DE3610571C2

DE3610571C2 -

Info

Publication number: DE3610571C2
Application number: DE3610571A
Authority: DE
Inventors: Hideaki Yokosuka Kanagawa Jp Inoue; Shinji Tokio/Tokyo Jp Katayose; Akira Yokosuka Kanagawa Jp Takei; Minoru Yokohama Kanagawa Jp Tamura
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1985-04-01
Filing date: 1986-03-27
Publication date: 1993-05-06
Also published as: JPS61226533A; DE3610571A1; US4735183A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einer Vorrichtung zur Steuerung der Winkelstellung einer Drosselklappe in einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, bei der die Drosselklappe mit Hilfe eines Stellmotors entsprechend der Betätigung des Gaspedals geöffnet oder geschlossen wird.

Herkömmliche Vorrichtungen dieser Art werden in der US-PS 41 12 885 sowie in den DE-Offenlegungsschriften 27 14 113 und 27 53 703 beschrieben. Bei diesen Vorrichtungen wird die Drosselklappe mit Hilfe eines Schrittmotors entsprechend einem durch eine Steuerschaltung erzeugten elektrischen Impulssignal in Öffnungsrichtung oder in Schließrichtung verstellt, so daß die Ist-Position der Drosselklappe mit einer von der jeweiligen Gaspedalstellung abhängigen Soll-Position in Übereinstimmung gebracht wird. Eine zwischen dem Schrittmotor und der Drosselklappe angeordnete Kupplung gestattet es, die Drosselklappe unter bestimmten Bedingungen, beispielsweise bei einem Ausfall der Steuerschaltung oder bei Schalt- oder Bremsvorgängen während der Fahrt mit konstant geregelter Geschwindigkeit, von dem Schrittmotor zu trennen, so daß sie unter der Wirkung einer Rückholfeder in die Schließstellung überführt wird. Im Normalbetrieb wird die Drosselklappe dagegen durch den Schrittmotor in die Schließstellung bewegt, wenn der Fahrer das Gaspedal losläßt.

Wenn bei derartigen Vorrichtungen die Soll- oder die Ist-Position der Drosselklappe anhand der Anzahl der dem Schrittmotor zugeführten Schrittimpulse bestimmt wird, so ist die Genauigkeit der Positionserfassung und -einstellung durch die Auflösung der Impulse begrenzt. Eine Einstellung des Öffnungswinkels der Drosselklappe ist daher sehr schwierig, selbst wenn die Winkelauflösung gegenüber herkömmlichen Systemen erhöht wird. Wenn die Ist-Position der Drosselklappe mit Hilfe eines elektrischen Potentiometers abgetastet wird, so ergeben sich Fehler bei der Steuerung des Öffnungswinkels der Drosselklappe durch Ungenauigkeiten bei der Montage des Potentiometers oder durch Schwankungen der Spannung des Potentiometers.

Wenn das Gaspedal gelöst wird, so daß die Drosselklappe an sich vollständig geschlossen sein müßte, so besteht bei den herkömmlichen Vorrichtungen die Gefahr, daß die Drosselklappe nicht exakt in der vollständig geschlossenen Stellung gehalten wird, so daß die Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine unnötig erhöht wird und/oder die Drosselklappe wiederholt relativ hoher Geschwindigkeit an den Wänden des Ansaugrohres anschlägt, was zu einem unerwünschten Verschleiß führt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Steuerung der Position der Drosselklappe oder eines vergleichbaren Steuerglieds in einer Brennkraftmaschine zu schaffen, bei der das Steuerglied genau in eine vorgegebene Stellung (Schließstellung) überführt werden kann, ohne daß ein heftiger Aufprall des Steuerglieds bei Erreichen dieser Stellung auftritt.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1.

Erfindungsgemäß wird die Drosselklappe freigegeben, wenn das Gaspedal vollständig gelöst wird, und eine Feineinstellvorrichtung, beispielsweise eine Rückholfeder, ist derart ausgelegt, daß die Drosselklappe nach ihrer Freigabe in die Schließstellung überführt wird und die Schließstellung mit relativ mäßiger Geschwindigkeit erreicht, so daß ein heftiger Aufprall an den Wänden des Ansaugrohres vermieden wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung; und

Fig. 2 und 3 sind Flußdiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise der Vorrichtung.

Gemäß Fig. 1 ist ein Gaspedal 10 (oder allgemein ein Beschleunigungsgeber) in der Nähe des unteren Bereichs eines nicht gezeigten Fahrersitzes eines Kraftfahrzeuges angeordnet. Der Verstellwinkel (Betätigungsgrad) des Gaspedals 10 wird durch ein Potentiometer 12 abgetastet. Der durch das Potentiometer 12 abgetastete Wert wird als ein Spannungssignal einer Drosselklappen-Steuerschaltung 14 zugeführt. Die Steuerschaltung 14 enthält einen Mikrocomputer und nimmt das oben erwähnte Signal des Potentiometers 12 über einen Analog/Digital-Wandler 16 auf.

