DE69031196T2 - Drosselklappenbetätigungsvorrichtung und Steuerungssystem dafür - Google Patents

Drosselklappenbetätigungsvorrichtung und Steuerungssystem dafür

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drosselklappenbetätigungsvorrichtung und ein Steuerungssystem für eine Drosselklappe, die eine derartige Betätigungsvorrichtung umfaßt. Eine derartige Betätigungsvorrichtung und ein System können zur Anwendung gebracht werden, um die Position einer Drosselklappe, beispielsweise eines Drosselklappenventils, im Ansaugsystem eines Verbrennungsmotors, beispielsweise eines Fahrzeuges, zu steuern.
  • Die Tendenz bei modernen Steuerungssystemen für Verbrennungsmotoren in Fahrzeugen geht dahin, daß die mechanischen Verbindungen zwischen den vom Fahrer betätigten Lastanforderungsvorrichtungen (wie beispielsweise Gaspedale) und den Motorsteuervorrichtungen (wie beispielsweise Drosselklappen bei Kraftstoffeinspritz- oder Vergasersystemen) durch "Antrieb-mittels-Draht"-Anordnungen ersetzt werden. Bei derartigen Antrieb-mittels-Draht-Anordnungen ist das Gaspedal mit einem Meßwertgeber verbunden, dessen Ausgangssignal die Gaspedalstellung verkörpert. Das Ausgangssignal des Meßwertgebers wird mittels der Analog- und/oder Digitalsteuerelektronik verarbeitet, die häufig einen Mikrocomputer umfaßt, dessen Ausgangssignal eine Betätigungsvorrichtung antreibt, wie beispielsweise einen Momentenmotor, der den Grad der Öffnung der Motordrosselklappe steuert. Meistens ist die Motordrosselklappe mechanisch mit einem weiteren Meßwertgeber verbunden, dessen Ausgang die tatsächliche Drosselklappenposition verkörpert. Dieses Signal wird als ein Rückführsignal zur Steuerelektronik benutzt, das die Servosteuerung der Drosselklappe mit Rückführung durch Vergleichen der tatsächlichen Drosselklappenposition mit einer geforderten Position bewirkt.
  • Um einen störungssicheren Betrieb einer derartigen Anordnung zu bewirken, wirkt der Momentenmotor gegen eine Rückstellfeder, die die Drosselklappe schließt. Die Parameter der Rückstellfeder werden so ausgewählt, daß die Rückstellfeder die Drosselklappe im Fall von verschiedenen Störungen in der Anordnung schließt. Beispielsweise können diese Parameter so ausgewählt werden, daß das auf die Drosselklappe in ihrer geschlossenen Position ausgeübte Drehmoment ausreichend ist, um zu sichern, daß die Drosselklappe gegen einen kurzgeschlossenen Momentenmotor in weniger als einer Sekunde geschlossen wird. Die Parameter der Rückstellfeder sind jedoch durch die Notwendigkeit einer Begrenzung des Momentenmotorstromes auf einen maximalen Wert, typischerweise 3,5 Ampere bei Raumtemperatur, bei vollständig geöffneter Drosselklappe begrenzt. Um ein stabiles Servosteuerungssystem mit Rückführung für die Drosselklappe bereitzustellen, ist eine offene Stabilität des Systems wünschenswert, d.h., ohne Rückführung der Drosselklappenposition. Es ist ebenfalls wünschenswert, daß das System funktionieren kann, wenn auch mit verringerter Genauigkeit, wenn eine derartige Störung auftritt, daß die Rückführung der Drosselklappenposition verlorengeht.
  • Die GB-A-1352127 und GB-A-1480590 offenbaren eine spezielle Konstruktion des Momentenmotors und seine Verwendung bei der Steuerung einer kombinierten Kraftstoffpumpen- und Ventilanordnung, um die Menge des in ein Kraftstoffeinspritzsystem eingespritzten Kraftstoffes zu steuern. Die kombinierte Kraftstoffpumpen- und Ventilanordnung weist jedoch keine Rückstellfeder oder eine andere Einrichtung für das Vorspannen des Momentenmotors in einer Ruheposition auf und verläßt sich statt dessen auf ein Arbeiten gegen den Kraftstoffdruck, was dazu neigt, das Ventil zu schließen.
