DE4141104C2

DE4141104C2 - Vorrichtung zur Verstellung einer Drosselklappe

Info

Publication number: DE4141104C2
Application number: DE19914141104
Authority: DE
Inventors: Stefan Koehler
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: Mannesmann VDO AG
Priority date: 1991-12-13
Filing date: 1991-12-13
Publication date: 1995-09-07
Anticipated expiration: 2011-12-14
Also published as: DE4141104A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verstellung einer im Ansaugstutzen einer Brennkraftmaschine drehbar gelagerten Drosselklappe im Leerlaufbereich zwischen einer Minimalstellung LL_min und einer Maximalstellung LL_max, bestehend im wesentlichen aus einem Gehäuse, einem darin gelagerten, elektronisch gesteuerten elektromotorischen Stellantrieb, der ein form- oder kraftschlüssig mit dem Stellantrieb verbundenes Stellglied antreibt, einem mit der Welle der Drosselklappe drehfest verbundenen Stellelement, das in Schließ richtung der Drosselklappe durch eine erste Rückstellfeder vorgespannt und in Öffnungsrichtung der Drosselklappe vom Stellglied mitnehmbar ist, einer das Stellglied in Schließrichtung der Drosselklappe vorspannenden zweiten Rück stellfeder und einer das Stellglied in Öffnungsrichtung der Drosselklappe bis in eine definierte Notlaufstellung vorspannenden dritten Rückstellfeder.

Bei derartigen Vorrichtungen wird durch die dritte Rück stellfeder dafür gesorgt, daß die Drosselklappe bei einem Ausfall des elektromotorischen Stellantriebs oder der Zuge hörigen elektronischen Steuerung in eine Notlaufstellung (LL_not) gebracht wird, die zwischen der Minimalstellung (LL_min) und der Maximalstellung (LL_max) des Leerlaufregel bereichs liegt. Zu diesem Zweck müssen die Rückstellfedern sorgfältig aufeinander abgestimmt werden. Die Summe der in Schließrichtung wirkenden Kräfte der ersten und zweiten Rückstellfeder darf nicht größer sein als die in Öffnungsrichtung wirkende Kraft der dritten Rückstellfeder. Ande rerseits muß der elektromotorische Stellantrieb schon für den Leerlaufregelbereich so stark ausgelegt werden, daß er die Drosselklappe in Öffnungsrichtung gegen die erste und zweite Rückstellfeder und in Schließrichtung gegen die dritte Rückstellfeder verstellen kann.

Als weitere Randbedingungen sind bei solchen Vorrichtungen der verfügbare Einbauraum, der Anwendungstemperaturbereich von -40 bis +140°C, die Fertigungstoleranzen, insbeson dere bei der Herstellung der Federn und verschiedene Aspekte der Betriebssicherheit zu beachten. Dazu gehört, daß sämtliche Bauteile so auszulegen sind, daß nicht nur alle bei normalem Betrieb vorkommenden Lastfälle sondern auch die bei Störungen auftretenden sicher beherrscht wer den.

In diesem Zusammenhang kommt der dritten Rückstellfeder eine besondere Bedeutung zu. Sie muß in der Lage sein, die Drosselklappe bei Ausfall des elektromotorischen Stellan triebs aus der Minimalstellung LL_min bis in die Notlauf stellung LL_not zu verstellen, und zwar gegen die erste und zweite Rückstellfeder, gegen die Reibungskräfte im Dros selklappen-Wellenlager und im Stellantrieb, zu dem übli cherweise ein Getriebe gehört, sowie gegen den maximalen Differenzdruck an der Drosselklappe im Schubbetrieb. Im Stellbereich oberhalb der Notlaufstel lung LL_not darf die dritte Rückstellfeder selbstverständlich nicht wirksam sein, weil sonst die erste und zweite Rückstellfeder die Drosselklappe aus einer Position oberhalb der Notlaufstellung nicht in die Notlaufstellung bringen könn ten, wenn der Stellantrieb ausfällt.

