WO2003006806A1 - Drosselklappenstutzen - Google Patents

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WO2003006806A1
WO2003006806A1 PCT/DE2002/002282 DE0202282W WO03006806A1 WO 2003006806 A1 WO2003006806 A1 WO 2003006806A1 DE 0202282 W DE0202282 W DE 0202282W WO 03006806 A1 WO03006806 A1 WO 03006806A1
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throttle valve
throttle
housing
electronics
gaseous medium
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PCT/DE2002/002282
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French (fr)
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Günther BENDER
Jörg Krüger
Axel Gössling
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Siemens Aktiengesellschaft
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Priority to CA002453426A priority patent/CA2453426A1/en
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    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F02D11/06—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance
    • F02D11/10—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance of the electric type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D9/00—Controlling engines by throttling air or fuel-and-air induction conduits or exhaust conduits
    • F02D9/02—Controlling engines by throttling air or fuel-and-air induction conduits or exhaust conduits concerning induction conduits
    • F02D2009/0201—Arrangements; Control features; Details thereof
    • F02D2009/0277—Fail-safe mechanisms, e.g. with limp-home feature, to close throttle if actuator fails, or if control cable sticks or breaks
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
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    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00—Metals
    • F05C2201/02—Light metals
    • F05C2201/021—Aluminium

Definitions

  • the invention relates to a throttle valve assembly with a housing which has a continuous throttle opening through which a gaseous medium can flow in a main flow direction, a throttle valve pivotally mounted on a throttle valve shaft being arranged in the throttle opening, the throttle valve shaft being pivotable by an actuator, and wherein Throttle opening is connected on the input side to an input line and on the output side to an output line.
  • Throttle valve connectors are usually used to control the amount of fresh gas to be supplied to the internal combustion engine of a motor vehicle.
  • Throttle valve bodies comprise a housing with a continuous throttle opening and a throttle element arranged in the throttle opening.
  • the throttle member is often designed as a throttle valve and assumes a certain position in the throttle opening for the passage of a certain amount of fresh gas.
  • the throttle valve can be controlled mechanically or electronically.
  • the throttle valve of a throttle valve connector can be moved by an actuator in a partial area, for example the idling area, and can be moved in the remaining area with the aid of a wire cable coupled to the gas pedal of the motor vehicle.
  • the throttle valve can also be moved by an actuator in its entire adjustment range. In these latter systems, there is no mechanical connection between the setpoint, in particular the accelerator pedal, and the throttle valve. Triggered by depressing the accelerator pedal, the power requirement in these so-called E-gas or drive-by-wire systems is converted into an electrical signal. The electrical signal is fed to a control unit, which in turn generates a control signal for the actuator from the electrical signal.
  • throttle valve bodies in which the control unit for the actuator is integrated in the housing of the throttle valve body.
  • the control unit can be integrated into electronics arranged in the housing.
  • the electronics are provided for further functions of the throttle valve body, for example for the control of a position control of the throttle valve shaft and the acquisition and storage of data of the throttle valve body.
  • An integration of the electronics in the housing of the throttle valve connector is often associated with a particularly large amount of production and assembly work, since the housing must additionally have a receptacle for the electronics.
  • an additional assembly step is required to assemble the throttle valve assembly, in which the electronics are integrated into the housing of the throttle valve assembly.
  • the air mass passing through the throttle opening of the throttle valve assembly is usually measured by means of an air mass sensor.
  • the air mass sensor, HFM required for this, however, is technically complex and a not inconsiderable cost factor, particularly in the case of mass production of throttle valve bodies.
  • the measurement result is falsified if the air mass sensor is contaminated. It is therefore necessary to replace the air mass sensor at regular intervals or if necessary.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a throttle valve connector of the type mentioned above, which ensures particularly reliable determination of the air mass passing through the throttle opening with particularly simple means even over particularly long periods of time.
  • This object is achieved in that a first sensor for the temperature T of the gaseous medium is arranged upstream of the throttle valve and a second sensor for the pressure T of the gaseous medium downstream of the throttle valve.
  • the invention is based on the consideration that an air mass sensor for a throttle valve connector - which ensures particularly reliable measurement results even over particularly long periods of time - should be protected against contamination. However, this can only be ensured, in particular in an intake air duct of a passenger car, with particularly great effort by installing a complex filter system.
  • a temperature and a pressure sensor are available for this.
  • the air mass passing through the throttle opening can be reliably determined from the temperature of the air and the pressure of the air.
  • standard sensors can also be used, which do not make a significant contribution to the costs even in mass production.
  • the pressure sensor is arranged in the flow direction behind the throttle valve and the temperature sensor in the flow direction in front of the throttle valve.
  • the first sensor provided for the temperature T of the gaseous medium is advantageously arranged on the housing of the throttle valve connector and at least partially protrudes into the throttle opening.