  • Das EP 0028467 offenbart eine Drehbetätigungseinrichtung mit einem ferromagnetischen Rotor, der drehbar zwischen Polschuhen montiert ist, die mit stromführenden Spulen verbunden sind. Die Profile der zwei Endabschnitte des Rotors sind so geformt, daß eine gewünschte Kennlinie des Drehmomentes der Betätigungsvorrichtung erhalten wird. Der Rotor wird durch eine Rückstellfeder in eine Ruheposition vorgespannt.
  • Das EP 0397174 (bisheriger Stand der Technik nach Artikel 54(3) EPC) offenbart eine Drosselklappenbetätigungsvorrichtung, die aufweist: eine Drosselklappe, die über einen Bereich von Winkelpositionen zwischen einer geschlossenen Position und einer vollständig geöffneten Position drehbar ist, eine Rückstellfeder (19), die die Drosselklappe in Richtung der geschlossenen Position vorspannt und eine Vorspannkraft für das Schließen der Drosselklappe liefert, die monoton mit zunehmender Winkelverschiebung der Drosselklappe (2) aus der geschlossenen Position größer wird, und einen Momentenmotor für das Antreiben der Drosselklappe, wobei der Momentenmotor einen Dauermagnetrotor aufweist, der über einen Bereich von im wesentlichen 90º betriebsfähig ist, und der direkt mit der Drosselklappe gekoppelt ist, wodurch die Betätigungsvorrichtung (1-21) eine einwertige Übertragungsfunktion der Drosselklappenwinkelposition über dem Momentenmotorstrom über dem Bereich der Winkelpositionen der Drosselklappe (2) aufweist.
  • Entsprechend einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Drosselklappenbetätigungsvorrichtung bereitgestellt, die aufweist: eine Drosselklappe, die über einen Bereich von Winkelpositionen zwischen einer geschlossenen Position und einer vollständig geöffneten Position drehbar ist, eine Rückstellfeder, die die Drosselklappe in Richtung der geschlossenen Position vorspannt und eine Vorspannkraft für das Schließen der Drosselklappe liefert, die monoton mit zunehmender Winkelverschiebung der Drosselklappe aus der geschlossenen Position größer wird, und einen Momentenmotor für das Antreiben der Drosselklappe, wobei der Momentenmotor einen Dauermagnetrotor aufweist, der über einen Bereich von im wesentlichen 90º betriebsfähig ist, und der direkt mit der Drosselklappe gekoppelt ist, wodurch die Betätigungsvorrichtung eine einwertige Übertragungsfunktion der Drosselklappenwinkelposition über dem Momentenmotorstrom über dem Bereich der Winkelpositionen der Drosselklappe aufweist, wobei der Momentenmotor eine Übertragungskennlinie des Drehmomentes über der Drossel klappenposition so aufweist, daß das Motordrehmoment für jeden Wert des Momentenmotorstromes, der kleiner ist als ein vorgegebener maximaler Wert oder diesem entspricht, monoton mit zunehmender Winkelverschiebung der Drosselklappe aus der geschlossenen Position in Richtung der geöffneten Position kleiner wird.
  • Der Begriff "einwertige Übertragungsfunktion", wie er hierin verwendet wird, wird im konventionellen mathematischen Sinn einer einwertigen Funktion einer Veränderlichen verwendet, d.h., für jeden Wert der Veränderlichen ist ein und nur ein Wert der Funktion vorhanden. Daher bedeutet der Begriff "einwertige Übertragungsfunktion der Drosselklappenwinkelposition über dem Momentenmotorstrom", daß für jeden Wert des Momentenmotorstromes ein und nur ein Wert der Drosselklappenwinkelposition vorhanden ist.
  • Vorzugsweise erzeugt der Momentenmotor ein Nulldrehmoment für den Nullmomentenmotorstrom über den Bereich der Drosselklappenwinkelpositionen.