Das von dem Potentiometer 12 erzeugte Analogsignal wird durch den Analog/Digital-Wandler 16 in ein digitales Signal umgewandelt und an eine Zentraleinheit (CPU) 18 übermittelt, die daraufhin ein 4-bit-Steuersignal zur Steuerung der Winkelverstellung der Drosselklappe entsprechend der abgetasteten Betätigung des Gaspedals erzeugt. In einer Verriegelungsschaltung 20 wird der letzte Wert des Steuersignals gehalten.

Das Steuersignal wird von der Verriegelungsschaltung 20 an eine Motor-Treiberschaltung 22 übermittelt, so daß Wicklungen 24 a, 24 b eines Schrittmotors 24 jeweils entsprechend dem Steuersignal erregt und angesteuert werden.

Die Achse der Drosselklappe 26 wird durch den Schrittmotor 24 angetrieben, so daß die Winkelstellung der Drosselklappe 26 entsprechend der Drehrichtung und der Schrittzahl des Schrittmotors 24 eingestellt wird.

Durch eine Rückholfeder 28 wird die Drosselklappe 26 in Richtung auf ihre vollständig geschlossene Stellung vorgespannt.

Die Winkelstellung der Drosselklappe 26 wird durch die Zentraleinheit 18 anhand der Anzahl der Drehschritte des Schrittmotors 24 in jeder Richtung abgeschätzt.

Die Arbeitsweise der oben beschriebenen Vorrichtung soll anhand der Fig. 2 und 3 näher erläutert werden.

Fig. 2 ist ein Flußdiagramm eines Interrupt-Programms, das in vorgegebenen Zeitintervallen durch ein die Zentraleinheit 18 steuerndes, nicht gezeigtes Betriebssystem aufgerufen wird. Das Betriebssystem ist üblicherweise in einem Nur-Lese-Speicher (ROM) gespeichert. Fig. 3 ist ein Flußdiagramm eines sogenannten Zählerüberlauf-Interrupt-Programms, das entsprechend der Geschwindigkeit des Schrittmotors, die durch das periodische Interrupt-Programm gemäß Fig. 2 ermittelt wird, wiederholt iteriert wird. D. h., die Zentraleinheit des Mikrocomputers enthält einen Zähler, der eine Anzahl von Winkelbewegungs-Einheiten des Schrittmotors 24 zählt.

Gemäß Fig. 2 liest die Zentraleinheit 18 in Schritt 100 die Winkelverstellung (Weg l) des Gaspedals 10. In Schritt 102 berechnet die Zentraleinheit 18 in Abhängigkeit von der Stellung des Gaspedals einen Sollwert für den Öffnungswinkel der Drosselklappe (eine gewünschte Schrittzahl STEP*).

In Schritt 104 berechnet die Zentraleinheit 18 die Abweichung ε der tatsächlichen Schrittzahl STEP der Drosselklappe 26 von der gewünschten Schrittzahl STEP*.

In Schritt 106 wird durch die Zentraleinheit die gewünschte Motorgeschwindigkeit berechnet, die Drehrichtung des Schrittmotors 24 ausgewählt und ein Flag gesetzt, das die Drehrichtung des Motors angibt. Die Ansteuerung des Schrittmotors 24 erfolgt in einem sogenannten Zählerüberlauf-Interrupt-Programm (ein Programm, das jeweils aufgerufen wird, wenn in einem Zähler ein bestimmter Zählerstand erreicht wird). Die Periodendauer für den periodischen Aufruf dieses Programms wird in Schritt 106 in Abhängigkeit von der gewünschten Motorgeschwindigkeit festgelegt.

In Schritt 108 entscheidet die Zentraleinheit 18, ob das Gaspedal 10 die vollständig gelöste Stellung erreicht hat, d. h., ob das Gaspedal 10 eine Stellung erreicht hat, die der vollständig geschlossenen Stellung der Drosselklappe 26 entspricht. Wenn dies der Fall ist, so entscheidet die Zentraleinheit 18 in Schritt 110, ob die Drosselklappe 26 eine Position unmittelbar vor der vollständig geschlossenen Stellung erreicht hat. Zu diesem Zweck überprüft die Zentraleinheit, ob die tatsächliche Schrittzahl STEP des Schrittmotors 24 kleiner oder gleich 4 ist.

Wenn das Gaspedal 10 nicht losgelassen wurde oder wenn die Drosselklappe 26 nicht eine Position unmittelbar vor der vollständig geschlossenen Stellung erreicht hat, so wird in Schritt 112 ein Entregungs-Flag NOTRQ zurückgesetzt. Wenn dagegen das Gaspedal 10 losgelassen wurde und die Drosselklappe 26 eine Position unmittelbar vor der vollständig geschlossenen Stellung erreicht hat, so setzt die Zentraleinheit 18 in Schritt 114 das Entregungs-Flag NOTRQ.

