EP0337099A2 - Vorrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine in Fahrzeugen - Google Patents

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EP0337099A2
EP0337099A2 EP19890103735 EP89103735A EP0337099A2 EP 0337099 A2 EP0337099 A2 EP 0337099A2 EP 19890103735 EP19890103735 EP 19890103735 EP 89103735 A EP89103735 A EP 89103735A EP 0337099 A2 EP0337099 A2 EP 0337099A2
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EP
European Patent Office
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throttle valve
coupling part
valve shaft
coupling
armature
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19890103735
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0337099A3 (de
Inventor
Gerhard Ing. Kolberg (Grad.)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP0337099A2 publication Critical patent/EP0337099A2/de
Publication of EP0337099A3 publication Critical patent/EP0337099A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D11/00—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated
    • 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
    • F02D11/107—Safety-related aspects
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D11/00—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated
    • 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
    • F02D2011/101—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 characterised by the means for actuating the throttles
    • F02D2011/103—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 characterised by the means for actuating the throttles at least one throttle being alternatively mechanically linked to the pedal or moved by an electric actuator

Definitions

  • the invention relates to a device for controlling an internal combustion engine in vehicles of the type defined in the preamble of claim 1.
  • control electronics are designed in such a way that the control is switched off when serious errors occur and the internal combustion engine comes to a standstill due to the return spring being forced to close the throttle valve. In such cases, the additional emergency equipment ensures that the vehicle is maneuverable.
  • the drive lever or the accelerator pedal is via a Bowden cable coupled with the setpoint device and adjusts the latter according to the driving lever position.
  • the rotational position of the setpoint generator is transmitted as an electrical signal to control electronics, which, taking into account further control variables such as the slip of the drive wheels, generates an actuating signal for the servomotor that swivels the throttle valve.
  • the emergency drive device consists of a variable-length mechanical transmission element which is designed as a rod and can be connected to the setpoint device via a connecting lever.
  • the link lever can also be towed towards full load by a rocker arm.
  • the rocker arm connects the drive lever to the setpoint device.
  • the length variability of the rod is realized by two compression springs with different preloads. In the event of a malfunction, when the electrical power control fails, when the actuator is de-energized, when the drive lever is actuated, the connecting lever is dragged along by the rocker arm and thus the transmission rod is compressed until the throttle valve is adjusted due to the spring force of the stronger compression spring. Driving with half the load of the internal combustion engine is then possible.
  • the device according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage that during the trouble-free operation of the drive lever is completely uncoupled from the throttle valve, so that there is no additional friction for the torque-sensitive actuator acting on the throttle valve shaft. Only in the event of a malfunction, i.e. when the servomotor is switched off, is the driving lever automatically and driver-independently coupled to the throttle valve, and the latter is mechanically adjusted when the driving lever is actuated in emergency driving mode.
  • the automatic locking of the throttle valve and drive lever can be achieved particularly advantageously by de-energizing the clutch magnet in the event of a malfunction in the absence of power to the servomotor and the revolving connection between the two clutch parts released by energizing the clutch magnet by means of a clutch spring is automatically restored. If the electromagnet is connected in series with the servomotor, no separate power output stage is required to excite the electromagnet through the control electronics.
  • the clutch according to the invention between the throttle valve and the drive lever and the respective fixed connection of the one clutch part with the throttle valve and the other clutch part with the drive lever opens up the possibility of accommodating the setpoint device in the throttle valve, servomotor and control electronics unit, the so-called throttle valve actuator, if appropriate a preferred embodiment of the invention, the setpoint device is arranged on the coupling part connected to the drive lever.
  • An electrical actual value sensor which detects the rotational position of the throttle valve is expediently arranged on the first coupling part connected to the throttle valve shaft or on the throttle valve shaft itself.
  • the setpoint generator and actual value generator can advantageously be combined on a single element.
  • the slideways of the two potentiometers are arranged on a fixed insulating plate, while the sliders contacting the slideways are each rotatably coupled to a coupling part.
  • the insulating plate is arranged coaxially with the throttle valve shaft.
  • the throttle valve actuator shown schematically in FIG. 1 is used to control the power of an internal combustion engine of a vehicle which, according to the position of the drive lever or accelerator pedal (not shown), pivots a throttle valve 10 in the intake duct 11 of the internal combustion engine in such a way that it releases a certain opening cross section and thus the Quantity of the mixture supplied to the internal combustion engine and ultimately the power of the internal combustion engine are determined.
  • the throttle valve 10 is seated in a rotationally fixed manner on a throttle valve shaft 12, which is held in bearings 13, 14 in a housing 15 of the throttle valve actuator.
  • a gearwheel 16 On the throttle valve shaft 12 there is a gearwheel 16 which is driven by a toothed wheel 18 via a toothed belt 17 and which is seated on the output shaft 19 of an electronically commutated drive motor which is reversible in the direction of rotation, hereinafter referred to as servomotor 20.
  • the servomotor 20 is controlled by control electronics 21 which take into account the electrical output signal of a setpoint generator 22 to be described converts further manipulated variables, such as slip of the drive wheels, into an actuating voltage for the servomotor 20.
  • the electrical output signal of the setpoint generator 22 is a direct measure of the position of the accelerator pedal or drive lever. If the internal combustion engine is to be accelerated by depressing the drive lever, the setpoint generator 22 is adjusted via the drive lever.