Maßgebend für die Auslegung des elektromotorischen Stellantrieb im Leerlauf regelbereich ist deshalb die dritte Rückstellfeder. Will man im Hinblick auf den verfügbaren Bauraum mit einem möglichst kleinen Stellantrieb auskommen, muß man die dritte Rückstellfeder möglichst schwach dimensionieren ohne die oben genannten Randbedingungen zu verletzen.

Aus der DE-OS 40 06 419 ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bekannt, bei der sowohl die erste als auch die zweite Rückstellfeder permanent auf das Stellglied einwirken. Damit muß die dritte Rückstellfeder mit einer Kraft ausgelegt sein, die größer ist als die Summe der Kräfte der ersten und zweiten Rückstellfeder, die beide über den gesamten Leerlaufbereich wirksam sind.

Dies bedingt wiederum, daß der elektromotorische Stellantrieb ebenfalls eine sehr hohe Kraft über den gesamten Leerlaufbereich aufbringen muß, um eine Verstellung des Stellglieds gegen die Kraftbeaufschlagung der dritten Rückstell feder bewirken zu können. Dazu benötigt der elektromotorische Stellantrieb die große Baugröße.

Daraus ergibt sich die Aufgabe, die eingangs genannte Vorrichtung so weiter zubilden, daß sie mit einer kleineren dritten Rückstellfeder auskommt und daß der elektromotorische Stellantrieb dementsprechend kleiner ausgelegt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Stellglied über ein Kopplungsglied mit der zweiten Rückstellfeder verbunden ist, wobei das Kopplungsglied das Stellglied nur in Schließrichtung bis zu einem Notlaufan schlag beaufschlagt, so daß die zweite Rückstellfeder im Bereich zwischen Minimalanschlag LL_min und Notlaufanschlag LL_not unwirksam ist.

Auf diese Weise wird die Wirkung der zweiten Rückstellfeder in Schließrichtung auf den Bereich bis zur Notlaufstellung LL_not der Drosselklappe beschränkt. Zur weiteren Verstel lung der Drosselklappe in Schließrichtung bis in die Stel lung LL_min wirkt nur noch die erste Rückstellfeder. Infol gedessen muß die dritte Rückstellfeder im Stellbereich von LL_min bis LL_not nur noch gegen die Kraft dieser ersten Rückstellfeder anarbeiten und kann deswegen für ein um rund 35% kleineres Vorspannmoment ausgelegt werden.

Bei Vorrichtungen, bei denen nur der Leerlaufbereich elek tromotorisch geregelt wird, kann der Stellantrieb ent sprechend kleiner und platzsparender ausgelegt werden.

In weiterer Ausbildung des Erfindungsgedankens ist vorgese hen, daß die dritte Rückstellfeder als Zugfeder ausgelegt und zwischen dem Kopplungsglied und dem Stellantrieb ange ordnet ist. Besonders zweckmäßig ist es, wenn die dritte Rückstellfeder als Drehfeder ausgebildet ist und wenn sowohl das Kopplungsglied als auch das Stellglied auf der Welle der Drosselklappe drehbar gelagert ist.

Bei dieser Version werden keine zusätzlichen Bauteile benö tigt und es wird eine sehr platzsparende Anordnung erreicht, insbesondere auch deswegen, weil verglichen mit herkömmlichen Konzeptionen nur noch eine verhältnismäßig schwache dritte Rückstellfeder benötigt wird. Außerdem ist das Kopplungsglied durch die mitgeführte Rückstellfeder zusätzlich vorgespannt und dadurch unempfindlicher gegen Schwingungen.

Gegenüber der Ausführungsform nach Anspruch 1 wird ferner erreicht, daß eine gewisse unvermeidbare Überbestimmung bei Erreichen des Notlaufanschlags entfällt. Will man vermei den, daß zwischen dem Kopplungsglied und dem Stellglied ein Spiel auftritt oder daß die dritte Rückstellfeder bereits etwas zusammengedrückt wird, wenn das Kopplungsglied den Notlaufanschlag noch nicht erreicht hat, dann ist eine auf wendige konstruktive Feineinstellung erforderlich, durch die sichergestellt werden muß, daß das Stellglied bei einer Schließbewegung genau in dem Moment beginnt die dritte Rückstellfeder zusammenzudrücken, wenn das Kopplungsglied am Notlaufanschlag zur Anlage kommt. Eine derartige Feinab stimmung ist bei der Version gemäß Anspruch 2 und 3 nicht erforderlich.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgedankens werden anhand der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Aus führungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Lineardarstellung des Erfindungsge dankens nach Anspruch l,

Fig. 2 zeigt eine Lineardarstellung des Erfindungsge dankens nach Anspruch 2,

Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus einer ersten konstruk tiven Ausführungsform,

Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt aus einer zweiten kon struktiven Ausführungsform.

