DE4333701A1

DE4333701A1 - Vorrichtung zur Leistungssteuerung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE4333701A1
Application number: DE4333701A
Authority: DE
Inventors: Torsten Bellon; Harald Frey; Andreas Radlinski
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1993-10-02
Filing date: 1993-10-02
Publication date: 1995-04-06
Also published as: US5560335A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Lei stungssteuerung einer Brennkraftmaschine mittels einer in einem Ansaugstutzen drehbar gelagerten Drosselklappe, wobei das Verstellen der Drosselklappe im Leerlaufbereich durch ein elektromotorisches Stellglied und im Fahrbereich durch ein Fahrpedal über einen Seilzug oder dergleichen sowie eine Seilscheibe erfolgt.

Bei derartigen Vorrichtungen ist man im allgemeinen be strebt, im unteren Teil des Regelbereichs einen möglichst flachen Anstieg des Luftdurchsatzes m in Abhängigkeit vom Stellwinkel α der Drosselklappe zu realisieren.

Dazu ist vorgeschlagen worden, die Drosselklappe zu teilen und beide Teile unabhängig voneinander zu verdrehen. (DE-A- 29 50 866) Dieser Vorschlag ist konstruktiv sehr aufwendig und störanfällig und hat sich nicht durchsetzen können.

Nach einem anderen Vorschlag (DE-C-34 03 760) sorgt eine als Kurvenscheibe ausgebildete Seilscheibe dafür, daß eine Änderung des Stellwinkels der Drosselklappe bei gleichem Stellweg des Fahrpedals im unteren Teil des Regelbereichs deutlich geringer ausfällt als im oberen Teil des Regelbe reichs.

Schließlich hat man auch schon vorgeschlagen, die Innenkon tur des Ansaugstutzens an den Schwenkweg der Drosselklappe so anzupassen, daß sich im unteren Regelbereich eine gerin gere Änderung des Strömungsquerschnitts ergibt als bei ei ner rein zylindrischen Innenkontur des Ansaugstutzens (FR- A-22 34 497). Mit dieser fertigungstechnisch etwas auf wendigeren Methode kann man beliebig flache Kurven = f (α) erreichen, muß aber in Kauf nehmen, daß die maximal durchsetzbare Luftmasse geringer ist, weil die Veränderung der Innenkontur nicht ohne Einbuße an Strömungsquerschnitt zu erreichen ist. Außerdem weist die Kurve = f(α) einen Knick an der Stelle auf, wo die Drosselklappe aus der ange paßten Innenkontur austaucht. Die Einbuße bei maximalem Luftdurchsatz kann man durch einen vergrößerten Gesamtquer schnitt kompensieren und die Knickstelle kann man durch zu sätzliche Maßnahmen abmildern.

Als nicht tolerierbar hat sich jedoch herausgestellt, daß die im Hinblick auf eine feinfühlige Leerlaufregelung mit tels des elektromotorischen Stellantriebs erreichte flache Kennlinie = f(α) mit einem unbefriedigenden Beschleuni gungsverhalten bei Übernahme der Leistungssteuerung durch den Fahrer verbunden ist. Mit anderen Worten, im unteren Regelbereich wird zuviel Pedalweg benötigt, um eine be stimmte Wirkung zu erzielen. Im Grunde handelt es sich um einen Konflikt zwischen möglichst ökonomischer Fahrweise und einem forschen, die Leistung der Brennkraftmaschine voll ausnutzenden Fahrstil. Man könnte diesen Konflikt zu gunsten der Ökonomie entscheiden und die Steuereinrichtung technisch entsprechend festlegen, würde man nicht gelegent lich für zügigige Überholmanöver die volle Lei stungsentwicklung benötigen. Ähnlich wie bei der Kick-down- Beeinflussung automatischer Getriebe ist bei einer Steuer vorrichtung mit flachem Verlauf der Kennlinie eine Ein griffsmöglichkeit erforderlich, mit der wahlweise auf die volle Beschleunigungsfähigkeit der Brennkraftmaschine zu rückgegriffen werden kann.

Es besteht somit die Aufgabe, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art einerseits so auszubilden, daß sich im unte ren Regelbereich ein flacher Verlauf des Luftdurchsatzes m über dem Stellwinkel α der Drosselklappe ergibt, anderer seits aber auch die Möglichkeit besteht, im unteren Regel bereich mit kurzem Pedalweg eine große Drosselklappenver stellung zu erreichen, wobei die übliche Gesamtlänge des Pedalweges unverändert bleiben soll.