  • the control electronics 21 generates an actuating voltage for the servomotor 20 from the electrical output signal of the setpoint generator 22, and the latter rotates the throttle valve shaft 12 by a certain angle of rotation.
  • the control electronics 21 is designed so that when a serious error occurs, the servomotor 20 is switched off and returns to its closed position (FIG. 1) with the throttle valve 10 by a return spring (not shown). If the mixture is not supplied, the internal combustion engine comes to a standstill.
  • an emergency driving device 23 is provided, which in such a case mechanically connects the driving lever directly to the throttle valve shaft 12 and thus transmits the pivoting of the driving lever directly to the throttle valve 10.
  • the emergency drive device 23 has an electromagnetic clutch 24, the first clutch part 241 of which is fixedly connected to the throttle valve shaft 12 and the second clutch part 242 of which is permanently connected to the drive lever.
  • the clutch 24 is designed in such a way that the two clutch parts 241, 242 are disengaged when the electrical control is in undisturbed operation and come into engagement with one another automatically in the event of a fault and the associated switching off of the servomotor 20.
  • the first coupling part 241 is formed by an end flange 25 seated at the end of the throttle valve shaft 12.
  • the second Coupling part 242 which is arranged at a distance from the end flange 25 and concentrically surrounds the throttle valve shaft 12, is pivotally mounted in the housing 15 of the throttle valve actuator, but is secured against axial displacement in the housing 15 (cf. FIG. 1).
  • the second coupling part 242 contains the electromagnet 26 with a cup-shaped yoke 27, a cylindrical excitation winding 28 and the armature 29 covering the pot opening.
  • the armature 29 is designed as a rope pulley 30 which is fixed in a rotationally fixed manner on a sleeve 31 with a T-shaped cross section.
  • the sleeve 31 is freely rotating and axially displaceable on the throttle valve shaft 12.
  • a coupling spring 32 designed as a compression spring, which is supported on the one hand on the rope pulley 30 and on the other hand on the yoke 27 and the sleeve 31 via the rope pulley 30 seeks to move against the magnetic force of the electromagnet 26.
  • the electromagnet 26 is switched off, the sleeve 31 with the pulley 30 on the throttle valve shaft 12 is shifted so far that the opposing end faces 311 of the sleeve 31 and 251 of the end flange 25 abut one another.
  • Axially projecting claws 33 and 34 are arranged both on the end face 251 and on the end face 311 and are arranged distributed uniformly over the circumference of the end faces 251 and 311.
  • four claws 33 and 34 are provided on each end face 251 and 311, respectively, which are offset from one another by 90 ° in the circumferential direction.
  • the dimensions of the claws 33, 34 in the circumferential direction are dimensioned to be relatively small, so that when the claws 33, 34 are in engagement with one another, the end flange 25 and sleeve 31 can rotate through a rotation path s without the other part being entrained in rotation (FIG. 3).
  • This play, designated s, in the clutch 24 is used to reduce the power of the internal combustion engine in emergency operation.
  • a Bowden cable 36 acts on the sheave 30 with a tangential direction of attack.
  • the strand 37 of the Bowden cable 36 is fastened to the cable pulley 30, while the sleeve 38 of the Bowden cable 36 is supported on the end face at a stop bracket 39 on the housing 15.
  • the Bowden cable 36 connects the cable pulley 30 directly to the driving lever, so that each pivoting of the driving lever is converted into a corresponding rotation of the cable pulley 30.
  • the connecting lines of the excitation winding 28 shown schematically in FIG. 2 are connected in parallel to the connections of the servomotor 20.
  • the setpoint generator 22 shown schematically in FIG. 1 is designed as a rotary angle potentiometer, in which a grinder 40 contacts an annular slideway 41 and, depending on the rotational position of the grinder 40, a corresponding output voltage can be taken from the slideway 41 and / or from the grinder 40.
  • the sliding path 41 is arranged as an outer circular path on an insulating plate 42 which concentrically surrounds the throttle valve shaft 12 and is fastened in the housing 15.
  • the grinder 40 here designed as a double grinder, is fastened to the yoke 27 and adjusts itself according to its rotational movement on the sliding track 41.
  • an electrical actual value transmitter 43 which detects the rotational position of the throttle valve 10 and whose electrical output signal is a measure of is the pivot position of the throttle valve 10 and is also supplied to the control electronics 21.
  • the actual value transmitter 43 like the setpoint transmitter 22, is designed as a rotation angle potentiometer, the sliding track 44 of which is arranged concentrically to the sliding track 41 on the insulating plate 42.
  • the grinder 45 of the actual value transmitter 43 is rotatably connected to the throttle valve shaft 12.
  • the control electronics 21 deliver a specific actuating signal to the servomotor 20, which opens the throttle valve 10 to such an extent that the internal combustion engine is idling.
  • the servomotor 20 When the servomotor 20 is energized, the excitation winding 28 of the electromagnetic clutch 24 is also energized. Due to the magnetic force, the sheave 30 is axially displaced against the force of the clutch spring 32 until it rests on the end ring surface of the yoke 27. The claws 33, 34 disengage due to the displacement of the rope pulley 30.
  • the clutch 24 is disengaged, the pulley 30 and the throttle valve shaft 12 can rotate unaffected by one another.
  • the driver will depress the driving lever.
