nicht niederge drückt ist. Gleichzeitig wird eine Fehlersicherungsstruk tur in der Art bewirkt, daß ein Überschießen der Motor drehzahl während eines Fehlerzustandes des Motors unter drückt wird, wobei der Öffnungswinkel des Drosselventils in einer minimalen Lage oder Position gehalten wird.

Die gattungsmäßige JP 64-29633 A (vgl. auch die US 4 856 477), stellt einen Beispielsfall eines derartigen Drosselventil-Steuergerätes dar, bei dem eine Traktionssteuerung ausge führt wird.

Wie in dieser japanischen Patentanmeldung offenbart ist, wird eine Gasbetätigungstrommel in einer derartigen Richtung gedreht, daß eine Öffnungsbetätigung des Drosselventils er möglicht wird, wenn das Gaspedal niedergedrückt wird. Dann wird das Drosselventil geöffnet, welches mit der Gasbetäti gungstrommel über einen Hebel in Eingriff steht, welcher in die Öffnungsrichtung des Drosselventils vorgespannt ist. Während der Traktionssteuerung wird das Drosselventil mit tels eines Motors in eine Verschlußrichtung angesteuert.

Da jedoch bei diesem Drosselventil-Steuergerät der Motor nur in die Öffnungsrichtung betrieben werden kann, würde ein weiterer Antriebsmechanismus für das Drosselventil benötigt werden, wenn es erforderlich ist, das Drosselventil in die Schließrichtung zusätzlich zu der Öffnungsrichtung zu steu ern, wie dies beispielsweise bei einer automatischen Ge schwindigkeitssteuerung der Fall sein müßte.

Falls eine Traktionssteuerung ausgeführt werden sollte, wird die Struktur des Drosselventil-Steuergerätes kompliziert, da der notwendige weitere Motor verwendet wird, um das Drossel ventil gegen die Vorspannkraft, die der erste Motor an den Hebel in Öffnungsrichtung des Drosselventil anlegt, zu schließen. Da ferner das Drosselventil durch seinen Motor direkt in die Öffnungsrichtung vorgespannt ist, könnte eine Öffnung des Drosselventils auftreten, falls dieses außer Eingriff mit dem Gaspedalsystem kommt.

Die DE 35 10 176 A1 offenbart ein elektronisches Fahrpedal für ein Kraftfahrzeug zum Einsatz bei einer Leerlaufdreh zahlregelung, das einen mit dem Fahrpedal verbundenen Soll wertgeber, einen Rechner, einen Stellmotor für eine Drossel klappe des Kraftfahrzeugs und einen Istwertgeber aufweist.

Dabei ist die Antriebsachse des Motors derart mit der Dreh achse des Drosselventils verbunden, daß die Drehachse des Drosselventils gedreht werden kann. Die Drosselklappe ist mechanisch mit einer Feder gekoppelt, die die Drosselklappe gegen ihren unteren minimalen Anschlag führt. Der Regelkreis dient zur Rechnersteuerung des Stellmotors der Drosselklap pe, um einen minimalen bzw. maximalen Drosselklappenanschlag zu erfassen und gewünschte dazwischenliegende Werte genau einstellen zu können.

Es sei angemerkt, daß die Struktur eines Traktionssteuersy stems beispielsweise in der US 5198982 beschrieben ist, und daß ein Beispiel eines automatischen Geschwindigkeitssteuersystems in dem US 4,908,764 gezeigt ist.

Allgemein sei angemerkt, daß geeignete Traktionssteuersyste me und Geschwindigkeitssteuersysteme seit geraumer Zeit für Fachleute bekannt sind.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegen den Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein Gerät zum Steuern des Öffnungswinkels eines Motordrosselventils zu schaffen, welches eine einfache Bauweise hat und mehrfache Steuerfunktionen ausüben kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Gerät zum Steuern eines Öff nungswinkels eines Drosselventils gemäß Anspruch 1 gelöst.