Zur Lösung der Aufgabe wird vorgeschlagen, daß im Ansaug stutzen in an sich bekannter Weise eine die Drosselklappe über einen Teil des Stellwinkels "begleitende", kalotten förmige Kontur vorgesehen ist und daß die Seilscheibe im Nutzbereich kreisförmig ausgebildet, jedoch exzentrisch zu ihrem geometrischen Mittelpunkt auf der Drosselklappenwelle befestigt ist.

Die Kombination der Innenkontur mit einer exzentrischen Seilscheibe eröffnet die Möglichkeit, die Verstellung der Drosselklappe durch einen elektromotorischen Stellantrieb im Leerlauf unabhängig von der Verstellung der Drossel klappe durch das Fahrpedal an die jeweiligen Bedürfnisse anzupassen. Mit anderen Worten, die flache Auslegung der Kennlinie im unteren Regelbereich ist nicht mehr zwangsläu fig mit einem langen Pedalweg zum Erreichen eines bestimm ten Öffnungsquerschnitts verbunden, bzw. ein kurzer Pedal weg im unteren Regelbereich steht einer feinfühligen Leer laufregelung durch das elektromotorische Stellglied nicht entgegen.

Der Abstand E zwischen dem geometrischen Mittelpunkt der Seilscheibe und ihrem Drehpunkt beträgt vorzugsweise 5 bis 60% des Seilscheibenradius R. Weitere Einzelheiten werden anhand der Fig. 1 bis 5 näher erläutert.

Fig. 1 zeigt zwei Ansichten eines Ansaugstutzens,

Fig. 2 zeigt die Funktion R_eff = f (α) bei einer exzen trisch befestigten Seilscheibe,

Fig. 3 zeigt die Funktion x = f (α),

Fig. 4 zeigt die Funktion = f(x).

Fig. 5 zeigt die Funktion x = f(B).

In Fig. 1a ist vereinfacht ein Ansaugstutzen 1 mit Sicht auf die Seilscheibe 2, dargestellt. Die Seilscheibe 2 be sitzt eine Führung 3 und eine Befestigungsstelle 4 für den Seilzug 5. Mit R ist der Radius der Seilscheibe, mit E der Abstand zwischen dem Mittelpunkt der Seilscheibe und dem Drehpunkt der Drosselklappenwelle und mit B der Winkel be zeichnet, der von der durch den Mittelpunkt der Seilscheibe und den Drehpunkt der Drosselklappenwelle verlaufenden Durchmesserlinie und der Mittelebene der Drosselklappe ein geschlossen wird.

Fig. 1b zeigt eine um 90 Grad gedrehte Ansicht des Ansaug stutzens 1 mit der Seilscheibe 2, der Führung 3, dem Seil zug 5 und einer Rückstellfeder 6.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel für die Funktion effektiver Ra dius (R_eff) in Abhängigkeit vom Drehwinkel α für eine Seil scheibe mit einem Radius (R) von 25 mm und einer Exzentri zität (E) von 9 mm. Bei einer derartigen Seilscheibe gilt

R_eff = R-E · cos (α+B),

wobei B der Winkel ist, den die Durchmesserlinie durch den Mittelpunkt und den Drehpunkt der Seilscheibe mit der Mit telebene der Drosselklappe einschließt. Da der Stellweg der Drosselklappe nur rund 90 Grad beträgt, wird von dem darge stellten Bereich nur ein Viertel benötigt (Nutzbereich N) wobei man es in der Hand hat, welchen Teil man benutzen will und ob eine progressive Kennlinie (0 bis 180 Grad) oder eine degressive Kennlinie (180 bis 360 Grad) reali siert werden soll. Diese Freiheit wird allerdings einge schränkt, wenn außerdem der Seilweg x einen bestimmten Wert einnehmen soll. Nutzt man den Bereich zwischen 0 und 90 Grad, hat man einen zunächst flach und danach steiler an steigenden effektiven Radius mit einer kurzen Aufwickel länge bzw. einem kurzen Seilweg x. Wählt man den Bereich zwischen 90 und 180 Grad, hat man einen zunächst stark an steigenden, danach immer flacher verlaufenden effektiven Radius mit großer Aufwickellänge bzw. langem Seilweg. Jen seits von 180 Grad kehren sich die Verhältnisse um.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist für B ein Wert von 50 Grad gewählt worden. Der entsprechende Nutzbereich für die Drosselklappenverstellung ist in Fig. 2 mit N angegeben.