  • the pivoting movement of the driving lever is converted via the Bowden cable 36 into a pivoting movement of the rope pulley 30, and since it rests against the yoke 27, into a pivoting movement of the entire coupling part 242.
  • the grinder 40 of the setpoint generator 22 is rotated on the sliding track 41, as a result of which the electrical output signal of the setpoint generator 22 increases.
  • the enlarged output signal of the setpoint generator 22 fed to the control electronics 21 triggers the supply of a corresponding actuating signal to the servomotor 20 which swivels the throttle valve shaft 12 via the toothed belt drive 16 - 18, so that the passage opening in the intake duct 11 which is released by the throttle valve 10 increases.
  • the control motor 21 stops the servomotor 20 and the throttle valve 10 rotates back into its closed position (FIG. 1) through the return spring.
  • the passage opening in the intake duct 11 is thus completely closed and the internal combustion engine comes to a standstill due to the lack of a fuel mixture.
  • the servomotor 20 is switched off, the energization of the excitation winding 28 of the electromagnet 26 also ceases, and the clutch spring 32 pushes the rope pulley 30 with the sleeve 31 axially outward until the claws 33, 34 of the end flange 25 and sleeve 31 axially on the respective end faces 311 or 251 and engage with each other.
  • the cable pulley 30 is still pivoted in the arrow direction 35 in FIG. 3 via the Bowden cable 36.
  • the cams 34 on the end face 11 of the sleeve 31 come into contact with the cams 33 on the end face 251 of the end flange 25 and take them along in the direction of rotation.
  • the throttle valve shaft 12 is thus rotated and the throttle valve 10 is moved into a swivel position in which it in turn opens a specific opening in the intake duct 11.
  • the internal combustion engine receives fuel mixture again and can drive the vehicle in a kind of emergency operation. Through the play s between the claws 33 and 34, the power of the internal combustion engine is reduced when the drive lever is fully depressed.
  • the electromagnetic coupling 24 and the setpoint generator 22 are somewhat modified in their structural design, although a somewhat larger axial overall length must be accepted.
  • the second coupling part 242 no longer encloses the throttle valve shaft 12, but is an extension of the Throttle valve shaft 12 rotatably held in housing 15 in a bearing schematically indicated by 50.
  • the sheave 30 is shown, which is connected in a rotationally fixed manner to an end flange 46, which lies opposite the end flange 25 and, in the same way as the sleeve 31 in FIG Front flange 25 can be brought into engagement.
  • the electromagnet 26 is not shown here.
  • Setpoint generator 22 and actual value transmitter 43 are in turn designed as an angle of rotation potentiometer and arranged in the same way as in FIG. 1.
  • the two sliding tracks 41 and 44 are arranged in a concentric arrangement on the insulating plate 42 coaxial with the throttle valve shaft 12 and the grinder 45 of the actual value transmitter 43 is again in Execution as a double grinder attached to the throttle valve shaft 12.
  • the grinder 40 of the setpoint generator 22 is fastened as a double grinder to a sleeve 47 which is arranged coaxially with the throttle valve shaft 12, surrounds it and is rotatably held in a bearing 48 in the housing 15.
  • the sleeve 47 is connected in a rotationally fixed manner to the end flange 46 of the second coupling part 242 via a driver 49.
  • the modified throttle valve actuator is identical to that described above. Since the angle of rotation of the angle of rotation potentiometer is less than 180 °, the slideways of setpoint generator 22 and actual value generator 43 can also be arranged as ring segments on the same circular path that runs coaxially to throttle valve shaft 12. The grinders remain attached to the throttle valve shaft 12 or to the sleeve 47, but are designed as single grinders.
  • the former is either connected in series with the servomotor 20 or connected directly to its terminals in parallel connection. so that an electrical safety shutdown downstream of the servomotor 20 in the control electronics 21 also ends the energization of the excitation winding 28 in the event of a fault.

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Abstract

Eine Vorrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine in Fahrzeugen weist einen über einen Fahrhebel verstellbaren Sollwertgeber (22), einen eine Drosselklappe (10) antreibenden Stellmotor (20) und eine Steuerelektronik (21) auf, die aus den Ausgangssignalen des Sollwertgebers (22) ein Stellsignal für den Stellmotor (20) generiert. Zur Aufrechterhaltung eines Notfahrbetriebs bei Ausfall der elektrischen Regelung ist eine Notfahreinrichtung (23) zur direkten Übertragung der Fahrhebelstellung auf die Drosselklappe (10) vorgesehen. Um einerseits eine automatische Zuschaltung der Notfahreinrichtung (23) im Störungsfall sicherzustellen und andererseits den Stellmotor (20) nicht mit zusätzlichen Reibwiderständen im störungsfreien Betrieb zu belasten, weist die Notfahreinrichtung (23) eine Kupplung (24) auf, deren einer Kupplungsteil (241) fest mit der Drosselklappe (10) und deren anderer Kupplungsteil (242) permanent mit dem Fahrhebel verbunden ist. Die Kupplung (24) ist derart ausgebildet, daß die beiden Kupplungsteile (241,242) bei ungestörtem Betrieb außer Eingriff sind und bei Störung automatisch in Eingriff miteinander gelangen.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine in Fahrzeugen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.