  • the temperature sensor can be integrated into the housing of the throttle valve connector. light a pre-assembly of the temperature sensor in the housing of the throttle body, so that the temperature sensor is then to be arranged together with the housing of the throttle body between the input line and the output line. As a result, the effort required for the throttle valve assembly and the installation of the temperature sensor is particularly low.
  • the second sensor provided for the pressure P of the gaseous medium is advantageously arranged in the housing and connected to the throttle opening via a channel arranged in the housing.
  • An arrangement of the pressure sensor in the housing protects the pressure sensor particularly reliably against contamination.
  • the housing can advantageously be closed by a housing cover, electronics for the first sensor provided for the temperature T of the gaseous medium and the second sensor for the pressure P of the gaseous medium being arranged in the housing cover. If the housing has electronics for the two sensors, the signals from the sensors can be transmitted to the electronics particularly reliably due to the short path between the sensors and the electronics, as a result of which errors due to signal transmissions or interference in the transmission lines are particularly reliably avoided.
  • the electronics also include control of the actuator.
  • the throttle valve shaft is advantageously connected to a position detection device which can be read out via the electronics. In electronics, therefore, all of the recorded data of the throttle valve connector can be read out and processed for further purposes in the motor vehicle.
  • the electronics are advantageously arranged on a printed circuit board. If the electronics are arranged on a printed circuit board prior to installation in the housing, in particular with the aid of integrated circuits, the electronics can be integrated into the housing in a single assembly step. The electronics are then connected with suitable connections to units outside the housing. It can also be connected to sensors arranged in or on the throttle valve connector.
  • the electronics are advantageously connected to the position detection device and the actuator via a plug connection. Due to the spatial proximity of the position detection device and the actuator, a connection between the electronics and the position detection device on the one hand and the electronics and the actuator on the other hand can be established by means of a single component.
  • the advantages achieved by the invention are, in particular, that the indirect measurement of the air mass passing through the throttle opening with sensors that are particularly unaffected by dirt makes it particularly reliable to measure the air mass passing through the throttle opening during operation of the Throttle body is reliably guaranteed.
  • Fig. 2 schematically the arrangement of the sensors in the housing of the
  • Throttle body according to Fig. 1 and
  • Fig. 3 schematically the arrangement of the sensors downstream and upstream of the throttle valve assembly.
  • the throttle valve connector 10 also serves a consumer (not shown), for example an injection device Motor vehicle, not shown, to supply an air or a fuel-air mixture, the amount of fresh gas to be supplied to the consumer being controllable by means of the throttle valve connector 10.
  • the throttle valve assembly 10 has a housing 12 which is predominantly made of aluminum 14. Alternatively, however, the housing can also be made of plastic.
  • the housing 12 comprises a continuous throttle opening 16, through which air or a fuel-air mixture can be supplied to the consumer, not shown.
  • a throttle valve 22 is arranged on a throttle valve shaft 18 with the aid of fastening means 20.
  • the throttle valve shaft 18, the fastening means 20 and the throttle valve 22 are shown in an exploded view in FIG. 1.
  • a rotation of the throttle valve shaft 18 simultaneously causes a swiveling of the throttle valve 22 arranged on the throttle valve shaft 18.
  • a swiveling of the throttle valve 22 causes an enlargement or reduction in the opening of the throttle opening 16.
  • the amount of the flow medium flowing through the throttle opening 16 can thereby be set. Movement of the throttle valve 22 thus regulates the throughput of the air or fuel-air mixture through the throttle opening 16 of the throttle valve connector 10.
  • the throttle valve shaft 18 can be connected to a rope sheave, not shown, which in turn is connected via a Bowden cable to an adjusting device for a power request.
  • the adjusting device can be designed as an accelerator pedal of a motor vehicle, so that actuation of this adjusting device by the driver of the motor vehicle can bring the throttle valve 22 from a position of minimal opening, in particular a closed position, to a position of maximum opening, in particular an open position to control the power output of the motor vehicle.
  • the throttle valve shaft 18 of the throttle valve connector 10 shown in FIG. 1 can either be adjusted in a partial area by an actuator and otherwise via the accelerator pedal, or the throttle valve 22 can be adjusted by an actuator over the entire adjustment range.
  • the mechanical power control for example depressing an accelerator pedal, is converted into an electrical signal. This signal is in turn fed to a control unit, which generates a control signal for the actuator. In these systems, there is no mechanical coupling between the accelerator pedal and the throttle valve 22 in normal operation.
  • the throttle valve connector 10 has a drive housing 24.
  • the drive housing 24 is made in one piece with the housing 12 of the throttle valve assembly 10.
  • the housing 12 of the throttle valve assembly 10 and the drive housing 24 can alternatively also be made in two pieces.
  • An electric actuator 26 designed as an electric motor is arranged in the drive housing 24.
  • the electric actuator 26, which is designed as an electric motor, is connected to the throttle valve shaft 18 via a gear 28.
  • the throttle valve shaft 18 can thus be pivoted by the actuator 26 designed as an electric motor.
