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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine elektronisch gesteuerte Drosselklappenvorrichtung.
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Gegenwärtig hat anstelle einer konventionellen
Steueranordnung des Öffnungsgrades
eines Drosselventils, bei der das Drosselventil bzw. die Drosselklappe
direkt durch eine Niederdrückbetätigung des
Gaspedals betätigt
wird, eine Steueranordnung des Öffnungsgrades
eines Drosselventils für eine
Verbrennungskraftmaschine, die in einem Motorfahrzeug, wie z.B.
einem Automobil, verwendet wird, eine Steueranordnung des Drosselöffnungsgrades
eines so genannten elektronischen Drosseltyps, Aufmerksamkeit erweckt.
Bei dieser bekannten Steueranordnung wird eine Steuereingabe des
Gaspedals über
einen Sensor in Form eines elektrischen Signals aufgenommen, wobei
das elektrische Signal, nachdem es gemäß einer vorbestimmten Verarbeitungsoperation
behandelt worden ist, an eine Betätigungseinrichtung geliefert
wird, die z.B. durch einen Elektromotor dargestellt ist. Die Betätigungseinrichtung
steuert den Öffnungsgrad
eines Drosselventils auf der Basis des verarbeiteten elektrischen
Signals und die Steueranordnung des Drosselöffnungsgrades dieses so genannten
elektronischen Drosseltyps ist auf viele Arten von Maschinensteuerungen
angewendet worden, wie z.B. eine Traktionssteuerung, die wirksam
ist zum Erhöhen
der Leistungsfähigkeit eines
Automobils, wie z.B. der Motorleistungserhöhung.
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Eine andere Motorsteuerung als die
oben beispielhaft erwähnte,
ergibt sich, wenn die Steueranordnung des Drosselöffnungsgrades
des so genannten elektronischen Drosseltyps auf eine Leerlaufdrehzahlsteuerung
(ISC = Idle Speed Control) und auf eine schnelle Leelaufsteuerung
(FIC = Fast Idle Control) in einem Bereich eines geringen Öffnungsgrades
des Drosselventils angewendet werden kann.
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Bei einer konventionellen ISC-Anordnung, wie
sie z.B. in der
US 4,895,126 entspricht,
offenbart ist, ist jedoch die Steuerung von z.B. der Leelaufdrehzahl
eines Motors eines Motorfahrzeuges auf ein vorbestimmtes Niveau
gemäß der Temperatur
des Wassers oder einer elektrischen Last durch Vorsehen eines Bypass-Durchgangsweges
durch eine Drosselkammer zum Umgehen des Drosselventils bewirkt worden,
um so das Luftvolumen, das durch den Bypass-Durchgangsweg strömt, durch
Nuten der Druckdifferenz zwischen dem Einlass und dem Auslass des
Drosselventil, zu regulieren.
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In ähnlicher Weise wird bei einer
konventionellen FIC-Anordnung durch Vorsehen eines Luftregulators
in einem ähnlichen
Bypass-Durchgargsweg das Luftvolumen, das während einer Niedertemperatur-Startperiode
durch ihn hindurchfließt,
reguliert.
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Bei den konventionellen Anordnungen
waren Hilfsvorrichtungen für
die ISC und FIC unentbehrlich, somit war es schwierig, die gesamte
Luftleckagemenge zu unterdrücken;
deshalb war es, wenn ein Absenken der eingestellten Leelaufdrehzahl
benötigt wird,
notwendig, die fundamentale Struktur der Anordnungen zu modifizieren.
Des Weiteren war es bezüglich
der Herstellungskosten der Anordnungen schwierig, die Kosten wegen
der Notwendigkeit der Hilfsvorrichtungen zu reduzieren.
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Andererseits, wenn eine Steuerung
eines Drosselventils in einem Bereich eines geringen Öffnungsgrades
des Drosselventils durch die Steueranordnung des Öffnungsgrades
des Steuerventils vom elektronischen Drosseltyp bewirkt wurde, war
es schwierig, eine stabile Motordrehzahl während SIC- und FIC-Motorsteuerungen
zu erzielen, und zwar wegen einer ungenügenden Steuerge nauigkeit der
Anordnung infolge einer schwachen Auflösung des Positionssensors des
Drosselventils in einem Bereich geringer Öffnungsgrade des Drosselventils.