Gemäß der Erfindung hat das Gerät zum Steuern eines Öff nungswinkels eines Drosselventils, das in dem Luftansaugtrakt eines Motors mit innerer Verbrennung installiert ist, fol gende Merkmale:

a) einen einzigen Motor mit einer Antriebsachse und einem Hauptkörper, wobei der Motor eine Haltefunktion in der Art hat, daß die Antriebsachse bezüglich des Hauptkörpers gehal ten wird und daß die Antriebsachse mit einer Drehachse des Drosselventils verbunden ist, um die Drehachse des Drossel ventils zu drehen;
b) eine Vorspanneinrichtung zum Vorspannen des Drosselven tils in einer derartigen Richtung, daß das Drosselventil ge schlossen wird;
c) einen manuell betätigbaren Beschleunigungsmechanismus, der mit dem Hauptkörper des Motors derart verbunden ist, daß der Hauptkörper verrastet ist und mit dem manuell betätig baren Beschleunigungsmechanismus gedreht wird;
d) eine Öffnungswinkelerfassungseinrichtung zum Erfassen des Öffnungswinkels des Drosselventils; und
e) eine Steuereinrichtung zum selektiven Ausführen einer seits einer ersten Steuerung derart, daß bei Lösung der Haltefunktion der Antriebsachse des Motors das Drosselventil in seiner geschlossenen Lage durch eine Vorspannkraft der Vor spanneinrichtung gehalten wird, als auch einer zweiten Steu erfunktion in der Weise, daß die Antriebsachse des Motors gemäß dem Öffnungswinkel des Drosselventils, der durch die Öffnungswinkelerfassungseinrichtung erfaßt ist, gedreht wird, wobei die Antriebsachse des Motors durch ein vorbe stimmtes Drehmoment gehalten wird.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nach folgend unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische, perspektivische Darstellung eines Drosselventil-Steuergerätes gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel des Drosselventil-Steuergerätes ist ein Drosselventil 2 in einem Luftansaugtrakt 1 installiert, der mit einem Verbren nungsmotor verbunden ist, wobei eine Antriebsachse 5 eines Motors 4 mit einem Ende einer Drehachse 3 des Drosselventils 2 verbunden ist.

Der Motor 4 hat die Funktionen der Ansteuerung des Drehaus schlages der Antriebsachse 5 und des Haltens der Antriebs achse 5 bezüglich eines Hauptkörpers 6 des Motors 4. Eine Gasbetätigungstrommel 7 ist an einer Endwand des Hauptkörpers 6 des Motors 4 befestigt. Die Gasbetätigungstrommel 7 ist mit einem Gaspedal 9 des Kraftfahrzeugs mittels eines Gasbe tätigungsdrahts 8 verbunden. Zusätzlich ist die Gasbetäti gungstrommel 7 mit einer ersten Rückholfeder 10 verbunden, die den Hauptkörper 6 des Motors 4 in einer Drehrichtung vorspannt, die mit der Schließrichtung des Drosselventils 2 übereinstimmt.

Andererseits ist ein Drehwinkelsensor 11 an einer Stelle na he des Motors 4 befestigt, um den Drehwinkel des Hauptkör pers 6 des Motors 4 zu erfassen.

Ein Drosselsensor 12 ist an dem anderen Ende der Drehachse 3 des Drosselventils 2 zum Erfassen des Öffnungswinkels des Drosselventils 2 befestigt. Zusätzlich ist eine zweite Rück holfeder 13 um das andere Ende der Drehachse 3 gewickelt.

Die Erfassungssignale des Drehwinkelsensors 11 und des Dros selsensors 12 werden einer Steuereinheit 14 zugeführt.

Die Steuereinheit 14 empfängt Erfassungssignale, die von ei nem Motordrehzahlsensor 15 erzeugt werden, um die Motordreh zahl zu erfassen, und empfängt ferner Erfassungssignale von einer Radschlupferfassungseinrichtung (der Radschlupf kann aufgrund einer Differenz der Drehzahl der Vorderräder und Hinterräder erfaßt werden) zusätzlich zu den oben beschrie benen Erfassungssignalen.