  • the throttle valve 22 is acted upon by a return spring 28 so that it can be pivoted back into a basic position via the throttle valve shaft 18.
  • An emergency running spring 30 further ensures that even in the event of a failure of the electric actuator 26 designed as an electric motor, the throttle valve is not completely closed, so that, despite the failure of the actuator 26 designed as an electric motor, reliable, even if only low, mileage of the motor vehicle is ensured.
  • the return spring 28 and the emergency running spring 30 are arranged at a first end 32 of the throttle valve shaft 18.
  • the housing 12 can be closed at this end by a first cover 24.
  • a position detection device 38 designed as a potentiometer is arranged for detecting the current position of the throttle valve shaft 18 and thus indirectly the throttle valve 22.
  • the position detection device 38 designed as a potentiometer and the actuator 26 designed as an electric motor are connected to a printed circuit board 42 with the aid of a plug connection 40.
  • the circuit board 42 is separated by means of a cover plate 44 from the housing area in which the potentiometer 38 and the actuator 26 designed as an electric motor are arranged.
  • the cover plate 44 reliably protects the printed circuit board 42 from contamination which is inevitable due to the operation of the mechanical elements in the throttle valve assembly 10.
  • the electronics 46 for the actuator 26 designed as an electric motor and the position detection device 38 designed as a potentiometer are arranged on the printed circuit board 42.
  • the circuit board 42 is to be arranged in a cover 48 during the assembly of the throttle valve assembly 10, the housing 12 of the throttle valve assembly 10 being closable by means of the cover 48 from the side facing away from the spring system.
  • a temperature sensor 50 and a pressure sensor 52 are arranged in the throttle valve assembly 10 according to FIG. 2.
  • the temperature sensor is arranged downstream of the throttle valve 22 and the pressure sensor 52 is arranged downstream of the throttle valve 22 on the housing 12 of the throttle valve connector 10.
  • the temperature sensor 50 is connected via an electrical plug connection 54 to the electronics 46 arranged on the printed circuit board 42, which cannot be seen in FIG. 2, since it is arranged in the cover 46 of the housing 12.
  • the temperature sensor 50 projects into the throttle opening 16. It is a common component for measuring temperature.
  • the pressure sensor 52 is arranged in the housing 12 of the throttle valve assembly 10 downstream of the throttle valve 22.
  • the pressure sensor 52 is also connected by means of an electrical plug connection 56 to the electronics 48 arranged on the printed circuit board 42, which is also not shown in FIG. 2.
  • the pressure sensor 52 is connected to the throttle opening via a channel 58 arranged in the housing 12.
  • the temperature sensor 50 and the pressure sensor 52 can also be arranged according to FIG. 3 in lines to which the throttle valve connector 10 is connected.
  • 3 shows an input line 60 to which the throttle valve connector 10 is connected on the input side and an output line 62 to which the throttle valve connector 10 is connected on the output side.
  • the throttle valve assembly 10 is shown schematically here. 3 is connected on the input side to an air supply line as input line 60 and on the output side to an output line 62, which is designed as a pressure line.
  • the temperature sensor 50 is arranged in the input line 60 and the pressure sensor 52 in the output line 62.
  • the throttle opening 16 of the throttle valve assembly 10 is supplied with gaseous medium 66, which in this exemplary embodiment is designed as air.
  • the gaseous medium 66 has a certain temperature T in front of the throttle valve 22 of the throttle valve connector 10, which temperature T can be detected by means of the temperature sensor 50. Downstream after that of the throttle valve 22 of the throttle valve connector 10, the air has a certain pressure, which can be detected by means of the pressure sensor 52.
  • the pressure and / or temperature values recorded at certain time intervals can be supplied in a manner not shown to the electronics 46 of the throttle valve assembly 10 arranged on the printed circuit board 42.
  • the electronics 46 of the printed circuit board 42 have suitable evaluation electronics, by means of which the pressure and / or temperature data acquired can be determined, which can be determined by the throttle opening 16 in the air mass passing through.
  • the electronics have further modules by means of which the currently determined air mass can be connected and evaluated with other information of the motor vehicle.
  • the indirect measurement of temperature and pressure of the air mass passing through the throttle opening 16 of the throttle valve connector 10 ensures in a particularly reliable manner that the air mass passing through the throttle opening 16 can be reliably determined even in particularly large time intervals.