  • Entsprechend einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Drosselklappensteuerungssystem bereitgestellt, das eine Drosselklappenbetätigungsvorrichtung entsprechend dem ersten Aspekt der Erfindung und eine Steuerschaltung für das Steuern der Betätigungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einem Anforderungssignal aufweist.
  • Vorzugsweise umfaßt die Betätigungsvorrichtung einen Drosselklappenmeßwertgeber, wie beispielsweise ein Potentiometer, für die Zuführung eines Signals, das die tatsächliche Drosselposition verkörpert, zur Steuerschaltung, und die Steuerschaltung ist so angeordnet, daß sie den Momentenmotor in Übereinstimmung mit der Differenz zwischen der tatsächlichen Drossel klappenposition und einer geforderten Drosselklappenposition entsprechend dem Anforderungssignal steuert. Obgleich die geforderte Drosselklappenposition eine einfache lineare Funktion des Anforderungssignals sein könnte, wird die geforderte Drosselklappenposition im allgemeinen eine kompliziertere Funktion des Anforderungssignals, beispielsweise von einem Gaspedalmeßwertgeber, und verschiedener anderer Parameter, die mit dem Betrieb des Verbrennungsmotors in Beziehung stehen, und möglicherweise auch der Betriebsparameter des Fahrzeuges sein, wie beispielsweise der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Übersetzungsverhältnisses. Daher kann das Steuerungssystem einen Teil eines kompletten Motorbetriebssystems oder ein umfassendes System bilden, das die Motor-, Getriebe- und andere Fahrzeugparameter steuert.
  • Die Erfindung wird weiter mittels des Beispiels und mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die zeigen:
  • Fig. 1 eine grafische Darstellung einer typischen Übertragungsfunktion des Drehmomentes T über dem Winkel α für einen typischen Momentenmotor;
  • Fig. 2 eine Gruppe von Übertragungsfunktionen der Art, die in Fig. 1 gezeigt wird, mit dem Momentenmotorstrom als Parameter;
  • Fig. 3 einen Teil der Gruppe der Übertragungsfunktionen aus Fig. 2 für einen typischen Arbeitsbereich des Momentenmotors;
  • Fig. 4 eine ideale Gruppe der Übertragungsfunktionen des Momentenmotors für eine Betätigungsvorrichtung entsprechend der Erfindung;
  • Fig. 5 eine grafische Darstellung einer praktischen Übertragungsfunktion des Momentenmotors, die sich dem Ideal nähert;
  • Fig. 6 die Übertragungsfunktion aus Fig. 5 in deutlicherer Form;
  • Fig. 7 die Übertragungsfunktion eines Momentenmotors für einen Einsatz in einer Betätigungsvorrichtung, die eine bevorzugte Ausführung der Erfindung darstellt;
  • Fig. 8 einen Teil des Bereiches einer Gruppe von Übertragungsfunktionen des Momentenmotors der Art, die in Fig. 7 gezeigt wird, mit dem Momentenmotorstrom als Parameter;
  • Fig. 9 eine ähnliche Darstellung wie Fig. 8, die aber die Kurven für den Null- und Negativmomentenmotorstrom zeigt;
  • Fig. 10 eine Querschnittdarstellung einer Drosselklappenbetätigungsvorrichtung, die eine bevorzugte Ausführung der Erfindung darstellt;
  • Fig. 11 eine Querschnittdarstellung eines Momentenmotors der Betätigungsvorrichtung aus Fig. 10;
  • Fig. 12 eine vergrößerte Darstellung eines Details aus Fig. 11; und
  • Fig. 13 ein schematisches Blockdiagramm eines Drosselklappensteuerungssystem, das eine bevorzugte Ausführung der Erfindung darstellt und die Betätigungsvorrichtung aus Fig. 10 einschließt.