  • Mit solchen Vorrichtungen wird die Leistung der Brennkraftmaschine durch Drosselklappenverstellung elektrisch gesteuert. Die Steuerelektronik ist dabei so konzipiert, daß bei Auftreten von gravierenden Fehlern die Steuerung abgeschaltet wird und durch von einer Rückstellfeder erzwungenes Schließen der Drosselklappe die Brennkraftmaschine zum Stillstand kommt. Durch die zusätzliche Notfahreinrichtung wird in solchen Fällen die Manövrierfähigkeit des Fahrzeugs sichergestellt.
  • Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (DE-PS 36 09 849) ist der Fahrhebel oder das Fahrpedal über einen Bowdenzug mit dem Sollwertgeber gekuppelt und verstellt letzteren entsprechend der Fahrhebelstellung. Die Drehstellung des Sollwertgebers wird als elektrisches Signal an eine Steuerelektronik übertragen, die daraus und unter Berücksichtigung weiterer Regelgrößen, wie den Schlupf der Antriebsräder, ein Stellsignal für den die Drosselklappe schwenkenden Stellmotor generiert.
  • Die Notfahreinrichtung besteht aus einem längenveränderlichen mechanischen Übertragungselement, das als Stange ausgebildet ist und über einen Verbindungshebel mit dem Sollwertgeber verbindbar ist. Der Verbindungshebel ist durch einen Schlepphebel in Richtung Vollast mitschleppbar. Der Schlepphebel verbindet den Fahrhebel mit dem Sollwertgeber. Die Längenveränderlichkeit der Stange wird durch zwei Druckfedern mit unterschiedlicher Vorspannung realisiert. Im Störfall, wenn die elektrische Leistungsregelung ausfällt, wird bei stromlosem Stellmotor bei Betätigung des Fahrhebels der Verbindungshebel vom Schlepphebel so weit mitgeschleppt und damit die Übertragungsstange so weit zusammengedrückt, bis infolge der Federkraft der stärkeren Druckfeder die Drosselklappe verstellt wird. Es ist dann ein Fahrbetrieb mit halber Last der Brennkraftmaschine möglich.
  • Nachteilig ist hier, daß im ungestörten Betrieb, z.B. bei Schlupfregelung, der Stellmotor gegen die schwache Druckfeder in der Übertragungsstange arbeiten muß, so daß hier ein zusätzlicher Reibwiderstand auftritt. Handelsübliche Stellmotoren mit ihrer relativ großen Drehmomentempfindlichkeit können daher nicht verwendet werden.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß während des störungsfreien Betriebs der Fahrhebel völlig von der Drosselklappe abgekuppelt ist, so daß für den, an der Drosselklappenwelle angreifenden drehmomentempfindlichen Stellmotor keine zusätzliche Reibung vorhanden ist. Erst im Störungsfall, also wenn der Stellmotor abgeschaltet ist, wird der Fahrhebel selbsttätig und fahrerunabhängig mit der Drosselklappe gekuppelt, und letztere wird bei Betätigung des Fahrhebels im Notfahrbetrieb von diesem mechanisch verstellt.
  • Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Vorrichtung möglich.
  • Bei Ausbildung der Kupplung als elektromagnetische Kupplung läßt sich die automatische Verriegelung von Drosselklappe und Fahrhebel besonders vorteilhaft dadurch erreichen, daß mit Wegfall der Bestromung des Stellmotors im Störfall auch der Kupplungsmagnet entregt wird und die durch Bestromung des Kupplungsmagneten aufgehobene Drehverbindung zwischen den beiden Kupplungsteilen durch eine Kupplungsfeder automatisch wieder hergestellt wird. Wird dabei der Elektromagnet in Reihe mit dem Stellmotor geschaltet, ist zur Erregung des Elektromagneten durch die Steuerelektronik keine gesonderte Leistungsendstufe erforderlich.
  • Versieht man einander gegenüberliegende Stirnflächen der Kupplungsteile mit axial vorspringenden Klauen zur Drehmitnahme beider Kupplungsteile und sieht zwischen den in Eingriff miteinander stehenden Kupplungsklauen ein Spiel in Drehrichtung vor, so kann die Leistung der Brennkraftmaschine im Notfahrbetrieb gegenüber dem ungestörten Betrieb begrenzt werden.
  • Die erfindungsgemäße Kupplung zwischen Drosselklappe und Fahrhebel und die jeweils feste Verbindung des einen Kupplungsteils mit der Drosselklappe und des anderen Kupplungsteils mit dem Fahrhebel eröffnet die Möglichkeit, den Sollwertgeber in der Baueinheit Drosselklappe, Stellmotor und Steuerelektronik, dem sog. Drosselklappensteller, selbst unterzubringen, wenn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Sollwertgeber an dem mit dem Fahrhebel verbundenen Kupplungsteil angeordnet wird. Ein die Drehstellung der Drosselklappe erfassender elektrischer Istwertgeber wird dabei zweckmäßigerweise auf dem mit der Drosselklappenwelle verbundenen ersten Kupplungsteil oder der Drosselklappenwelle selbst angeordnet. Dabei lassen sich vorteilhaft Sollwertgeber und Istwertgeber auf einem einzigen Element vereinigen. Sind Sollwert- und Istwertgeber jeweils als Drehwinkelgeber, z.B. Drehwinkelpotentiometer, auszubilden, so werden die Schleifbahnen der beiden Potentiometer auf einer feststehenden Isolierplatte angeordnet, während die die Schleifbahnen kontaktierenden Schleifer mit jeweils einem Kupplungsteil drehfest gekoppelt sind. Die Isolierplatte ist dabei koaxial zur Drosselklappenwelle angeordnet.
