DE4222457C2 - Gerät zum Steuern des Öffnungswinkels eines Drosselventils bei einem Motor mit innerer Verbrennung - Google Patents
Gerät zum Steuern des Öffnungswinkels eines Drosselventils bei einem Motor mit innerer VerbrennungInfo
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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 (9)
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.
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.
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.
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