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In der Steueranordnung des Öffnungsgrades eines
Drosselventils vom elektronischen Drosseltyp wird eine Ausgangsspannung
von einem Drosselpositionssensor, der einen tatsächlichen Öffnungsgrad des Drosselventils
repräsentiert,
mit einem Sollöffnungsgrad
verglichen, und ein resultierendes Betätigungssignal wird an einen
Elektromotor zum Betätigen
des Drosselventils übertragen,
um dadurch eine Rückkopplungssteuerung
des Öffnungsgrades
des Drosselventils zu bewirken.
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Der Vergleich der Ausgangsspannung
von dem Drosselpositionssensor, der einen tatsächlichen Öffnungsgrad des Drosselventils
repräsentiert,
mit einem Sollöffnungsgrad
und die Erzeugung eines resultierenden Rückkopplungssteuersignals wird
gewöhnlich
durch einen Mikrocomputer, der in einer Steuereinheit integriert
ist, ausgeführt,
und eine Steuergenauigkeit der Rückkopplungssteuerung
wird durch eine Auflösung
des Drosselpositionssensors und eine A/D-Umwandlungskapazität des Mikrocomputers bestimmt,
der die in einem analogen Wert von dem Drosselpositionssensor vorliegende
Ausgangsspannung in einem Digitalwert wandelt.
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Aus
DE 37 30 239 A1 ist eine elektrisch ansteuerbare
Stellvorrichtung zum Feststellen der Drosselklappe einer Brenngemischdrosseleinrichtung
von Brennkraftmaschinen bekannt, bei der der mit dem Fahrpedal mechanisch
gekoppelte Pedalwertgeberdrehbar auf der Drosselklappenwelle angeordnet
ist und im Störfall
die Drosselklappe mechanisch betätigt
werden kann.
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Aus
DE
37 30 24 ist ebenfalls eine elektrisch ansteuerbare Stellvorrichtung
zum Verstellen der Drosselklappe einer Brenngemischdrosselvorrichtung
von Brennkraftmaschinen bekannt. Bei der dort offenbarten Stellvorrichtung
wird durch den Einsatz einer zusätzlichen,
mechanischen Verbindung zwischen Drosselklappe und Gaspedal im Störfall die Drosselklappe
betätigt
und das Fahrzeug kann völlig normal
betrieben werden.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist
es, im Falle einer Unterbrechung der elektronischen Motorsteuerung
eine Fortsetzung eines sicheren Motorbetriebes zu gewährleisten.
Diese Aufgabe wird bei einer elektronischen Drosselklappenvorrichtung
für einen
Verbrennungsmotor mit einem mechanischen Gaspedal und einem elektrischen
Motor zur Betätigung
der Drosselklappe mithilfe einer Vorrichtung mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist im Unteranspruch definiert.
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Weitere Vorteile, Details und Merkmale
der Erfindung werden an Hand der nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele
in Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungsseiten beschrieben.
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1 ist
ein Systemdiagramm, das eine detaillierte Querschnittsansicht einer
Drosselventilanordnung einer Steueranordnung für ein Drosselventil für eine Verbrennungskraftmaschine
aufweist, die ein Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung einbezieht;
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2 ist
ein schematisches Funktionsblockdiagramm der Steueranordnung des
Drosselventils, wie in 1 gezeigt,
zum Erklären
von deren Betrieb;
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3 ist
ein Diagramm zum Erklären
eines steuerbaren Öffnungsbereichs
des Drosselventils bezüglich
des Gaspedalhubs, der erhalten wird, indem die Steueranordnung des
Drosselventils, wie in 1 gezeigt,
verwendet wird;
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Hier nachfolgend wird die Steueranordnung für eine Drosselklappe
für eine
Verbrennungskraftmaschine gemäß der vorliegenden
Erfindung im Detail unter Bezug auf die Ausführungsbeispiele beschrieben.
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In 1 bis 2 ist Ziffer 1 ein
Drosselventil, bzw. eine Drosselklappe, und das Drosselventil 1 ist
an einer Drosselventilachse, bzw. einer Drosselklappenwelle, 3 befestigt,
die drehbar durch einen Drosselkörper 2 gelagert
ist.