    • Zeichnung
  • Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:
    • Fig. 1 ein Schnitt eines Drosselklappenstellers,
    • Fig. 2 einen vergrößerten Längsschnitt einer elektromagnetischen Kupplung im Drossel­klappensteller in Fig. 1,
    • Fig. 3 und 4 jeweils eine Draufsicht einander gegenüber­liegender Kupplungsscheiben der Kupplung in Fig. 2,
    • Fig. 5 eine Seitenansicht von Sollwertgeber und Istwertgeber eines ausschnittweise dargestellten Drosselklappenstellers gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
    Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Der in Fig. 1 schematisch im Schnitt dargestellte Drosselklappensteller dient zur Leistungsregelung einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, der entsprechend der Stellung des Fahrhebels oder Fahrpedals (nicht dargestellt) eine Drosselklappe 10 im Ansaugkanal 11 der Brennkraftmaschine so verschwenkt, daß sie einen gewissen Öffnungsquerschnitt freigibt und damit die Menge des der Brennkraftmaschine zugeführten Gemisches und letztlich die Leistung der Brennkraftmaschine bestimmt. Die Drosselklappe 10 sitzt drehfest auf einer Drosselklappenwelle 12, die in Lagern 13,14 in einem Gehäuse l5 des Drosselklappenstellers gehalten ist. Auf der Drosselklappenwelle 12 sitzt ein Zahnrad 16, das über einen Zahnriemen 17 von einem Zahnrad 18 angetrieben wird, das auf der Abtriebswelle 19 eines drehrichtungsumkehrbaren elektronisch kommutierten Antriebsmotor, im folgenden Stellmotor 20 genannt, sitzt. Der Stellmotor 20 wird von einer Steuerelektronik 21 gesteuert, welche das elektrische Ausgangssignal eines noch zu beschreibenden Sollwertgebers 22 unter Berücksichtigung weiterer Stellgrößen, wie Schlupf der Antriebsräder, in eine Stellspannung für den Stellmotor 20 umsetzt. Das elektrische Ausgangssignal des Sollwertgebers 22 ist ein direktes Maß für die Stellung des Fahrpedals oder Fahrhebels. Soll durch Niederdrücken des Fahrhebels die Brennkraftmaschine beschleunigt werden, so wird über den Fahrhebel der Sollwertgeber 22 verstellt. Aus dem elektrischen Ausgangs­signal des Sollwertgebers 22 erzeugt die Steuerelektronik 21 eine Stellspannung für den Stellmotor 20, und dieser dreht die Drosselklappenwelle 12 um einen bestimmten Drehwinkel. Die Steuerelektronik 21 ist so konzipiert, daß bei Auftreten eines gravierenden Fehlers der Stellmotor 20 abgeschaltet wird und mit die Drosselklappe 10 durch eine nicht dargestellte Rückstellfeder in ihre Schließstellung (Fig. 1) zurückkehrt. Bei fehlender Gemischzufuhr kommt die Brennkraftmaschine zum Stillstand. Um eine gewisse Manövrierfähigkeit des Fahrzeugs sicherzustellen, ist eine Notfahreinrichtung 23 vorgesehen, welche in einem solchen Fall den Fahrhebel direkt mit der Drosselklappenwelle 12 mechanisch verbindet und damit die Verschwenkung des Fahrhebels direkt auf die Drosselklappe 10 überträgt.
  • Im einzelnen weist die Notfahreinrichtung 23 eine elektromagnetische Kupplung 24 auf, deren erster Kupplungsteil 241 fest mit der Drosselklappenwelle 12 und deren zweiter Kupplungsteil 242 permanent mit dem Fahrhebel verbunden ist. Die Kupplung 24 ist dabei derart ausgebildet, daß die beiden Kupplungsteile 241,242 bei ungestörtem Betrieb der elektrischen Regelung außer Eingriff sind und bei Störung und der damit verbundenen Abschaltung des Stellmotors 20 selbsttätig in Eingriff miteinander gelangen.