  • Fig. 1 zeigt die Übertragungskennlinie des Drehmomentes T über dem Winkel α eines typischen Momentenmotors einer bekannten Ausführung. Die Form dieser Übertragungskennlinie oder -funktion kommt dicht an einen halben Zyklus einer Sinusfunktion heran. Wenn er als Teil einer Drosselklappenbetätigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor eingesetzt wird, um die Position eines Drosselklappenventils in einem Kraftstoffeinspritz- oder Vergaseransaugsystem zu steuern, muß der Momentenmotor nur über einen Bewegungsbereich von 90º oder Winkelpositionen mit den Extremwerten dieses Bereiches entsprechend den vollständig geschlossenen und vollständig geöffneten Positionen der Drosselklappe funktionieren. Um den Bereich der größten Drehmomentausgänge des Motors zu nutzen, wird der Motor so angeordnet, daß dieser Bereich von 90º innerhalb der Kennlinie liegt, die in Fig. 1 gezeigt wird.
  • Fig. 2 zeigt eine Gruppe von Übertragungsfunktionen der in Fig. 1 gezeigten Art entsprechend den verschiedenen Momentenmotorströmen von einem niedrigsten Strom I&sub1; bis zu einem höchsten Strom I&sub5;. Im allgemeinen muß der Momentenmotorstrom kleiner sein als ein maximaler Wert für Anwendungen in einem Verbrennungsmotor in Fahrzeugen, und dieser maximale Wert entspricht dem Strom I&sub5;. Zusätzlich zu einem Momentenmotor umfaßt die Drosselklappenbetätigungsvorrichtung eine Rückstellfeder für die Drosselklappe, die die Drosselklappe in Richtung ihrer geschlossenen Position vorspannt. Derartige Rückstellfedern wenden typischerweise ein Rückstelldrehmoment an, das linear mit zunehmender Winkelverschiebung der Drosselklappe aus der geschlossenen Position größer wird. Drei typische Rückstellfederkennlinien werden mittels der gestrichelten Linien R&sub1;, R&sub2; und R&sub3; in Fig. 2 dargestellt, die die niedrige, mittlere und bzw. hohe Federstärke verkörpern.
  • Fig. 3 zeigt die Gruppe der Kurven der Übertragungsfunktionen des Momentenmotors in einem größeren Maßstab für den tatsächlichen Bereich von 90º, der normalerweise bei konventionellen Drosselklappenbetätigungsvorrichtungen zur Anwendung kommt, zusammen mit der Rückstellfederfunktion R&sub2;. Die Spitzenabschnitte der verschiedenen Kurven werden so benutzt, daß der Bereich der größten Motordrehmomente angewandt werden kann. Das ist im allgemeinen erforderlich, um zu gestatten, daß der Momentenmotor ein ausreichendes Drehmoment bereitstellt, um gegen die Rückstellfeder zu wirken, deren Festigkeit ausreichend sein muß, damit gesichert werden kann, daß die Drosselklappe im Fall einer Störung im Steuerungssystem für die Drosselklappe geschlossen wird. Im allgemeinen wäre eine Störung im ungünstigsten Fall das Kurzschließen des Momentenmotors, so daß die Rückstellfeder ausreichend stark sein muß, um die Drosselklappe gegen die Bremswirkung des Motors aus jeder Drosselklappenposition innerhalb einer vorgeschriebenen Zeit, beispielsweise einer Sekunde, zu schließen. Das kann jedoch während des normalen Betriebes der Betätigungsvorrichtung ein Problem hervorrufen, das durch die Tatsache veranschaulicht wird, daß die Rückstellfederkennlinie R&sub2; die Momentenmotorfunktion für einen Momentenmotorstrom von I&sub1; in zwei Winkelpositionen, nämlich α&sub1; und α&sub2; kreuzt. Das kann zu einem instabilen Betrieb eines Drosselklappensteuerungssystems führen, insbesondere während des Betriebes mit Rückführung, bei dem ein Rückführsignal der Drosselklappenposition in einer Servosteuerungsanordnung mit Rückführung verwendet wird. Obgleich die Steuerung mit Rückführung so eingerichtet werden kann, daß sie stabil funktioniert, kann ein Problem im Fall einer Störung im Steuerungssystem entstehen, das den Verlust der Rückführung der Drossel klappenposition bewirkt. Wenn eine derartige Störung auftreten würde, wäre es wünschenswert, daß das Steuerungssystem weiter im Betrieb ohne Rückführung funktioniert. Weil jedoch zwei Drosselklappenwinkelpositionen α&sub1; und α&sub2; entsprechend dem Momentenmotorstrom I&sub1; vorhanden sind, kann die Drosselklappe eine dieser beiden Positionen während der Steuerung ohne Rückführung einnehmen, wenn der Momentenmotor den Strom I&sub1; durchläßt. Eindeutig ist das unerwünscht und kann dazu führen, daß ein Fahrzeug, bei dem ein derartiges Steuerungssystem zur Anwendung kommt, in der Betriebsart ohne Rückführung nicht steuerbar ist.