Die in den Fig. 1 und 2 benutzte Lineardarstellung wird seit einigen Jahren angewendet, um die Funktionen der Vor richtung zur Verstellung der Drosselklappe besser erläutern zu können. Sie nimmt keine Rücksicht auf die konstruktive Ausführung, bei der zahlreiche Drehbewegungen stattfinden, die zeichnerisch nicht so deutlich und übersichtlich darge stellt werden können, wie dies bei der Lineardarstellung möglich ist.

In Fig. 1 ist mit 1 der Ansaugstutzen einer Brennkraftma schine angedeutet, in dem eine Drosselklappe 2 drehbar ge lagert ist. Das Verstellen der Drosselklappe 2 kann einmal direkt durch den Fahrer des Kraftfahrzeugs erfolgen, in dem die Bewegung des Fahrpedals auf das obere Ende des Stell elements 5 übertragen wird. Dieser Teil der Drossel klappenregelung gehört nicht zur Erfindung und ist in den Figuren deshalb weggelassen worden.

Die Drosselklappe 2 kann auch elektromotorisch verstellt werden. Dazu ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein in einem Gehäuse 3 angeordneter Stellantrieb 4 vorgesehen, der über ein Getriebe (nicht dargestellt) auf ein Stell glied 13 einwirkt. Das Stellglied 13 kann in Öffnungsrich tung der Drosselklappe 2 das drehfest mit der Welle der Drosselklappe 2 verbundene Stellelement 5 mitnehmen, wobei die erste Rückstellfeder 6 gespannt wird.

Im Stellbereich oberhalb von LL_not wird vom Stellglied 13 in Öffnungsrichtung auch das Kopplungsglied 9 mitgenommen, wobei zusätzlich die Rückstellfeder 7 gespannt wird. Im Stellbereich unterhalb von LL_not wird die als Druckfeder ausgebildete dritte Rückstellfeder 8 vom Stellglied 13 gespannt, bis das Stellglied 13 am gehäusefesten Anschlag 11 für die Stellung LL_min anliegt. Dabei folgt das Stell element 5 unter dem Einfluß der ersten Rückstellfeder 6 dem Stellglied 13 bis in die Position LL_min, bei der die Dros selklappe 2 im Ansaugstutzen 1 den kleinsten auslegungsmä ßigen Durchgangsquerschnitt freigibt.

Fällt der Stellantrieb 4 oder die zugehörige elektronische Steuerung (nicht dargestellt) aus, dann wird das Stellglied 13 zusammen mit dem Stellelement 5 und der Drosselklappe 2 von der dritten Rückstellfeder 8 gegen die Kraft der ersten Rückstellfeder 6 in Öffnungsrichtung bis in die Stellung LL_not gebracht, wenn die Drosselklappe 2 zuvor im Bereich zwischen LL_min und LL_not gestanden hat. Umgekehrt wird die Drosselklappe 2 unter dem Einfluß der ersten und zweiten Rückstellfeder 6, 7 in Schließrichtung verstellt, wenn sie bei Ausfall des Stellantriebs 4 im Bereich oberhalb von LL_not gestanden hat.

Für den Fall, daß der Stellantrieb nur für den Leerlaufre gebereich benutzt wird, kann man noch einen gehäusefesten Anschlag 12 für die Stellung LL_max vorsehen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist die in Fig. 1 als Druckfeder ausgebildete dritte Rückstellfeder 8 durch eine Zugfeder ersetzt worden, die zwischen dem Kopplungsglied 9 und dem Stellglied 13 angeordnet ist und diese beiden Bau teile gegeneinander spannt. Alle übrigen Bauteile haben die gleiche Funktion und die gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1.