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Throttle Valves Provided In The Intake System Or In The Exhaust System (AREA)
  • Lift Valve (AREA)

Abstract

Ein Drosselklappenstutzen (10) mit einem Gehäuse (12), das eine von einem gasförmigen Medium (66) in einer Hauptströmungsrichtung (64) durchströmbare durchgehende Drosselöffnung (16) aufweist, wobei in der Drosselöffnung (16) eine auf einer Drosselklappenwelle (18) schwenkbar befestigte Drosselklappe (22) angeordnet ist, wobei die Drosselklappenwelle (18) von einem Stellantrieb (26) verschwenkbar ist und wobei die Drosselöffnung (16) eingangsseitig an eine Eingangsleitung (60) und ausgangsseitig an eine Ausgangsleitung (62) angeschlossen ist soll mit besonders einfachen Mitteln besonders zuverlässig eine Ermittlung der durch die Drosselöffnung (16) hindurchtretende Masse an gasförmigem Medium (66) gewährleisten. Hierzu ist stromaufwärts vor der Drosselklappe (22) ein erster Temperatursensor (50) für die Temperatur T des gasförmigen Mediums und stromabwärts nach der Drosselklappe (16) ein zweiter Drucksensor (52) für den Druck P des gasförmigen Mediums (66) angeordnet.

Description

Beschreibung
Drosselklappenstutzen
Die Erfindung bezieht sich auf einen Drosselklappenstutzen mit einem Gehäuse, das eine von einem gasförmigen Medium in einer Hauptströmungsrichtung durchströmbare durchgehende Drosselöffnung aufweist, wobei in der Drosselöffnung eine auf einer Drosselklappenwelle schwenkbar befestigte Drosselklappe angeordnet ist, wobei die Drosselklappenwelle von einem Stellantrieb verschwenkbar ist und wobei die Drosselöffnung eingangsseitig an eine Eingangsleitung und ausgangsseitig an eine Ausgangsleitung angeschlossen ist.
Zur Steuerung der dem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs zuzuführenden Frischgasmenge werden üblicherweise Drosselklappenstutzen eingesetzt. Drosselklappenstutzen umfassen ein Gehäuse mit einer durchgehenden Drosselöffnung und ein in der Drosselöffnung angeordnetes Drosselorgan. Das Drosselorgan ist häufig als Drosselklappe ausgebildet und nimmt für den Durchlaß einer bestimmten Frischgasmenge eine bestimmte Stellung in der Drosselöffnung ein. Hierzu ist die Drosselklappe mechanisch oder elektronisch ansteuerbar.
Die Drosselklappe eines Drosselklappenstutzens kann in einem Teilbereich, zum Beispiel dem Leerlaufbereich, von einem Stellantrieb bewegbar und im restlichen Bereich mit Hilfe eines an das Gaspedal des Kraftfahrzeugs gekoppelten Drahtseiles bewegbar sein. Alternativ kann die Drosselklappe jedoch auch in ihrem gesamten Verstellbereich von einem Stellantrieb bewegbar sein. Bei diesen letztgenannten Systemen gibt es keine mechanische Verbindung zwischen der Sollwertvorgabe, insbesondere dem Gaspedal, und der Drosselklappe. Ausgelöst durch das Niederdrücken des Gaspedals wird bei diesen sogenannten E-Gas- oder Drive-by-wire-Systemen die Leistungsanforderung in ein elektrisches Signal umgesetzt. Das elektrische Signal wird einer Steuereinheit zugeführt, die wiederum aus dem elektrischen Signal ein Ansteuersignal für den Stellantrieb erzeugt.
Um Fehler bei E-Gas-Systemen bei der Übermittlung des Ansteuersignais von der Steuereinheit zum Antrieb der Drosselklappenwelle zu vermeiden, gibt es Drosselklappenstutzen, bei denen die Steuereinheit für den Stellantrieb in das Gehäuse des Drosselklappenstutzens integriert ist. Die Steuereinheit kann dabei in eine in dem Gehäuse angeordnete Elektronik integriert sein. Die Elektronik ist dabei für weitere Funktionen des Drosselklappenstutzens vorgesehen, beispielsweise für die Ansteuerung einer Positionskontrolle der Drosselklappenwelle sowie die Erfassung und Speicherung von Daten des Drosselklappenstutzens. Eine Integration der Elektronik in das Gehäuse des Drosselklappenstutzens ist häufig mit einem besonders großen Herstellungs- und Montageaufwand verbunden, da das Gehäuse zusätzlich eine Aufnahme für die Elektronik aufweisen muß. Außerdem ist zur Montage des Drosselklappenstutzens ein zusätzlicher Montageschritt erforderlich, bei dem die Elektronik in das Gehäuse des Drosselklappenstutzens integriert wird.
