DE3742969C2 - Vorrichtung zur Einstellung einer Drosselklappe einer Luftansaugleitung einer Brennkraftmachine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Einstellung einer Drossel­ klappe einer Luftansaugleitung einer Brennkraftmaschine nach dem Ober­ begriff des Anspruchs 1.

Eine elektronische Reglung der Stellung der Drosselklappe ist aus der DE-OS 31 35 479 bekannt, bei der die Bewegung des Gaspedals auf elektri­ schem Wege zur Drosselklappe übertragen und die Drosselklappe über einen Elektromotor betätigt wird, wobei ein Sollwertgeber am Gaspedal angeordnet ist, dessen Signal als Positions- bzw. Positionsänderungssignal für die Einstellung der Drosselklappe genutzt wird, und ein Istwertgeber an der Drosselklappenwelle, dessen Signal ebenso wie das des Gaspedal-Sollwert­ gebers einem elektronischen Regler zugeführt werden, dessen Ausgangssignal die Drosselklappe durch den Elektromotor verstellt.

Als Elektromotor ist hier der Einsatz eines Schrittmotors angegeben.

Aus der US-PS 4,112,885 ist eine ähnliche Reglung der Stellung der Drossel­ klappe bekannt, wobei vorgeschlagen wird, entweder einen Gleichstrom- oder einen Schrittmotor für die Einstellung der Drosselklappe zu verwenden.

Die aus beiden Druckschriften entnehmbaren Schrittmotore weisen den Nach­ teil auf, daß sie eine geringe Verstellarbeit verrichten, weshalb eine größere Untersetzung über ein Getriebe erfolgen muß, das Selbsthemmung aufweist, d. h. eine Rückstellung ohne Motoreinsatz, z. B. durch eine Rück­ stellfeder der Drosselklappe wäre ausgeschlossen. Der Einsatz eines mecha­ nisch kommutierten Gleichstrommotors ist durch Verschleißteile wie Bürsten, Lamellen usw. nicht ratsam.

Es sind jedoch elektronisch kommutierte Gleichstrommotoren bekannt, bei denen die Rotorstellung gegenüber den Statorwicklungen über Hall-Sensoren festgestellt wird, deren Signale in einer Kommutierungslogik ausgewertet und über eine Leistungsstufe zur Ansteuerung der Statorwicklungen genutzt werden.

Für den harten Einsatz bei Brennkraftmaschinen eignen sich diese Hall-Sensoren sowie aufwendige Schaltungen nicht, da beide Bauteile beschleunigungs- und temperaturempfindlich sind und darüber hinaus teuer sind.

Die Erfindung basiert auf der Oberlegung, wie diese empfindlichen Bauteile entfallen können, ohne Nachteile in Kauf nehmen zu müssen, und ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der im Ober­ begriff des Hauptanspruchs angegebenen Art entsprechend zu gestalten.

Diese Aufgabe ist mit den im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 ange­ gebenen Merkmalen gelöst worden. Unteransprüche behandeln Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen.

Mit der Erfindung sind folgende Vorteile erreichbar geworden: Entfall der Hall-Sensoren sowie der Kommutierungslogik als Einzelteil, geringerer Bauraum des Elektroniotors, geringere Anzahl von elektrischen Verbindungen, eine höhere Temperaturbelastbarkeit und höhere Betriebs­ sicherheit.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 Ein Blockschaltbild der Vorrichtung im Zusammenhang mit einem elektronischen Steuergerät.

Fig. 2 Einzelheiten des Steuergerätes aus Fig. 1.

Fig. 1 zeigt als Blockschaltbild eine Vorrichtung zur Einstellung einer Drosselklappe 1 in einer Luftansaugleitung 2 einer Brennkraftmaschine im Zusammenhang mit einem elektronischen Steuergerät 3, das für das Manage­ ment der Brennkraftmaschine, z. B. der Brennstoffeinspritzung, Zündung, Füllungsreglung usw. vorgesehen ist. Die Vorrichtung weist einen will­ kürlich vom Motorbetreiber betätigbaren Gashebel 4 mit einem elektrisch belasteten Potentiometer 5 auf, wobei die Gashebelposition als Spannungs­ signal V₁ vom Potentiometer 5 abgegriffen und dem Steuergerät 3 zugeführt wird. In diesem wird in bekannter Weise ein Sollwertsignal für die Ein­ stellung der Drosselklappe 1 gebildet, das einem Elektromotor 6 zugeführt wird, der über ein Untersetzungsgetriebe 7 auf eine fest oder trennbar angekoppelte Drosselklappenwelle 8 einwirkt.

Der Elektromotor 6 ist als elektronisch kommutierbarer Gleichstrommotor ausgebildet und besteht aus einem einen Permanentmagneten aufweisenden Rotor und Statorwicklungen, wobei die Statorwicklungen über Leitungssträn­ ge 9, 10, 11 aus dem Stator herausgeführt und mit dem Steuergerät 3 ver­ bunden sind.

Die Drosselklappenwelle 8 ist mit einem strombelasteten Potentiometer 12 verbunden, von dem die Einstellung der Drosselklappe 1 ebenfalls als Span­ nungssignal V₂ abgegriffen und als Ist-Wertsignal dem Steuergerät 3 zuge­ führt wird. Beim Zusammenbau ist eine vorgegebene Obereinstimmung zwischen der Drosselklappenwelle, Rotor und Stator einzuhalten.