Die Steuereinheit 14 dient zur Steuerung des Antriebs des Drosselventils in der Öffnungsrichtung oder Schließrichtung durch Antreiben des Motors 4 gemäß den jeweiligen Erfas sungssignalen.

Nachfolgend wird die Steueroperation der Steuereinheit er läutert. Falls die Steuereinheit 14 den Öffnungswinkel des Drosselventils 2 in einer Verrastung mit einer Gaspedalbetä tigung durch den Fahrer des Fahrzeuges ansteuert, bewirkt ein vorbestimmtes Drehmoment, daß die Antriebsachse 5 des Motors 4 bezüglich des Hauptkörpers 6 gehalten wird. Es sei angemerkt, daß das vorbestimmte Drehmoment größer einge stellt ist als das maximale Drehmoment, das in der Schließ richtung des Drosselventils 2 durch die zweite Rückholfeder 13 erzeugt wird, wenn das Drosselventil 2 vollständig geöff net ist. Wenn daher das Gaspedal 9 niedergedrückt wird, dreht sich die Antriebsachse 5 gemeinsam mit dem Hauptkörper 6 des Motors 4 über die Gasbetätigungstrommel 7 und den Gas betätigungsdraht 8. Daher kann das Drosselventil 2 verrastet werden und angetrieben werden, um sich zu öffnen oder zu schließen.

Jedoch kann in einem Fall, in dem die Verrastung des Dros selventils 2 mitten während der Gaspedalbetätigung beginnt, die Antriebsachse 5 vom Motor 4 betätigt werden, bis ein re lativer Drehausschlag zwischen der Antriebsachse 5 und dem Hauptkörper 6 einer Differenz zwischen dem Drehausschlag des Hauptkörpers 6 bei unbetätigtem Gaspedal 9 und dem Öffnungs winkel des Drosselventils 2 bei vollständig geschlossenem Drosselventil 2 als Bezugswert gleichkommt. Danach wird die Antriebsachse 5 gehalten. Dies dient dazu, eine dem Öff nungswinkel des Drosselventils 2 entsprechende Stellung des Gaspedals 9 zu erreichen.

In Abweichung hiervon kann die Antriebsachse 5 gehalten werden, bis das Gaspedal 9 vollständig unbetätigt (gelöst) ist.

Falls die Steuerung des Drosselventils derart ausgeführt wird, daß sie mit der Gaspedalbetätigung verrastet ist und bei Ausführung einer derartigen Steuerung eine solche Trak tionssteuerung ausgeführt wird, daß der Öffnungswinkel des Drosselventils 2 bei Erfassung eines Fahrzeugradschlupfes vermindert wird, wird der Motor 4 angetrieben, um graduell den Öffnungswinkel des Drosselventils 2 zu vermindern, wobei der Öffnungswinkel des Drosselventils 2 erfaßt wird. Falls der Motor 4 zur Steuerung des Drehauschlags der Drehachse 5 bezüglich des Hauptkörpers 6 dient, wird eine Differenz zwi schen dem Drehausschlag des Hauptkörpers 6 des Motors 4, welcher durch den Drehwinkelsensor 11 erfaßt wird, und dem Öffnungswinkel des Drosselventils 2 verwendet werden, um den Drosselventilöffnungsgrad zu steuern.

Andererseits ist es bei dem Verfahren der Rückkopplungs steuerung in der Weise, daß der erfaßte Öffnungswinkel des Drosselventils 2 mit einem gewünschten Öffnungswinkel über einstimmt, ohne daß der Drehwinkel des Hauptkörpers 6 des Motors 4 erfaßt wird, nicht erforderlich, den Drehwinkel des Hauptkörpers 6 zu erfassen.

Falls eine Geschwindigkeitssteuerung des Fahrzeuges bei un betätigtem Gaspedal ausgeführt wird, kann der Motor 4 be trieben werden, um den Öffnungswinkel des Gaspedals derart anzupassen, daß die momentane Fahrzeuggeschwindigkeit bei einer gewünschten Fahrgeschwindigkeit gehalten wird.