  • Um dieses Problem zu vermeiden, muß die Übertragungsfunktion des Momentenmotors eine einwertige Funktion innerhalb des Winkelbetriebsbereiches der Drosselklappe sein. Fig. 4 zeigt eine Gruppe von idealen Übertragungsfunktionen des Momentenmotors, wobei der Momentenmotor für jeden der Ströme I&sub1; bis I&sub7; ein konstantes Drehmoment T für alle Winkel α liefert. Die Rückstellfederfunktion R&sub2; schneidet daher jede Isodrehmomentkurve in nur einem Punkt, so daß ein stabiler Betrieb mit Rückführung leicht bewirkt werden kann, und im Fall einer Störung der Betrieb ohne Rückführung ebenfalls möglich ist. Es war jedoch bisher unmöglich, Momentenmotorkennlinien dieser Art zu liefern.
  • Fig. 5 zeigt eine Möglichkeit, wie eine Übertragungsfunktion des Momentenmotors verändert werden kann, um den in Fig. 5 veranschaulichten Isodrehmomentkurven zu gleichen. Durch Abändern verschiedener Parameter des Momentenmotors wird der einzelne Scheitelpunkt der Sinusfunktion, der in Fig. 1 gezeigt wird, durch zwei Scheitelpunkte ersetzt, die mittels einer relativ flachen Mulde getrennt sind. Der Arbeitsbereich von 90º wird detaillierter in Fig. 6 veranschaulicht, woraus zu sehen ist, daß die typischen Rückstellfederkennlinien durchaus die Drehmomentkennlinie in mehr als einem Punkt schneiden können. Ein stabiler Betrieb mit Rückführung und ein richtiger Betrieb des Steuerungssystems ohne Rückführung bei Einsatz eines Momentenmotors mit dieser Art von Kennlinie können daher nicht garantiert werden.
  • Fig. 7 zeigt eine Übertragungsfunktion eines Momentenmotors, die tatsächlich erreicht wurde, und die einen Momentenmotor bereitstellt, der für eine Drosselklappenbetätigungsvorrichtung geeignet ist. Dieser Übertragungsbereich zeigt einen einzelnen Scheitelpunkt in der Nähe der linken Seite der Funktion, gefolgt von einem monoton abfallenden Abschnitt. Über den Winkel bereich der Drossel klappe gleicht diese Übertragungsfunktion einer linear monoton abnehmenden Funktion des Drehmomentes mit Bezugnahme auf den Winkel, und eine Gruppe von Funktionen für verschiedene Momentenmotorströme I&sub1; bis I&sub5; wird in Fig. 8 für den Arbeitsbereich mit einer typischen Rückstellfederfunktion R, durch die gestrichelte Linie dargestellt, gezeigt. Die Rückstellfederfunktion R schneidet jede Kurve des Drehmomentes über dem Winkel in einem einzelnen Punkt und gestattet daher, daß eine Drosselklappenbetätigungsvorrichtung hergestellt wird, die stabil in einem System mit Rückführung funktionieren und den Betrieb ohne Rückführung gestatten kann.