Fig. 2 zeigt Einzelheiten der Schaltung, wie sie im Steuergerät 3 verwirk­ licht ist, mit einem Leitungseingang 13 für das Spannungssignal des Drossel­ klappen-Potentiometers 12, mit einer Spannungs-Logik-Schaltung 14 als Hard­ ware in Form von Komparatoren oder als Softwarelösung, die nach einer Wahr­ heitstabelle aufgebaut ist und je nach Potentiometer-Signal-Wert V₂ einen hohen oder niedrigen (H oder L) Spannungswert in Leitungsausgängen 15, 16, 17 erzeugt, die zu einer Inverterstufe 18 führen, die die Spannungswerte inver­ tiert, sofern ein entsprechendes, im Steuergerät 3 gebildetes Signal über eine Anschlußleitung 19 vorliegt.

Ausgangsleitungen 20, 21, 22 der Inverterstufe 18 führen jeweils zu Und-Glie­ dern 23, alternativ kann auch eine Softwarelösung vorgesehen sein, deren zweiter Eingang mit einer Leitung 24 verbunden ist, in der das Steuersignal für die Einstellung der Drosselklappe 1 ansteht und über Ausgangsleitungen 25, 26, 27 und die Leitungsstränge 9, 10, 11, ggfs. über eine nicht darge­ stellte Leistungsstufe, die einzelnen Statorwicklungen ansteuert.

Funktion

Aus den Potentiometer-Spannungssignalwerten V₁ und V₂ wird in bekannter Weise im Steuergerät ein in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine korrigiertes Steuerspannungssignal für die Einstellung der Drosselklappe gebildet, das über Leitung 24 am zweiten Eingang der Und-Glieder 23 als konstanter Spannungswert oder als variabler Spannungs­ impuls ansteht. Je nachdem in welche Richtung die Einstellung der Drossel­ klappe erfolgen muß, wird im Steuergerät ein Signal erzeugt und über Lei­ tung 19 der Inverterstufe zugeführt. Sofern ein Signal vorliegt, das einer Öffnung der Drosselklappe entspricht, werden die angesteuerten Statorwick­ lungen durch das vergrößerte Steuerspannungssignal stärker bestromt und erzeugen ein größeres Motordrehmoment, wodurch die Drosselklappe gegen das Drehmoment einer Rückstellfeder geöffnet wird.

Bei der Öffnung der Drosselklappe ändert sich der Drosselklappen-Potentio­ meter-Spannungssignalwert V₂, und somit ändern sich über die Spannungs- Logik-Schaltung bei festgelegten Spannungswerten die H- oder L-Spannungen in den Leitungsausgängen 15, 16, 17 bzw. 20, 21, 22, wodurch die Stator­ wicklungen bestromt werden, die eine Weiterdrehung des Rotors bewirken und so weiter. Sofern eine Schließung der Drosselklappe erforderlich ist, liegt ein entsprechendes Signal vor, das eine Invertierung der H- oder L-Spannungen der Leitungsausgänge 20, 21, 22 bewirkt, wodurch die Drehrichtung bzw. das Drehmoment des Motors umgekehrt wird und eine entsprechende Einstellung der Drosselklappe erfolgen kann.

In Weiterbildung der Erfindung kann anstelle der dargestellten Dreieckschal­ tung, bei der 2 Statorwicklungen bestromt und eine kurzgeschlossen ist, auch eine andere Schaltung gewählt werden, bei der die Möglichkeit der Umpolung einzelner Statorwicklungen besteht, wodurch das Drehmoment durch Abstoßung gleicher Pole in einigen Drehphasen erheblich vergrößert und somit ein klei­ nerer Motor gewählt werden kann.

Sofern eine trennbare Ankopplung der Drosselklappenwelle 8 an das Untersetzungsgetriebe 7 vorgesehen ist, kann die Drosselklappen­ welle in Notsituationen abgetrennt und dadurch die Drosselklappe geschlossen werden.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Einstellung der Drosselklappe einer Luftansaugleitung einer Brennkraftmaschine in Abhängigkeit der Position eines Gashebels, dessen Position und die der Drosselklappe als Spannungssignale von mit diesen verbundenen elektrisch belasteten Potentiometern abgegriffen und zur Bildung eines Steuerspannungssignals für einen über ein Getriebe auf die Drosselklappenwelle einwirkenden Elektromotor genutzt werden, wobei die Bildung des Steuerspannungssignals in einem elektronischen Steuergerät erfolgt, das für das Management der Brennkraftmaschine vor­ gesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektromotor ein elektro­ nisch kommutierbarer Gleichstrommotor (6) eingesetzt ist, dessen Rotor­ position gegenüber den Statorwicklungen aus dem Spannungssignal des Drosselklappen-Potentiometers (12) erfaßt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannungs­ signal des Drosselklappen-Potentiometers (12) in einer Spannungs-Logik- Schaltung (14) aufgegliedert und als H-L-Spannungssignal für eine Schal­ tung von Und-Gliedern (23) genutzt wird, deren zweiter Eingang (24) mit dem Steuerspannungssignal beaufschlagt ist und deren Ausgangssignal die Sta­ torwicklungen ansteuert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungs- Logik-Schaltung (14) eine Inverterstufe (18) nachgeschaltet ist, die auf ein Signal des Steuergerätes (3) reagiert.

4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß einzelne Statorwicklungen entgegen der Polung der ande­ ren Wicklungen gepolt werden.