  • Wie im einzelnen in Fig. 2 dargestellt ist, wird der erste Kupplungsteil 241 von einem am Ende der Drosselklappenwelle 12 sitzenden Stirnflansch 25 gebildet. Der zweite Kupplungsteil 242, der im Abstand vom Stirnflansch 25 angeordnet ist und konzentrisch die Drosselklappenwelle 12 umgibt, ist im Gehäuse 15 des Drosselklappenstellers schwenkbar gelagert, jedoch gegen axiale Verschiebung im Gehäuse 15 gesichert (vergl. Fig. 1). Der zweite Kupplungsteil 242 enthält den Elektromagneten 26 mit topfförmigem Rückschlußjoch 27, zylinderförmiger Erregerwicklung 28 und die Topföffnung abdeckendem Anker 29. Der Anker 29 ist als Seilscheibe 30 ausgebildet, die drehfest auf einer im Querschnitt T-förmigen Hülse 31 befestigt ist. Die Hülse 31 sitzt frei drehend und axial verschieblich auf der Drosselklappenwelle 12. Im Innern des topfförmigen Rückschlußjoches 27 ist eine als Druckfeder ausgebildete Kupplungsfeder 32 angeordnet, die sich einerseits an der Seilscheibe 30 und andererseits am Rückschlußjoch 27 abstützt und die Hülse 31 über die Seilscheibe 30 gegen die Magnetkraft des Elektromagneten 26 zu verschieben sucht. Bei abgeschaltetem Elektromagneten 26 wird dabei die Hülse 31 mit Seilscheibe 30 auf der Drosselklappenwelle 12 so weit verschoben, daß die einander gegenüberliegenden Stirnflächen 311 der Hülse 31 und 251 des Stirnflansches 25 aneinanderliegen. Sowohl an der Stirnfläche 251 als auch an der Stirnfläche 311 sind axial vorspringende Klauen 33 bzw. 34 angeordnet, die gleichmäßig über den Umfang der Stirnflächen 251 bzw. 311 verteilt angeordnet sind. Wie in Fig. 3 und 4 zu sehen sind, sind auf jeder Stirnfläche 251 bzw. 311 jeweils vier Klauen 33 bzw. 34 vorgesehen, die um jeweils 90° in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt sind. Die Abmessungen der Klauen 33,34 in Umfangsrichtung sind relativ klein bemessen, so daß bei in Eingriff miteinander stehenden Klauen 33,34 Stirnflansch 25 und Hülse 31 sich um einen Drehweg s drehen können, ohne daß eine Drehmitnahme des jeweils anderen Teils erfolgt (Fig. 3). Dieses mit s bezeichnete Spiel in der Kupplung 24 dient zur Leistungsreduzierung der Brennkraftmaschine im Notfahrbetrieb.
  • Wie in Fig. 1 zu sehen ist, greift an der Seilscheibe 30 ein Bowdenzug 36 mit tangentialer Angriffsrichtung an. Dabei ist die Litze 37 des Bowdenzugs 36 an der Seilscheibe 30 befestigt, während sich die Hülle 38 des Bowdenzugs 36 an einem Anschlagwinkel 39 am Gehäuse 15 stirnseitig abstützt. Der Bowdenzug 36 verbindet die Seilscheibe 30 unmittelbar mit dem Fahrhebel, so daß jede Verschwenkung des Fahrhebels in eine entsprechende Verdrehung der Seilscheibe 30 umgesetzt wird. Die in Fig. 2 schematisch dargestellten Anschlußleitungen der Erregerwicklung 28 sind den Anschlüssen des Stellmotors 20 parallel geschaltet.
  • Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Sollwertgeber 22 ist als Drehwinkelpotentiometer ausgebildet, bei welchem ein Schleifer 40 eine ringförmige Schleifbahn 41 kontaktiert und je nach Drehstellung des Schleifers 40 eine entsprechende Ausgangsspannung an der Schleifbahn 41 und/oder am Schleifer 40 abgenommen werden kann. Die Schleifbahn 41 ist als äußere Kreisbahn auf einer Isolierplatte 42 angeordnet, die die Drosselklappenwelle 12 konzentrisch umgibt und im Gehäuse 15 befestigt ist. Der Schleifer 40, hier als Doppelschleifer ausgebildet, ist an dem Rückschlußjoch 27 befestigt und verstellt sich entsprechend dessen Drehbewegung auf der Schleifbahn 41. Mit der Drosselklappe 10 ist noch ein die Drehstellung der Drosselklappe 10 erfassender elektrischer Istwertgeber 43 verbunden, dessen elektrisches Ausgangssignal ein Maß für die Schwenkstellung der Drosselklappe 10 ist und ebenfalls der Steuerelektronik 21 zugeführt wird. Der Istwertgeber 43 ist ebenso wie der Sollwertgeber 22 als Drehwinkelpotentiometer ausgebildet, dessen Schleifbahn 44 konzentrisch zur Schleifbahn 41 auf der Isolierplatte 42 angeordnet ist. Der Schleifer 45 des Istwertgebers 43 ist drehfest mit der Drosselklappenwelle 12 verbunden.
  • Die Wirkungsweise des vorstehend beschriebenen Drosselklappenstellers zur Regelung der Leistung einer Brennkraftmaschine ist wie folgt:
  • In Leerlaufstellung der Brennkraftmaschine, also bei unbetätigtem Fahrhebel, wird von der Steuerelektronik 21 ein bestimmtes Stellsignal an den Stellmotor 20 geliefert, der die Drosselklappe 10 so weit öffnet, daß die Brennkraftmaschine im Leerlauf läuft. Mit der Bestromung des Stellmotors 20 wird auch die Erregerwicklung 28 der elektromagnetischen Kupplung 24 bestromt. Durch die Magnetkraft wird die Seilscheibe 30 gegen die Kraft der Kupplungsfeder 32 axial bis zur Anlage auf der Stirnringfläche des Rückschlußjoches 27 verschoben. Durch die Verschiebung der Seilscheibe 30 kommen die Klauen 33,34 außer Eingriff. Die Kupplung 24 ist ausgerückt, Seilscheibe 30 und Drosselklappenwelle 12 können sich voneinander unbeeinflußt drehen.