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Ziffer 4 ist eine Steuereinheit,
und Ziffer 6 ist ein Elektromotor, der eine Betätigungseinrichtung zum
Steuern des Öffnungsgrades
eines Drosselventils darstellt. Ein Signal 5 des Sollöffnungsgrades
des Drosselventils, das bestimmt wird auf der Basis von verschiedenen
Daten, die den momentanen Motorbetriebszustand darstellen, wird
in die Steuereinheit 4 eingegeben, und die Steuereinheit
gibt ein Betätigungssignal 7 an
den Elektromotor 6 nach einem Vergleichen mit dem Signal 5 des
Sollöffnungsgrades des
Drosselventils aus.
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Ziffer 8 ist eine elektromagnetische
Kupplung, die in Antwort auf ein Erregungssignal 9 der Steuereinheit 4 aktiviert
wird und als eine Kupplungs- und Entkupplungseinrichtung für die Betätigungskraft dient,
die eine Übertragung
einer Betätigungskraft zwischen
der Drosselventilachse 3 und dem Elektromotor 6 steuert.
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Ein Eingangsseitenzahnrad 8a mit
einer Kupplungsplatte für
die elektromagnetische Kupplung 8 ist an einer Motorwelle 6a derart
montiert, dass eine freie Rotation daran ermöglicht wird, aber ist so aufgebaut,
dass es als ein Körper
mit der Motorwelle 6a rotiert, wenn die elektromagnetische
Kupplung 8 durch das Erregungssignal 9 erregt
wird. Dadurch wird eine betätigende
Kraft von dem Elektromotor 6 an die Drosselventilachse 3 über ein
Untersetzungszahnrad 10a übertragen, das im Eingriff
mit dem Eingangsseitenzahnrad 8a und einem weiteren Untersetzungsgetrieberad 10b ist,
das an der Drosselventilachse 3 befestigt ist.
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Ziffer 11 ist ein Übertragungsmechanismus für eine Federbetätigungskraft,
der aus einen Steuerhebel 11a, der an der Drosselventilachse 3 befestigt ist,
einen Drosselhebel 11b, der mit dem Gaspedal 14 über einen
Gaspedal-Bowdenzug 15 verbunden ist, und zwei Federn 11c und 11d zum
Erzeugen eines Spiels bzw. Leergangs bzw. Totgangs aufgebaut ist.
Der Steuerhebel 11a und der Drosselhebel 11b sind
miteinander mit Spiel über
die zwei Federn 11c und 11d gekoppelt.
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Des Weiteren wird für den Drosselhebel 11b eine
Rückholfeder 13 über einen
Hebel 12 angelegt, wodurch das Drosselventil 1 immer
in seine Schließrichtung
gedrückt
wird.
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Ziffer 16 ist ein Drosselpositionssensor,
der ausgelegt ist, um einen tatsächlichen Öffnungsgrad des
Drosselventils 1 zu erfassen, und Ziffer 17 ist
ein Gaspedalpositionssensor, der ausgelegt ist, um eine Betriebsposition
des Drosselhebels 11b zu erfassen.
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Des Weiteren weist der Drosselhebel 11b eine
Funktion des Begrenzens eines drehbaren Bereiches des Drosselventils 1 im
Zusammenwirken mit einem Stopper (Anschlag) 18 für vollständig offen und
einen Stopper (Anschlag) 19 für vollständig geschlossen auf, die nicht
in 1 gezeigt sind, jedoch schematisch
in 2 dargestellt sind.
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Die Ziffern 20 und 21 sind
Federträger,
die aus einem Material mit einem geringen Reibungskoeffizienten
hergestellt sind, wie z.B. synthetische harze, die die Federn für ein Spiel 11c und 11d tragen, um
dadurch einen Gleitwiderstand zu reduzieren, der durch diese Federn
verursacht wird.
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Ziffer 22 ist eine Achse
des Gaspedalpositionssensors, die eingeführt wird und gelagert ist durch ein
Sensorgehäuse 23 in
einer Art, die deren freie Rotation erlaubt und an dem ein Hebel 24 befestigt ist.