Ferner kann der Motor 4 derart angetrieben werden, während der Drehwinkelsensor 11 den Drehausschlag des Gaspedals 8, d. h. den Drehausschlag des Hauptkörpers 6, erfaßt, daß der Öffnungswinkel des Drosselventils 2 auf einen Öffnungswinkel gemäß der Beschleunigungsbetätigung eingestellt wird.

Es sei angemerkt, daß sowohl die erste als auch die zweite Rückholfeder 10, 13 zum Vorspannen des Drosselventils 2 in die Schließrichtung dienen. Daher kann eine äußerst ausfall sichere Struktur erreicht werden. Da kein Eingriffsmechanis mus vorgesehen ist, kann die Struktur des Drosselventil-Steuergerätes einfach gemacht werden, so daß dessen Zuver lässigkeit erhöht werden kann.

Bei dem erfindungsgemäßen Drosselventil-Steuergerät kann nicht nur ein Öffnen und Schließen des Drosselventils 2 in einem Verrastungszustand mit der Gaspedalbetätigung ausge führt werden, sondern gleichfalls ein einziger Motor 4 das Drosselventil 2 sowohl in die Öffnungsrichtung als auch in die Schließrichtung antreiben. Es ist möglich, gleichzeitig sowohl die Traktionssteuerung wie auch die automatische Ge schwindigkeitssteuerung auszuführen. Wenn die Beschleuni gungsbetätigung durch eine geeignete Komponente (beispiels weise ein Potentiometer) erfaßt wird, kann jegliche belie bige Charakteristik der Drosselventilantriebssteuerung er reicht werden.

Obwohl mehrfache Funktionen vorgesehen sind, wird die Struk tur des Drosselventil-Steuergerätes vereinfacht, wobei fer ner eine fehlersichere Funktion oder ausfallsichere Funktion erreicht und eine hohe Zuverlässigkeit erzielt wird.

Claims

1. Gerät zum Steuern des Öffnungswinkels eines in einer An saugluftpassage (1) eines Motors mit innerer Verbrennung angeordneten Drosselventiles (2), mit folgenden Merkma len:

a) einem durch Betätigung eines Gaspedals (9) betätig baren Beschleunigungsmechanismus (7, 8);
b) einem Drosselventil (2) mit einer Drehachse (3);
c) einem einzigen Motor (4) mit einer Antriebsachse (5);
d) einer Öffnungswinkelerfassungseinrichtung (12) zum Erfassen des Öffnungswinkels des Drosselventiles (2); und
e) einer Vorspanneinrichtung (13) zum Vorspannen des Drosselventiles (2) in der Schließrichtung des Dros selventiles;

dadurch gekennzeichnet, daß

f) der Motor (4) einen Hauptkörper (6) aufweist, wobei die Antriebsachse (5) des Motors (4) mit der Dreh achse (3) des Drosselventils (2) verbunden ist, so daß die Drehachse (3) des Drosselventils (2) wahlwei se zum Öffnen und Schließen des Drosselventils (2) gedreht werden kann;
g) der Beschleunigungsmechanismus (7, 8) an der Seiten wand des Motorhauptkörpers (6) derart angebracht ist, daß der Hauptkörper (6) des Motors (4) gedreht wird, wenn das Gaspedal (9) betätigt wird, wobei der Haupt körper (6) des Motors (4) die Achse (5) des Motors (4) mit einem vorbestimmten Drehmoment hält, welches die Vorspannkraft der Vorspanneinrichtung (13) über steigt; und
h) eine Steuereinrichtung (14) vorhanden ist zum wahl weisen Ausführen einer ersten Steuerung derart, daß bei gelöster Haltefunktion der Antriebsachse (5) des Motors (4) das Drosselventil (2) durch die Vorspann kraft der Vorspanneinrichtung (13) in seine geschlos sene Position vorgespannt wird und der Öffnungswinkel des Drosselventils (2) in Reaktion auf ein Steuer signal der Steureinrichtung (14) und in Reaktion auf den von der Drosselventilöffnungswinkelerfassungsein richtung (12) erfaßten Öffnungswinkel gesteuert wird; und einer zweiten Steuerung derart, daß die Antriebs achse (5) des Motors (4) zusammen mit dem Hauptkörper (6) des Motors (4) und bei Niederdrückung des Gaspe dales (9) zum Verursachen einer Betätigung des Be schleunigungsmechanismus (7, 8) gedreht wird, wobei die Antriebsachse (5) des Motors (4) durch das vorbe stimmte Drehmoment gehalten wird.