  • Soll das Fahrzeug beschleunigt werden, so wird der Fahrer den Fahrhebel niederdrücken. Die Schwenkbewegung des Fahrhebels wird über den Bowdenzug 36 in eine Schwenkbewegung der Seilscheibe 30, und da diese an dem Rückschlußjoch 27 anliegt, in eine Schwenkbewegung des gesamten Kupplungsteils 242 umgesetzt. Durch diese Schwenkbewegung wird der Schleifer 40 des Sollwertgebers 22 auf der Schleifbahn 41 gedreht, wodurch das elektrische Ausgangssignal des Sollwertgebers 22 sich vergrößert. Das der Steuerelektronik 21 zugeführte vergrößerte Ausgangssignal des Sollwertgebers 22 löst die Zufuhr eines entsprechenden Stellsignals an den Stellmotor 20 aus, der über den Zahnriementrieb 16 - 18 die Drosselklappenwelle 12 schwenkt, so daß die von der Drosselklappe 10 freigegebene Durchtrittsöffnung im Ansaugkanal 11 sich vergrößert.
  • Bei Auftreten eines gravierenden Fehlers in der elektrischen Steuerung wird von der Steuerelektronik 21 der Stellmotor 20 stillgesetzt und die Drosselklappe 10 dreht durch die Rückstellfeder in ihre Schließstellung (Fig. 1) zurück. Damit ist die Durchtrittsöffnung im Ansaugkanal 11 völlig geschlossen und die Brennkraftmaschine kommt wegen fehlendem Brennstoffgemisch zum Stillstand. Mit Abschalten des Stellmotors 20 fällt auch die Bestromung der Erregerwicklung 28 des Elektromagneten 26 weg, und die Kupplungsfeder 32 schiebt die Seilscheibe 30 mit Hülse 31 axial nach außen, bis die Klauen 33,34 von Stirnflansch 25 und Hülse 31 axial an den jeweiligen Stirnflächen 311 bzw. 251 anliegen und miteinander in Eingriff kommen. Wird nunmehr der Fahrhebel betätigt, so wird über den Bowdenzug 36 nach wie vor die Seilscheibe 30 in Pfeilrichtung 35 in Fig. 3 geschwenkt. Nach Durchlaufen des Schwenkweges oder des Spiels s kommen die Nocken 34 an der Stirnfläche 11 der Hülse 31 an den Nocken 33 auf der Stirnfläche 251 des Stirnflansches 25 zur Anlage und nehmen diesen in Drehrichtung mit. Damit wird die Drosselklappenwelle 12 gedreht und die Drosselklappe 10 in eine Schwenkstellung überführt, in welcher sie wiederum eine bestimmte Öffnung im Ansaugkanal 11 freigibt. Die Brennkraftmaschine erhält wieder Brennstoffgemisch zugeführt und kann das Fahrzeug in einer Art Notfahrbetrieb antreiben. Durch das Spiel s zwischen den Klauen 33 und 34 ist bei voll niedergedrücktem Fahrhebel die Leistung der Brennkraftmaschine verringert.
  • Bei dem in Fig. 5 ausschnittweise dargestellten Drosselklappensteller sind die elektromagnetische Kupplung 24 und der Sollwertgeber 22 in ihrer konstruktiven Ausgestaltung etwas modifiziert, wobei allerdings eine etwas größere axiale Baulänge in Kauf zu nehmen ist. Der zweite Kupplungsteil 242 umschließt nicht mehr die Drosselklappenwelle 12, sondern ist in Verlängerung der Drosselklappenwelle 12 in einem mit 50 schematisch angedeuteten Lager drehbar im Gehäuse 15 gehalten. Von dem zweiten Kupplungsteil 242 ist lediglich die Seilscheibe 30 dargestellt, die drehfest mit einem Stirnflansch 46 verbunden ist, der dem Stirnflansch 25 gegenüberliegt und in gleicher Weise wie die Hülse 31 in Fig. 2 axial vorspringende Klauen 34 trägt, die mit den Klauen 33 am Stirnflansch 25 in Eingriff bringbar sind. Auf die Darstellung des Elektromagneten 26 ist hier verzichtet. Sollwertgeber 22 und Istwertgeber 43 sind wiederum als Drehwinkelpotentiometer ausgebildet und in gleicher Weise angeordnet wie in Fig. 1. Die beiden Schleifbahnen 41 und 44 befinden sich in konzentrischer Anordnung auf der zur Drosselklappenwelle 12 koaxialen Isolierplatte 42 und der Schleifer 45 des Istwertgebers 43 ist wiederum in Ausführung als Doppelschleifer an der Drosselklappenwelle 12 befestigt. Der Schleifer 40 des Sollwertgebers 22 ist als Doppelschleifer an einer Hülse 47 befestigt, die koaxial zur Drosselklappenwelle 12 angeordnet ist, diese umschließt und in einem Lager 48 im Gehäuse 15 drehbar gehalten ist. Die Hülse 47 ist über einen Mitnehmer 49 drehfest mit dem Stirnflansch 46 des zweiten Kupplungsteils 242 verbunden. Die Wirkungsweise des insoweit modifizierten Drosselklappenstellers ist identisch wie vorstehend beschrieben. Da der Drehwinkel der Drehwinkelpotentiometer kleiner als 180° ist, können auch die Schleifbahnen von Sollwertgeber 22 und Istwertgeber 43 als Ringsegmente auf der gleichen Kreisbahn angeordnet werden, die koaxial zur Drosselklappenwelle 12 verläuft. Die Schleifer bleiben nach wie vor an der Drosselklappenwelle 12 bzw. an der Hülse 47 befestigt, sind jedoch als Einfachschleifer ausgebildet.