In Fig. 3 sind die wesentlichen Teile einer konstruktiven Ausführungsform des Erfindungsgedankens dargestellt. Die mit einer Welle 16 drehfest verbundene Drosselklappe 2 wird über das ebenfalls mit der Welle 16 drehfest verbundene Stellelement 5 verstellt. Der Pfeil zeigt in Schließrich tung der Drosselklappe 2.

Das Stellelement 13 ist als ein auf der Welle 16 der Dros selklappe 2 drehbar gelagertes Zahnsegment ausgebildet und wird von einem Ritzel des Stellantriebs (nicht dargestellt) je nach Ansteuerung in Öffnungs- oder Schließrichtung ver stellt. Über die dritte Rückstellfeder 8 ist das ebenfalls auf der Welle 16 der Drosselklappe 2 drehbar gelagerte Kopplungsglied 9 mit dem Stellglied 13 verbunden. Am Kopp lungsglied 9 greift außerdem die zweite Rückstellfeder 7 an, wobei jedoch deren Wirkungsbereich durch den gehäuse festen Anschlag 10 begrenzt ist. In Öffnungsrichtung kann das Stellglied 13 das Stellelement 5 gegen die Kraft der ersten Rückstellfeder (nicht dargestellt) über den Anschlag 17 und das Kopplungsglied 9 gegen die Kraft der zweiten Rückstellfeder 7 über den Anschlag 15 mitnehmen. Mit 14 ist der Teil des Kopplungsgliedes 9 bezeichnet, der am gehäuse festen Anschlag 10 für die LL_not-Position zur Anlage kommt. Bei weiterer Drehung des Stellglieds 13 in Schließrichtung wird der Anschlag 15 geöffnet und die dritte Rückstellfeder 8 gespannt.

Die Ausführungsform der Fig. 4 unterscheidet sich von der gemäß Fig. 3 nur dadurch, daß das Stellelement 5 von der Drosselklappe 2 weiter weg auf der anderen Seite des Stell gliedes 13 und des Kopplungsgliedes 9 angeordnet ist. Funk tionen und Bezugsziffern der übrigen Bauteile sind die gleichen wie in Fig. 3.

Claims

1. Vorrichtung zur Verstellung einer im Ansaugstutzen (1) einer Brenn kraftmaschine drehbar gelagerten Drosselklappe (2) im Leerlaufbereich zwischen einer Minimalstellung LL_min und einer Maximalstellung LL_max, bestehend im wesentlichen aus einem Gehäuse (3), einem darin gela gerten, elektronisch gesteuerten elektromotorischen Stellantrieb (4), der ein form- oder kraftschlüssig mit dem Stellantrieb (4) verbundenes Stell glied (13) antreibt, einem mit der Welle der Drosselklappe (2) drehfest verbundenen Stellelement (5), das in Schließrichtung der Drosselklappe (2) durch eine erste Rückstellfeder (6) vorgespannt und in Öffnungsrich tung der Drosselklappe (2) vom Stellglied (13) mitnehmbar ist, einer das Stellglied (13) in Schließrichtung der Drosselklappe (2) vorspannenden zweiten Rückstellfeder (7) und einer das Stellglied (13) in Öffnungsrich tung der Drosselklappe (2) bis in eine definierte Notlaufstellung vorspan nenden dritten Rückstellfeder (8), dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (13) über ein Kopplungsglied (9) mit der zweiten Rückstellfeder (7) verbunden ist, wobei das Kopplungsglied (9) das Stellglied (13) nur in Schließrichtung bis zu einem Notlaufanschlag beaufschlagt, so daß die zweite Rückstellfeder im Bereich zwischen Minimalanschlag LL_min und Notlaufanschlag LL_not unwirksam ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Rückstellfeder (8) als Zugfeder ausgelegt und zwischen dem Kopplungsglied (9) und dem Stellglied (13) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Rückstellfeder (8) als Drehfeder ausgebildet und daß sowohl das Kopplungsglied (9) als auch das Stellglied (13) auf der Welle (16) der Drosselklappe (2) drehbar gela gert ist.