Zur Lastermittlung eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Otto-Motors eines Personenkraftwagens, wird üblicherweise mittels eines Luftmassensensors die durch die Drosselöffnung des Drosselklappenstutzens hindurchtretende Luftmasse gemessen. Der hierzu erforderliche Luftmassensensor, HFM, ist jedoch technisch aufwendig und insbesondere bei einer Massenproduktion von Drosselklappenstutzen ein nicht unerheblicher Kostenfaktor. Zudem wird bei einer Verschmutzung des Luftmassensensors das Meßergebnis verfälscht. Daher ist es erforderlich, den Luftmassensensor in regelmäßigen Zeitabständen oder bei Bedarf auszuwechseln. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Drosselklappenstutzen der oben genannten Art anzugeben, der mit besonders einfachen Mitteln auch über besonders lange Zeiträume hinweg eine besonders zuverlässige Ermittlung der durch die Drosselöffnung hindurchtretenden Luftmasse zuverlässig gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß stromaufwärts vor der Drosselklappe ein erster Sensor für die Temperatur T des gasförmigen Mediums und stromabwärts nach der Drosselklappe ein zweiter Sensor für den Druck T des gasförmigen Mediums angeordnet ist.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß ein Luftmassensensor für einen Drosselklappenstutzen - der auch über besonders lange Zeiträume hinweg besonders zuverlässige Meßergebnisse gewährleistet - vor Verunreinigungen geschützt sein sollte. Dies läßt sich jedoch insbesondere in einem Ansaugluftkanal eines Personenkraftwagens nur mit besonders hohem Aufwand durch den Einbau eines aufwendigen Filtersystems gewährleisten. Alternativ zur direkten Luftmassenmessung gibt es jedoch die Möglichkeit, indirekt die durch die Drosselöffnung des Drosselklappenstutzens hindurchtretende Luftmasse zu bestimmen. Hierzu bieten sich ein Temperatur- und ein Drucksensor an. Aus der Temperatur der Luft und dem Druck der Luft läßt sich zuverlässig die durch die Drosselöffnung hindurchtretende Luftmasse ermitteln. Für die Messung von Druck und Temperatur des durch die Drosselöffnung hindurchtretenden Luftstromes sind außerdem Standardsensoren verwendbar, die auch bei Massenproduktionen keinen erheblichen Beitrag zu den Kosten liefern. Um zuverlässig eine Messung des Drucks des durch die Drosselöffnung hindurchtretenden Luftstromes zu gewährleisten, ist hierzu der Drucksensor in Strömungsrichtung hinter der Drosselklappe und der Temperatursensor in Strömungsrichtung vor der Drosselklappe angeordnet.
Vorteilhafterweise ist der erste für die Temperatur T des gasförmigen Mediums vorgesehene Sensor an dem Gehäuse des Drosselklappenstutzens angeordnet und ragt zumindest teilweise in die Drosselöffnung hinein. Eine Integration des Temperatursensors in das Gehäuse des Drosselklappenstutzens ermög- licht eine Vormontage des Temperatursensors in dem Gehäuse des Drosselklappenstutzens, so daß der Temperatursensor dann gemeinsam mit dem Gehäuse des Drosselklappenstutzens zwischen der Eingangsleitung und der Ausgangsleitung anzuordnen ist. Hierdurch ist der für den Drosselklappenstutzen und die Montage des Temperatursensors erforderliche Aufwand besonders gering.
Vorteilhafterweise ist der zweite für den Druck P des gasförmigen Mediums vorgesehene Sensor in dem Gehäuse angeordnet und über einen in dem Gehäuse angeordneten Kanal mit der Drosselöffnung verbunden. Eine Anordnung des Drucksensors in dem Gehäuse schützt den Drucksensor besonders zuverlässig vor Verschmutzungen.
Vorteilhafterweise ist das Gehäuse von einem Gehäusedeckel verschließbar, wobei in dem Gehäusedeckel eine Elektronik für den ersten für die Temperatur T des gasförmigen Mediums vorgesehenen Sensors und den zweiten für den Druck P des gasförmigen Mediums vorgesehenen Sensors angeordnet ist. Weist das Gehäuse eine Elektronik für die beiden Sensoren auf, so sind die Signale der Sensoren besonders zuverlässig aufgrund des kurzen Weges zwischen den Sensoren und der Elektronik an die Elektronik übertragbar, wodurch Fehler aufgrund von Signalübermittlungen oder Störungen in den Übertragungsleitungen besonders zuverlässig vermieden sind.
Vorteilhafterweise umfaßt die Elektronik auch die Steuerung des Stellantriebs. Weiterhin ist vorteilhafterweise die Drosselklappenwelle mit einer Positionser- fassungseinrichtung verbunden, die über die Elektronik auslesbar ist. In der Elektronik sind also alle erfaßten Daten des Drosselklappenstutzens auslesbar und für weitere Zwecke in dem Kraftfahrzeug aufbereitbar.
Vorteilhafterweise ist die Elektronik auf einer Leiterplatte angeordnet. Wird die Elektronik vor dem Einbau in das Gehäuse auf einer Leiterplatte angeordnet, insbesondere mit Hilfe von integrierten Schaltkreisen, so läßt sich die Elektronik in einem einzigen Montageschritt in das Gehäuse integrieren. Die Elektronik ist dann mit geeigneten Verbindungen sowohl an Einheiten außerhalb des Gehäu- ses als auch mit in oder an dem Drosselklappenstutzen angeordneten Sensoren verbindbar.