  • Zur gemeinsamen Bestromung von Erregerwicklung 28 der Kupplung 24 und des Stellmotors 20 ist erstere entweder in Reihe mit dem Stellmotor 20 geschaltet oder unmittelbar an dessen Anschlußklemmen in Parallelschaltung angeschlossen, so daß eine dem Stellmotor 20 nachgeschaltete elektrische Sicherheitsabschaltung in der Steuerelektronik 21 im Störfall auch die Bestromung der Erregerwicklung 28 beendet.

Claims (14)

1. Vorrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine in Fahrzeugen, mit einem über einen Fahrhebel zwischen einer Leerlauf- und Vollaststellung verstellbaren Sollwertgeber, der der Stellung des Fahrhebels entsprechende elektrische Sollwertsignale generiert, mit einem eine im Ansaugkanal der Brennkraftmaschine angeordnete Drosselklappe antreibenden elektromotorischen Stellglied, mit einer Steuerelektronik, die aus den elektrischen Sollwertsignalen, ggf. unter Verwertung von Signalen weiterer Regelgrößen, Stellsignale für das Stellglied generiert, und mit einer Notfahreinrichtung zur direkten Übertragung der Fahrhebelstellung auf die Drosselklappe bei Störung des elektrischen Signalkreises, dadurch gekennzeichnet, daß die Notfahreinrichtung (23) eine Kupplung (24) aufweist, deren einer Kupplungsteil (241) fest mit der Drosselklappe (10) und deren anderer Kupplungsteil (242) permanent mit dem Fahrhebel verbunden ist, und daß die Kupplung (24) derart ausgebildet ist, daß die Kupplungsteile (241,242) bei ungestörtem Betrieb außer Eingriff sind und bei Störung automatisch in Eingriff miteinander gelangen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kupplungsteil (241) fest mit der Drosselklappenwelle (12) verbunden ist und der zweite Kupplungsteil (242) relativ zu der Drosselklappenwelle (12) schwenkbar angeordnet ist.
3 Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kupplungsteil (241) als am Wellenende der Drosselklappenwelle (12) sitzender Stirnflansch (25) ausgebildet ist und der zweite Kupplungsteil (242) auf der Drosselklappenwelle (12) drehbar sitzt oder mit axialem Abstand vom Stirnflansch (25) in einem ortsfesten Lager (50) gehalten ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kupplungsteil (242) einen Elektromagneten (26) mit Rückschlußjoch (27), Erregerwicklung (28) und Anker (29) aufweist und daß der Anker (29) mit dem Fahrhebel verbunden ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (29) mit einer Kupplungsfeder (32) belastet ist, deren Federkraft gegen die in Achsrichtung der Drosselklappenwelle (12) wirkende Magnetkraft des Elektromagneten (26) gerichtet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (29) mit axialem Abstand vor dem Stirnflansch (25) angeordnet ist und die beiden einander zugekehrten Flächen (251,311) von Stirnflansch (25) und Anker (29) jeweils über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnete Klauen (33,34) zur Drehmitnahme von Stirnflansch (25) und Anker (29) bei wirksamer Kupplung (24) tragen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Klauen (33,34) von Stirnflansch (25) und Anker (29) bei wirksamer Kupplung (24) mit in Umfangsrichtung vorhandenem Spiel ineinandergreifen.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (29) als Seilscheibe (30) ausgebildet ist, die über einen etwa tangential an ihr angreifenden Bowdenzug (36) mit dem Fahrhebel verbunden ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung (28) des Elektromagneten (26) mit dem elektromotorischen Stellglied (20) in Reihe geschaltet oder unmittelbar an dessen Anschlußklemmen angeschlossen ist und daß bei Störungen im Signalkreis das elektromotorische Stellglied (20) von der Steuerelektronik (21) stromlos geschaltet wird.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 - 9, dadurch gekennzeichent, daß der Sollwertgeber (22) am zweiten Kupplungsteil (242) angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem ersten Kupplungsteil (241) oder mit der Drosselklappenwelle (12) ein die Drehstellung der Drosselklappe (10) erfassender elektrischer Istwertgeber (43) verbunden ist, dessen Ausgangssignal der Steuerelektronik (21) zugeführt ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß Sollwert- und Istwertgeber (22,43) als Drehwinkelgeber ausgebildet sind, deren feststehende Komponenten (41,44) auf einem gemeinsamen Bauteil (42) angeordnet sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehwinkelgeber als Drehwinkelpotentiometer ausgebildet sind, deren Schleifbahnen (41,44) auf einer feststehenden Isolierplatte (42) angeordnet sind und deren Schleifer (40,45) mit dem zweiten Kupplungsteil (242) bzw. dem ersten Kupplungsteil (241) oder der Drosselklappenwelle (12) gekuppelt sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifbahnen (41,44) auf der Isolierplatte (42) die Drosselklappenwelle (12) koaxial umgeben, daß der Schleifer (44) des Istwertgebers (43) drehfest mit der Drosselklappenwelle (12) verbunden ist, daß der Schleifer (40) des Sollwertgebers (22) mit einer Hülse (47) drehfest verbunden ist, welche die Drosselklappenwelle (12) mit Radialspiel umgibt und in einem ortsfesten Lager (48) drehbar gehalten ist und daß die Hülse (47) starr mit dem zweiten Kupplungsteil (242) verbunden ist.
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