Das Flußdiagramm des Zählerüberlauf-Interrupt-Programms soll unter Bezugnahme auf Fig. 3 erläutert werden.

In einem Schritt 116 entscheidet die Zentraleinheit 18, ob das Entregungs-Flag NOTRQ gesetzt ist. Wenn dieses Flag nicht gesetzt ist, so entscheidet die Zentraleinheit 18 in Schritt 118, ob der Schrittmotor 24 in Ruhe ist, sich in Normalrichtung dreht oder ob er sich in Rückwärtsrichtung dreht. Bei der Drehung des Schrittmotors in Normalrichtung wird in Schritt 120 die tatsächliche Schrittzahl STEP um 1 erhöht. Wenn sich der Motor in Rückwärtsrichtung dreht, so wird die tatsächliche Schrittzahl STEP in Schritt 122 um 1 vermindert. Wenn sich der Schrittmotor in der Ruhestellung befindet, wird die Schrittzahl STEP nicht verändert.

Die in Schritt 120 oder 122 erhaltene tatsächliche Schrittzahl STEP entspricht dem tatsächlichen Öffnungswinkel der Drosselklappe 26 und wird zur Berechnung der oben beschriebenen Abweichung ε verwendet.

In Schritt 124 wird eines der nachfolgend in Tabelle 1 wiedergegebenen Erregungsmuster 1, 2, 3 und 4 in einer vorgegebenen Reihenfolge ausgewählt, durch die die Drehrichtung des Schrittmotors 24 festgelegt wird.

Tabelle 1

Die Erregungsmuster 1, 2, 3 und 4 in Tabelle 1 geben an, welcher der Anschlußklemmen A und B des Schrittmotors ein Strom zugeführt wird, und in welcher Polarität der Strom zugeführt wird (d. h., von A nach oder umgekehrt).

Wenn von dem Erregungsmuster 1 auf das Erregungsmuster 2 übergegangen wird, so wird der Schrittmotor 24 in der normalen Drehrichtung betätigt. Wenn das Erregungsmuster in der Reihenfolge 3, 4, 1, 2 und 3 geändert wird, so wird der Schrittmotor 24 wiederholt in der normalen Drehrichtung betätigt. Wenn dagegen die Erregungsmuster in der Reihenfolge 1, 4, 3, 2, 1 und 4 ausgewählt werden, so wird der Schrittmotor 24 nacheinander schrittweise in Rückwärtsrichtung betätigt.

Auf diese Weise werden die Erregungsmuster 1, 2, 3 und 4 in einer vorgegebenen Reihenfolge ausgewählt, so daß der Schrittmotor 24 schrittweise entweder in Normalrichtung oder in Rückwärtsrichtung gedreht wird. Die Drosselklappe 26 wird bei jedem Schritt des Schrittmotors 24 beispielsweise um 1,8° in Öffnungs- oder Schließrichtung verstellt.

Wenn das Gaspedal 10 losgelassen ist, so befindet sich die Drosselklappe 26 in der Position unmittelbar vor der vollständig geschlossenen Stellung, und bei der Abfrage in Schritt 116 wird festgestellt, daß das Flag NOTRQ gesetzt ist. In diesem Fall wird in Schritt 126 ein Entregungsmuster aufgerufen, das ebenfalls in Tabelle 1 dargestellt ist. Auf diese Weise wird keine der Wicklungen 24 a, 24 b des Schrittmotors 24 erregt, und die Verstellung der Drosselklappe 26 in die vollständig geschlossene Stellung erfolgt ausschließlich mit Hilfe der Rückholfeder 28. Obgleich das Gaspedal 10 losgelassen wurde, kann die Drosselklappe 26 daher die vollständig geschlossene Stellung einnehmen, ohne daß sie einen Spalt mit den Wänden der Drosselkammer bildet. Da darüber hinaus die Drosselklappe 26 unmittelbar vor dem Erreichen der vollständig geschlossenen Stellung durch die Wirkung des Schrittmotors kurz angehalten wird, wird ein heftiger Aufprall der Drosselklappe 26 auf die Wände oder einen Anschlag der Drosselkammer verhindert.

Wenn die tatsächliche Schrittzahl STEP des Motors 24 einen kleinen Wert, beispielsweise 4 oder weniger, aufweist, so erkennt die Zentraleinheit 18, daß sich die Drosselklappe 26 in einer Position unmittelbar vor der vollständig geschlossenen Stellung befindet. Der Grund besteht darin, daß die Winkelstellung des Schrittmotors 24 nicht in jedem Fall mit der vollständig geschlossenen Stellung der Drosselklappe 26 übereinstimmt. Bei dem in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel angewandten Verfahren, bei dem vier Erregungsmuster 1, 2, 3 und 4 sequentiell ausgewählt werden, beträgt der maximale Fehler drei Schritte. Ein Toleranzbereich entsprechend einer Schrittzahl kleiner oder gleich 4 ist daher ausreichend.