Vorteilhafterweise ist die Elektronik über eine Steckverbindung mit der Positi- onserfassungseinrichtung und dem Stellantrieb verbunden. Aufgrund der räumlichen Nähe von Positionserfassungseinrichtung und Stellantrieb läßt sich mittels eines einzelnen Bauteils eine Verbindung zwischen der Elektronik und der Positionserfassungseinrichtung einerseits und der Elektronik und dem Stellantrieb andererseits herstellen.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die indirekte Messung der durch den Drosselöffnung hindurchtretenden Luftmasse mit Sensoren, die besonders unanfällig gegen Verschmutzungen sind, auch über besonders lange Zeiträume hinweg besonders zuverlässig eine Messung der durch die Drosselöffnung hindurchtretenden Luftmasse beim Betrieb des Drosselklappenstutzens zuverlässig gewährleistet ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen die Figuren:
Fig. 1 : schematisch einen Drosselklappenstutzen in Explosivdarstellung,
Fig. 2: schematisch die Anordnung der Sensoren in dem Gehäuse des
Drosselklappenstutzen gemäß Fig. 1 und
Fig. 3: schematisch die Anordnung der Sensoren stromabwärts und stromaufwärts des Drosselklappenstutzens.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Der Drosselklappenstutzen 10 gemäß Fig. 1 dient dazu, einem nicht dargestellten Verbraucher, beispielsweise einer Einspritzeinrichtung eines ebenfalls nicht dargestellten Kraftfahrzeugs, ein Luft- oder ein Kraftstoff-Luft-Gemisch zuzuführen, wobei mittels des Drosselklappenstutzens 10 die dem Verbraucher zuzuführende Frischgasmenge steuerbar ist. Hierzu weist der Drosselklappenstutzen 10 ein Gehäuse 12 auf, das überwiegend aus Aluminium 14 gefertigt ist. Alternativ kann das Gehäuse jedoch auch aus Kunststoff gefertigt sein. Das Gehäuse 12 umfaßt eine durchgehende Drosselöffnung 16, über die dem nicht dargestellten Verbraucher Luft- bzw. ein Kraftstoff-Luft-Gemisch zuführbar ist. Zur Einstellung des zuzuführenden Volumens des Frischgases ist auf einer Drosselklappenwelle 18 mit Hilfe von Befestigungsmitteln 20 eine Drosselklappe 22 angeordnet. Die Drosselklappenwelle 18, die Befestigungsmittel 20 sowie die Drosselklappe 22 sind in Fig. 1 in einer Explosionsdarstellung gezeigt.
Eine Drehung der Drosselklappenwelle 18 bewirkt gleichzeitig eine Verschwen- kung der auf der Drosselklappenwelle 18 angeordneten Drosselklappe 22. Ein Verschwenken der Drosselklappe 22 bewirkt eine Vergrößerung oder Verkleinerung der Öffnung der Drosselöffnung 16. Hierdurch ist die Menge des durch die Drosselöffnung 16 hindurchtretenden Strömungsmediums einstellbar. Mittels einer Bewegung der Drosselklappe 22 erfolgt somit eine Regulierung des Durchsatzes des Luft- bzw. Kraftstoff-Luft-Gemischs durch die Drosselöffnung 16 des Drosselklappenstutzens 10.
Die Drosselklappenwelle 18 kann mit einer nicht näher dargestellten Seilscheibe verbunden sein, die wiederum über einen Bowdenzug mit einer Einsteilvorrichtung für eine Leistungsanforderung verbunden ist. Die Einsteilvorrichtung kann hierbei als Gaspedal eines Kraftfahrzeugs ausgebildet sein, so daß eine Betätigung dieser Einstellvorrichtung durch den Fahrer des Kraftfahrzeugs die Drosselklappe 22 von einer Stellung minimaler Öffnung, insbesondere einer Schließstellung, bis in eine Stellung maximaler Öffnung, insbesondere eine Offenstellung gebracht werden kann, um hierdurch die Leistungsabgabe des Kraftfahrzeugs zu steuern.
Die in Fig. 1 gezeigte Drosselklappenwelle 18 des Drosselklappenstutzens 10 ist im Gegensatz dazu entweder in einem Teilbereich von einem Stellantrieb und ansonsten über das Gaspedal einstellbar oder aber die Drosselklappe 22 ist über den gesamten Verstellbereich von einem Stellantrieb einstellbar. Bei diesen sogenannten E-Gas oder Drive-by-wire-Systemen wird die mechanische Leistungssteuerung, beispielsweise Niederdrücken eines Gaspedals, in ein elektrisches Signal umgesetzt. Dieses Signal wird wiederum einer Steuereinheit zugeführt, die ein Ansteuersignal für den Stellantrieb erzeugt. Es gibt bei diesen Systemen im Normalbetrieb keine mechanische Kopplung zwischen dem Gaspedal und der Drosselklappe 22.