Der Hebel 24 ist mit dem Drosselhebel 11b über Verbindungsstifte 24a und
einen Hebel 12 verbunden. Demgemäß rotiert der Hebel 24 gemäß der Rotation
des Drosselhebels 11b, wodurch die Drehung des Drosselhebels 11b an
den Gaspedalpositionssensor 17 übertragen wird.
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Des Weiteren wird, wenn die Rückholfeder 13 um
die Achse 22 des Gaspedalpositionssensors 17 vorgesehen
ist, ein Spiel eliminiert, das möglicherweise
in der oben erwähnten
Drehbewegung, die die Verbindung überträgt, existiert.
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Wie in, 1 und 2 dargestellt,
wird ein Ausgangsspannungssignal 25 von dem Drosselpositionssensor 16 in
die Steuereinheit 4 eingegeben, wobei der Ausgangsspannungswert,
der einen tatsächlichen Öffnungsgrad
des Drosselventils 1 darstellt, mit einem Signal 5 eines
Sollöffnungsgrades
verglichen. und das auf der Basis des Vergleichsergebnisses bestimmte
Betätigungssignal
wird an den Elektromotor 6 übertragen, wodurch eine Rückkopplungssteuerung
des Drosselventils bewirkt wird.
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Des Weiteren werden während der
Periode der Unterbrechung einer Steuerung durch den Elektromotor 6 ein
Ausgangsspannungssignal 25 von dem Drosselpositionssensor 16 und
ein Ausgangsspannungssignal 26 von dem Gaspedalpositionssensor 17,
die eine vorbestimmte prinzipielle Korrelation zueinander zeigen,
in die Steuereinheit 4 eingegeben, wobei ein normaler Betrieb
der Sensoren so festgelegt wird, dass eine ausfallsichere Steuerfunktion
ausgeführt
wird.
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Nun wird der Betrieb der Steueranordnung des
Drosselventils, wie in 1 dargestellt,
und unter Bezug auf 2 erklärt, die
ein schematisches Funktionsdiagramm der in 1 gezeigten Anordnung darstellt.
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In 2 ist
die Drehbewegung in der Anordnung von 1 durch
eine lineare Bewegung zum Unterstützen des Verständnisses
des Betriebes der Anordnung dargestellt, und des Weiteren zeigen
dieselben Bezugsziffern wie in 1 dieselben
oder äquivalente
Abschnitte wie in 1.
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In 2 wird,
wenn der Fahrzeugführer
einen Schlüsselschalter
(nicht gezeigt) einschaltet, das Erregungssignal 9 simultan
an die elektromagnetische Kupplung 8 übertragen, um selbige in einen EIN-Zustand
zu versetzen, wodurch die Steueranordnung des Steuerventils in eine
Zustand gebracht wird, der bereit ist, die Steueroperation auszuführen, und
wenn ein Betätigungssignal 7 von
der Steuereinheit 4 an den Elektromotor 6 übertragen
wird, wird der Öffnunsgrad
des Steuerventils 1 dementsprechend gesteuert. In diesem
Moment bewegt sich (dreht sich) der Steuerhebel 11a, der
an der Drosselventilachse 3 befestigt ist, als ein Körper mit
dem Drosselventil 1 gemäß der Drehung
des Elektromotors 6, wie durch eine gestrichelte Linie
angedeutet. Eine relative Verschiebung des Drosselhebels 11b, die
durch die Bewegung (Rotation) des Steuerhebels 11a induziert
wird, wird durch eine Ausdehnung einer der Federn für das Sppiel 11c und 11d absorbiert
und durch Kontraktion der anderen (in dem Ausführungsbeispiel nach 1 ein Abspulen der einen
und ein Aufspulen der anderen) absorbiert, und im Ergebnis wird
unabhängig
von einem Betriebszustand des Drosselhebels 11b, der gemäß dem Ausmaß des Drückens des
Gaspedals 14 bestimmt wird, von der Steuerung des Betriebsgrades
des Drosselventils durch den Elektromotor 6 ausgeführt, in
anderen Worten, man erhält
einen Betrieb der Drossel im elektrischen Modus.