2. Gerät zum Steuern des Öffnungswinkels eines in einem An saugtrakt eines Motors mit innerer Verbrennung instal lierten Drosselventils nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Gasbetätigungstrommel (7), die an einer Endwand des Hauptkörpers (6) des Motors (4) befestigt ist und die mit dem von der Bedienungsperson betätigbaren Gaspedal (9) über einen Gasbetätigungsdraht (8) verbunden ist.

3. Gerät zum Steuern des Öffnungswinkels eines in einem An saugtrakt eines Motors mit innerer Verbrennung instal lierten Drosselventils nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Vorspanneinrichtung (10, 13) folgende Merkmale umfaßt:
eine erste Rückholfeder (10), die mit der Gasbetätigungs trommel (7) derart verbunden ist, daß der Hauptkörper (6) des Motors (4) in eine Richtung vorgespannt ist, die mit der Schließrichtung des Drosselventils (2) übereinstimmt; und
eine zweite Rückholfeder (13), die um ein Ende der Dreh achse (3) des Drosselventils (2) derart gewickelt ist, daß das Drosselventil (2) in seine Schießrichtung vorge spannt ist.

4. Gerät zum Steuern des Öffnungswinkels eines in einem An saugtrakt eines Motors mit innerer Verbrennung instal lierten Drosselventils nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Radschlupferfassungseinrichtung zum Erfassen des Auftretens eines Radschlupfes, wobei die Steuereinrich tung (14) die erste Steuerung ausführt, wenn der Rad schlupf auftritt.

5. Gerät zum Steuern des Öffnungswinkels eines in einem An saugtrakt eines Motors mit innerer Verbrennung instal lierten Drosselventils nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß bei Betätigung des Gaspedals (9) durch den Fahrer des Fahrzeuges die Antriebsachse (5) des Motors (4) durch ein vorbestimmtes Drehmoment bezüglich des Hauptkörpers (6) des Motors (4) gehalten wird und mit dem Gasbetätigungs draht (8) verbunden ist.

6. Gerät zum Steuern des Öffnungswinkels eines in einem An saugtrakt eines Motors mit innerer Verbrennung instal lierten Drosselventils nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß das vorbestimmte Drehmoment größer ist als das maxi male Drehmoment der zweiten Rückholfeder (13) in die Schließrichtung des Drosselventils (2), welches erzeugt wird, wenn das Drosselventil (2) vollständig geöffnet ist.

7. Gerät zum Steuern des Öffnungswinkels eines in einem An saugtrakt eines Motors mit innerer Verbrennung instal lierten Drosselventils nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet,
daß die zweite Steuerung derart ist, daß eine Fahrzeug geschwindigkeit bei einer vorbestimmten Reisegeschwindig keit gehalten wird, wobei die Drehachse (3) des Drossel ventils (2) durch den Motor (4) derart angetrieben wird, daß der Öffnungswinkel des Drosselventils (2) mit einem Sollöffnungswinkel übereinstimmt; und
daß die erste Steuerung derart durchgeführt wird, daß der Öffnungswinkel des Drosselventils (2) bei Auftreten des Radschlupfes auf Null rückgeführt wird.

8. Gerät zum Steuern des Öffnungswinkels eines in einem An saugtrakt eines Motors mit innerer Verbrennung instal lierten Drosselventils nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Drehwinkelsensor (11) zum Erfassen eines Drehwin kels der Antriebsachse (5) des Motors (4) zum Erzeugen eines Erfassungssignals, auf dessen Grundlage die Steuer einrichtung (14) entweder die erste Steuerung oder die zweite Steuerung ausführt.