Da bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der die Drosselklappe 26 antreibende Schrittmotor 24 entregt wird, wenn die Drosselklappe eine Position unmittelbar vor der vollständig geschlossenen Stellung erreicht hat, und die Drosselklappe danach durch die Kraft der Rückholfeder 28 in die vollständig geschlossene Stellung überführt wird, kann die Drosselklappe 26 exakt auf die vollständig geschlossene Stellung eingestellt werden, und es wird verhindert, daß die Drosselklappe bei Erreichen der vollständig geschlossenen Stellung mit hoher Geschwindigkeit auf die Drosselkammer aufprallt.

Hierdurch wird die Lebensdauer der Drosseleinheit erhöht, und die Leerlaufdrehzahl der Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs kann zuverlässig in dem normalen Leerlaufdrehzahlbereich gehalten werden.

Bei der Massenherstellung von Kraftfahrzeugen muß zwar bei der Montage der Schrittmotoren und der Drosselklappen der Öffnungswinkel der Drosselklappe und das Erregungsmuster für den Schrittmotor derart eingestellt werden, daß der Öffnungswinkel Null der Drosselklappe mit dem Erregungsmuster 1 zusammenfällt, doch wird erfindungsgemäß die Feineinstellung der Drosselklappe in die vollständig geschlossene Stellung mit Hilfe der Rückholfeder 28 ausgeführt, so daß der Zeit- und Arbeitsaufwand für die Feineinstellung verringert und die Herstellungskosten entsprechend gesenkt werden.

Die gleiche Wirkung kann durch eine Vorrichtung erzielt werden, bei der der Öffnungswinkel der Drosselklappe mit Hilfe eines Potentiometers abgetastet wird.

Claims

1. Vorrichtung zur Steuerung der Position eines Steuerglieds in einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, mit

(a) einem Steuerglied (26), durch dessen Position die Drehzahl der Brennkraftmaschine gesteuert wird und das die Brennkraftmaschine im Leerlaufzustand hält, wenn es sich in einer vorgegebenen Position befindet,
(b) einer vom Fahrer betätigbaren Bedienungseinrichtung (10) zum Vorgeben einer gewünschten Position des Steuerglieds (26),
(c) einer Abtasteinrichtung (12) zur Abtastung der Position der Bedienungseinrichtung (10) und zur Erzeugung eines der abgetasteten Position entsprechenden Signals und
(d) einer das Signal der Abtasteinrichtung (12) aufnehmenden Antriebseinrichtung (14, 22, 24) zur Betätigung des Steuerglieds (26) in Abhängigkeit von der Position der Bedienungseinrichtung (10), wobei die Antriebseinrichtung in der Lage ist, das Steuerglied (26) freizugeben, so daß es durch eine Rückstellvorrichtung (28) in die vorgegebene Position überführbar ist,

dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung (14, 22, 24) das Steuerglied (26) freigibt, wenn die Bedienungseinrichtung (10) unbetätigt ist, und daß die Rückstellvorrichtung als Feineinstellvorrichtung (28) ausgebildet ist, die das Steuerglied (26) nach dessen Freigabe mit begrenzter Aufprallgeschwindigkeit in die vorgegebene Position überführt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerglied eine in einer Drosselkammer angeordnete Drosselklappe (26) ist, deren Achse mit der Antriebseinstellung (24) verbunden ist, und daß die Feineinstellvorrichtung eine an der Achse der Drosselklappe befestigte Rückholfeder (28) ist, die die Drosselklappe in Richtung auf die vorgegebene Position vorspannt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedienungseinrichtung ein Gaspedal (10) ist und daß die Antriebseinrichtung (14, 22, 24) die Drosselklappe (26) in einer in der Nähe der vorgegebenen Position gelegenen Zwischenposition freigibt, wenn das Gaspedal (10) gelöst wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Position der Drosselklappe (26) die vollständig geschlossene Stellung der Drosselklappe ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine zweite Abtasteinrichtung, die abtastet, ob die Drosselklappe (26) die Zwischenposition erreicht hat, und ein das Erreichen der Zwischenposition anzeigendes Signal an die Antriebseinrichtung liefert.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung (14, 22, 24) einen in entgegengesetzte Richtungen antreibbaren Schrittmotor (24) und eine Steuerschaltung (14) umfaßt, die anhand der Drehrichtung und der Anzahl der zurückgelegten Schritte des Schrittmotors (24) abtastet, ob die Drosselklappe (26) die Zwischenposition erreicht hat.