Zur Verstellung der Drosselklappenwelle 18 und damit der Drosselklappe 22 weist der Drosselklappenstutzen 10 ein Antriebsgehäuse 24 auf. Das Antriebsgehäuse 24 ist einstückig mit dem Gehäuse 12 des Drosselklappenstutzens 10 ausgeführt. Das Gehäuse 12 des Drosselklappenstutzens 10 und das Antriebsgehäuse 24 können alternativ auch zweistückig ausgeführt sein. In dem Antriebsgehäuse 24 ist ein als Elektromotor ausgebildeter elektrischer Stellantrieb 26 angeordnet. Der als Elektromotor ausgebildete elektrische Stellantrieb 26 ist über ein Getriebe 28 mit der Drosselklappenwelle 18 verbunden. Die Drosselklappenwelle 18 ist also von dem als Elektromotor ausgebildeten Stellantrieb 26 verschwenkbar.
Die Drosselklappe 22 ist über die Drosselklappenwelle 18 von einer Rückstellfeder 28 in eine Grundstellung zurückschwenkbar beaufschlagt. Eine Notlauffeder 30 gewährleistet weiterhin, daß auch bei einem Ausfall des als Elektromotor ausgebildeten elektrischen Stellantriebs 26 die Drosselklappe nicht vollständig geschlossen ist, so daß trotz des Ausfalls des als Elektromotor ausgebildeten Stellantriebs 26 eine wenn auch nur geringe Fahrleistung des Kraftfahrzeugs zuverlässig gewährleistet ist. Die Rückstellfeder 28 und die Notlauffeder 30 sind an einem ersten Ende 32 der Drosselklappenwelle 18 angeordnet. Das Gehäuse 12 ist an diesem Ende von einem ersten Deckel 24 verschließbar. An dem zweiten Ende 36 der Drosselklappenwelle 18 ist eine als Potentiometer ausgebildete Positionserfassungseinrichtung 38 zur Erfassung der jeweils aktuellen Position der Drosselklappenwelle 18 und damit indirekt der Drosselklappe 22 angeordnet. Die als Potentiometer ausgebildete Positionserfassungseinrichtung 38 und der als Elektromotor ausgebildete Stellantrieb 26 sind mit Hilfe einer Steckverbindung 40 an eine Leiterplatte 42 angeschlossen. Die Leiterplatte 42 ist dabei mittels einer Deckplatte 44 von dem Gehäusebereich abgetrennt, in dem das Potentiometer 38 und der als Elektromotor ausgebildete Stellantrieb 26 angeordnet sind. Die Deckplatte 44 schützt die Leiterplatte 42 zuverlässig vor Verunreinigungen, die durch den Betrieb der mechanischen Elemente in dem Drosselklappenstutzen 10 unvermeidlich sind. Auf der Leiterplatte 42 ist die Elektronik 46 für den als Elektromotor ausgebildeten Stellantrieb 26 und die als Potentiometer ausgebildete Positionserfassungseinrichtung 38 angeordnet. Die Leiterplatte 42 ist bei der Montage des Drosselklappenstutzens 10 in einem Deckel 48 anzuordnen, wobei mittels des Deckels 48 das Gehäuse 12 des Drosselklappenstutzens 10 von der dem Federsystem abgewandten Seite her verschließbar ist.
Um beim Betrieb des Drosselklappenstutzens 10 die durch die Drosselöffnung 16 hindurchtretende Luftmasse zu bestimmten, sind in dem Drosselklappenstutzen 10 gemäß Fig. 2 ein Temperatursensor 50 und ein Drucksensor 52 angeordnet. Der Temperatursensor ist dabei stromabwärts vor der Drosselklappe 22 und der Drucksensor 52 ist stromabwärts nach der Drosselklappe 22 an dem Gehäuse 12 des Drosselklappenstutzens 10 angeordnet. Der Temperatursensor 50 ist über eine elektrische Steckverbindung 54 mit der auf der Leiterplatte 42 angeordneten Elektronik 46 verbunden, die in Fig. 2 nicht zu sehen ist, da sie in dem Deckel 46 des Gehäuses 12 angeordnet ist. Der Temperatursensor 50 ragt in die Drosselöffnung 16 hinein. Es handelt sich hierbei um ein übliches Bauteil zur Messung von Temperatur.
Der Drucksensor 52 ist in dem Gehäuse 12 des Drosselklappenstutzens 10 stromabwärts nach der Drosselklappe 22 angeordnet. Der Drucksensor 52 ist ebenfalls mittels einer elektrischen Steckverbindung 56 mit der auf der Leiterplatte 42 angeordneten Elektronik 48 verbunden, was ebenfalls in Fig. 2 nicht näher dargestellt ist. Der Drucksensor 52 ist über einen in den Gehäuse 12 angeordneten Kanal 58 mit der Drosselöffnung verbunden. Alternativ zu Fig. 2 können der Temperatursensor 50 und der Drucksensor 52 auch gemäß Fig. 3 in Leitungen angeordnet sein, an die der Drosselklappenstutzen 10 angeschlossen ist. Fig. 3 zeigt eine Eingangsleitung 60, an die der Drosselklappenstutzen 10 eingangsseitig angeschlossen ist und eine Ausgangsleitung 62, an die der Drosselklappenstutzen 10 ausgangsseitig angeschlossen ist. Schematisch ist hierbei der Drosselklappenstutzen 10 dargestellt. Der Drosselklappenstutzen ist also gemäß Fig. 3 eingangsseitig an eine Luftzuführungsleitung als Eingangsleitung 60 und ausgangsseitig an eine Ausgangsleitung 62, die als Druckleitung ausgebildet ist, angeschlossen. Gemäß Fig. 3 ist der Temperatursensor 50 in der Eingangsleitung 60 und der Drucksensor 52 in der Ausgangsleitung 62 angeordnet.