Man sieht, daß man durch Abstimmung der Parameter R, E und B die Kennlinie in vielfältiger Weise beeinflussen und an vorgegebene Bedingungen anpassen kann. Insbesondere ergibt sich auch die Möglichkeit, einen bestimmten Kennlinienver lauf mit einem vorgegebenen Seilweg zu erreichen.

Fig. 3 zeigt den Seilweg x in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Drosselklappe. Kurve a zeigt den Seilweg bei einem Seilscheibenradius R von 25 mm und den Werten E = 0 und B = 0. Bei der Kurve b ist E = 9 mm und B = 0. Bei der Kurve c schließlich ist E = 9 mm und B = 50 Grad. Man sieht, wie sich B auf die Steilheit der Kurve und auf den Seilweg x auswirkt. Bei gegebenen Werten für den Radius R und die Ex zentrizität E läßt sich ein bestimmter Gesamtseilweg nur erreichen, wenn x = f(α) steiler bzw. α= f(x) flacher wird. Will man auf einen steilen Verlauf α= f(x) nicht ver zichten, muß man andere Werte R, E und B wählen, um die Be dingungen "Steilheit" und "Seilzuglänge" besser annähern zu können.

Fig. 4 zeigt, wie sich die erfindungsgemäßen Maßnahmen auf den Luftdurchsatz auswirken. Beide Kennlinien zeigen den charakteristischen Verlauf für einen Ansaugstutzen mit kalottenförmiger Innenkontur: Flacher Anfangsbereich, Knickstelle, steiler Mittelbereich und asymptotisch in den Maximalwert einlaufendem Endbereich. Die Kurve a zeigt den Fall einer kreisförmigen, auf der Drosselklappenwelle nicht exzentrisch befestigten Seilscheibe mit einem Radius von 25 mm. Der flache Anfangsbereich erstreckt sich bis etwa 12 mm Seilweg und bei etwa 17 mm Seilweg werden 300 kg/h er reicht. Die Kurve b gilt für eine Seilscheibe mit R = 25 mm, E = 9 mm und B = 50 Grad. In diesem Fall wird der Knickpunkt bereits bei etwa 10 mm und der 300 kg/h-Wert bei etwa 14,5 mm Seilweg erreicht. Noch deutlich wird der Un terschied, wenn man den bei 12 mm Seilweg erreichten Luft durchsatz betrachtet. Er springt von 80 auf 200 kg/h, also auf das Zweieinhalbfache und entspricht damit den Forderun gen nach einem elektromotorisch feinfühlig regelbaren Leerlaufbereich und gleichzeitig einem guten Ansprechen der Drosselklappe auf das Fahrpedal.

Fig. 5 schließlich zeigt noch einmal direkt den Einfluß des Winkels B auf den Seilweg x für eine Scheibe mit R = 25 mm und E = 9 mm. Ist ein bestimmter Gesamt-Seilweg vorgegeben, kann man für die genannten Werte R und E anhand dieser Kurve sofort den erforderlichen Winkel B bestimmen. Mit entsprechenden Kurven für andere R- und E-Werte kann man sich ein komplettes Kennlinienfeld für die Anwendung des Erfindungsgedankens erstellen. Damit ist es dann ohne wei teres möglich, die Parameter R, E und B für die Anpassung des Luftdurchsatzes an eine vorgegebene Kurve zu ermitteln, bzw. aufeinander abzustimmen.

Claims

1. Vorrichtung zur Leistungssteuerung einer Brennkraft maschine mittels einer in einem Ansaugstutzen drehbar gela gerten Drosselklappe, wobei das Verstellen der Drossel klappe im Leerlaufbereich durch ein elektromotorisches Stellglied und im Fahrbereich durch ein Fahrpedal über einen Seilzug oder dergleichen sowie eine Seilscheibe er folgt, dadurch gekennzeichnet, daß im Ansaugstutzen in an sich bekannter Weise eine die Drosselklappe über einen Teil des Stellwinkels "begleitende", kalottenförmige Kontur vor gesehen ist und daß die Seilscheibe im Nutzbereich kreis förmig ausgebildet, jedoch exzentrisch zu ihrem geometri schen Mittelpunkt auf der Drosselklappenwelle befestigt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand E zwischen dem geometrischen Mittelpunkt der Seilscheibe und ihrem Drehpunkt 5 bis 60% des Seil scheibenradius R beträgt.