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Wenn man nun annimmt, dass ein abnormer Zustand
wie z.B. ein Ausfall des Motorbetätigungssystems aus irgendwelchen
Gründen
auftritt, wird zunächst
die Erregung der elektromagnetischen Kupplung 8 durch eine
Aktivierung einer Abnormitäts-Einschätzfunktion
beendet, die in der Steuereinheit 4 enthalten ist, um die
elektromagnetische Kupplung 8 in einen AUS-Zustand zu setzen,
und somit wird die Drosselventilachse 3 von dem Elektromotor 6 entkuppelt
und davon befreit.
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In diesem Moment, wenn man weiter
annimmt, dass es eine relative Verschiebung zwischen dem Drosselhebel 11b und
dem Steuerhebel 11a gegeben hat, gibt es eine Differenz
in der gespeicherten Federkraft zwischen den Federn für das Spiel
11c und 11d,
deshalb wird bewirkt, dass der Steuerhebel 11a sich durch
eine Wirkung dieser Federn 11c und 11d in eine
Position bewegt (rotiert), bei der sich die Differenz in der gespeicherten
Federkraft ausgleicht, nämlich
in eine Position, wo die relative Verschiebung Null wird, und somit
wird das Drosselventil 1 gezwungen, sich in eine Position
zu bewegen (zu rotieren), entsprechend der Betriebsposition des
Gaspedals 14.
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Im Ergebnis wird ein Zustand beendet,
bei dem die Drosselventilachse 3 sich nur mit dem Gaspedal 14 über den
Steuerhebel 11a, die Federn für das Spiel 11c und 11d und
den Drosselhebel 11b koppelt, d.h. ein Zustand wird vollendet,
bei dem das Drosselventil nur durch das Gaspedal 14 betätigt werden
kann.
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Nachdem der oben genannte Zustand
beendet worden ist, und wenn das Gaspedal 14 gedrückt ist,
wird der Drosselhebel 11b gegen die Rückstellkraft der Rückholfeder 13 gedreht,
und in Antwort auf die Bewegung (Drehung) des Drosselhebels 11b wird
eine Kraft auf den Steuerhebel 11a bewirkt, die zum Ausgleichen
der gespeicherten Federkräfte
der Federn für
das Spiel 11c und 11d benötigt wird, wodurch der Steuerhebel 11a der
Bewegung des Drosselhebels 11b mit einer vorbestimmten
Phasenbeziehung folgt, um eine Steuerung des Öffnungsgrades des Drosselventils
auszuführen,
in anderen Worten, eine Rückentspannungsfunktion
der Steueranordnung des Drosselventils wird erhalten.
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3 zeigt
einen steuerbaren Öffnungsgrad des
Drosselventils bezüglich
eines Gaspedalhubes der Steueranordnung des Drosselventils, die
in dem Ausführungsbeispiel
in 1 gezeigt ist.
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Während
einer Steuerung des Drosselventils 1 mit dem Elektromotor 6 können irgendwelche Öffnungsgrade
des Drosselventils für
jeweilige Gaspedalhübe
genommen werden, wie es durch einen schraffierten Bereich dargestellt
ist, und während
eines Betriebes in einem Rückentspannungsmodus wird
ein einziger Öffnungsgrad
eines Drosselventils für
die jeweiligen Gaspedalhübe
wie bei einer konventionellen Anordnung bestimmt, wie es durch eine durchgezogene
Linie der linearen Charakteristik angezeigt ist.
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Deshalb wird gemäß dem Ausführungsbeispiel von 1 beim Auftreten eines abnormen
Zustandes der Elektromotor 6 von der Drosselventilachse 3 getrennt,
und die Drosselventilsteuerung wird automatisch zu der Steuerung
des Öffnungsgrades des
Drosselventils durch das Gaspedal 14 verschoben, und der Öffnungsgrad
des Drosselventils 1 wird in Abhängigkeit von der Betriebsposition
des Gaspedals 14 bestimmt, um eine Rückentspannungsfunktion zu liefern,
und in diesem Moment wird die Position des Drosselventils 1 in
eine Position zurückgeführt, die
durch die Betriebsposition des Gaspedals 14 bestimmt wird,
so dass ernsthafte Unfälle,
wie z.B. ein Durchgehen in einem Rückentspannungszustand, zuverlässig unterdrückt werden,
und eine zufriedenstellende Ausfallsicherheitsfunktion und hohe
Zuverlässigkeit
realisiert werden.