Beim Betrieb des Drosselklappenstutzens 10 wird der Drosselöffnung 16 des Drosselklappenstutzens 10 gasförmiges Medium 66 zugeführt, das in diesem Ausführungsbeispiel als Luft ausgebildet ist. Das gasförmige Medium 66 weist vor der Drosselklappe 22 des Drosselklappenstutzens 10 eine bestimmte Temperatur T auf, die mittels des Temperatursensors 50 erfaßbar ist. Stromabwärts nach dem der Drosselklappe 22 des Drosselklappenstutzens 10 weist die Luft einen bestimmten Druck auf, der mittels des Drucksensors 52 erfaßbar ist. Die in bestimmten Zeitabständen erfaßten Druck- und/oder Temperaturwerte sind in nicht näher dargestellter Weise der auf der Leiterplatte 42 angeordneten E- lektronik 46 des Drosselklappenstutzens 10 zuführbar. Die Elektronik 46 der Leiterplatte 42 weist geeignete Auswerteelektronik auf, mittels derer aus den erfaßten Druck- und/oder Temperaturdaten, die durch die Drosselöffnung 16 in durchtretende Luftmasse bestimmbar ist. Zusätzlich weist die Elektronik weitere Module auf, mittels derer die jeweils aktuell ermittelte Luftmasse mit anderen Informationen des Kraftfahrzeugs verbindbar und auswertbar ist.
Durch die indirekte Messung von Temperatur und Druck des durch die Drosselöffnung 16 des Drosselklappenstutzens 10 hindurchtretende Luftmasse ist besonders zuverlässig gewährleistet, daß auch in besonders großen Zeitintervallen zuverlässig die durch die Drosselöffnung 16 hindurchtretende Luftmasse ermittelbar ist.

Claims

Patentansprüche
1. Drosselklappenstutzen (10) mit einem Gehäuse (12), das eine von einem gasförmigen Medium (66) in einer Hauptströmungsrichtung (64) durchströmbare Drosselöffnung (16) aufweist, wobei in der Drosselöffnung (16) eine auf einer Drosselklappenwelle (18) schwenkbar befestigte Drosselklappe (22) angeordnet ist, wobei die Drosselklappenwelle (18) von einem Stellantrieb (26) verschwenkbar ist und wobei die Drosselöffnung (16) eingangsseitig an eine Eingangsleitung (60) und ausgangsseitig an eine Ausgangsleitung (62) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß stromaufwärts vor der Drosselklappe (22) ein erster Temperatursensor (50) für die Temperatur T des gasförmigen Mediums (66) und stromabwärts nach der Drosselklappe (22) ein zweiter Drucksensor (52) für den Druck P des gasförmigen Mediums (66) angeordnet ist.
2. Drosselklappenstutzen (10) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der erste für die Temperatur T des gasförmigen Mediums (66) vorgesehene Temperatursensor (50) an dem Gehäuse (12) angeordnet ist und zumindest teilweise in die Drosselöffnung (16) hineinragt.
3. Drosselklappenstutzen (10) nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß der zweite für den Druck P des gasförmigen Mediums (66) vorgesehene Drucksensor (54) in dem Gehäuse (12) angeordnet ist und über einen in dem Gehäuse (12) angeordneten Kanal (58) mit der Drosselöffnung (16) verbunden ist.
4. Drosselklappenstutzen (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) von einem Gehäusedeckel (48) verschließbar ist, wobei in dem Gehäusedeckel (48) eine Elektronik (46) für den ersten Temperatursensor (50) und den zweiten Drucksensor (52) angeordnet ist.
5. Drosselklappenstutzen (10) nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronik (46) auch die Steuerung des Stellantriebs (26) umfaßt.
6. Drosselklappenstutzen (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselklappenwelle (18) mit einer Positionserfassungseinrichtung (38) verbunden ist, die über die Elektronik (46) auslesbar ist.
7. Drosselklappenstutzen (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronik (46) auf einer Leiterplatte (42) angeordnet ist.
8. Drosselklappenstutzen (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronik (10) über eine Steckverbindung mit der Positionserfassungseinrichtung (38) und dem Stellantrieb (26) verbunden ist.
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