  • Die horizontale Achse in Fig. 8 wird aus der Nulldrehmomentposition nach oben verschoben und zeigt nicht das Verhalten des Momentenmotors für den Nullstrom. Für den stabilen Betrieb der Drosselklappenbetätigungsvorrichtung, insbesondere beim Betrieb ohne Rückführung, sollte der Momentenmotor jedoch das Nulldrehmoment in allen Winkelpositionen innerhalb des Winkelbetriebsbereiches für den Nullmotorstrom erzeugen. Fig. 9 veranschaulicht eine Gruppe von Übertragungsfunktionen, die das bewirken und in der Praxis erhalten werden können. Die Funktion für den Nullmotorstrom I&sub0; ist eine horizontale Linie, die das Nullmotordrehmoment darstellt (der Deutlichkeit halber etwas über die horizontale Linie verschoben dargestellt).
  • Wie aus Fig. 9 ebenfalls deutlich wird, ist die Übertragungsfunktion durch den Nullpunkt im wesentlichen symmetrisch, so daß die Kurven für die positiven und negativen Ströme des gleichen absoluten Wertes die gleiche Form aufweisen, aber um den Nullpunkt um 180º mit Bezugnahme zueinander gedreht sind. Der Anstieg der Kurven wird kleiner, während der absolute Wert des Motorstromes abnimmt, wobei der Anstieg für den Nullmotorstrom I&sub0; Null ist.
  • Fig. 10 zeigt eine Drosselklappenbetätigungsvorrichtung, die einen Momentenmotor mit einer Übertragungsfunktion der in Fig. 7 und 9 gezeigten Art umfaßt. Die Betätigungsvorrichtung weist ein Gehäuse 1 auf, das ein Drosselklappenventil 2, einen Momentenmotor 3 und einen Drosselklappenpositionsmeßwertgeber in der Form eines Potentiometers 4 enthält. Das Drosselklappenventil 2 ist an einer Spindel 5 befestigt, die durch Löcher im Gehäuse 1 hindurchgeht, die mit Dichtungen 6 versehen sind. Der Teil des Gehäuses, der das Drosselklappenventil 2 enthält, ist in der, Form eines Rohres oder einer Hülse ausgeführt, um einen Teil des Ansaugsystems eines Verbrennungsmotors, beispielsweise in einem Fahrzeug, zu bilden. Die Spindel 5 wird in Kugellagern 7 und 8 getragen, und ein Ende der Spindel ist mit einem Drucklager 9 versehen.
  • Verschiedene Bohrungen sind im Gehäuse 1 vorhanden, die eine Luftumleitung 10 für den Leerlaufbetrieb des Motors umfassen.
  • Die Spindel 5 ist starr mit einer Welle 11 des Momentenmotors 3 verbunden oder besteht mit dieser aus einem Stück. Die Welle 11 trägt die Dauermagneten 12 und 13, die mit den Polschuhen 15 und 16 zusammenwirken, die einen Teil eines Blechpaketes bilden, das einen magnetischen Kreis für den Motor bereitstellt. Die Wicklungen 17 und 18 werden um die Kerne der Blechpakete herum angeordnet, die sich von den Polschuhen 15 und 16 aus erstrecken, wobei die Wicklungen in Reihe für einen Anschluß an eine geeignete Quelle des Antriebsstromes geschaltet sind.
  • Die Motorwelle 11 erstreckt sich über den Motor 3 hinaus, weg vom Drosselklappenventil 2, in eine Kammer hinein, die eine Rückstellfeder 19 enthält. Die Rückstellfeder 19 wirkt zwischen dem Magneten 13 und dem Gehäuse 1, um so das Drosselklappenventil 2 in Richtung seiner geschlossenen Position vorzuspannen, wie in Fig. 10 dargestellt wird. Ein Drucklager 20 und ein Gleitlager 21 sind nahe dem Ende der Motorwelle 11 angeordnet, das mit dem Schleifkontakt des Potentiometers 4 verbunden ist.
  • Um die gewünschte Übertragungsfunktion des Momentenmotors 3 zu liefern, werden die Dauermagneten 12 und 13 und die Polschuhe 15 und 16 so angeordnet, wie es in Fig. 11 und 12 dargestellt wird. Insbesondere ist Fig. 12 eine maßstabgerechte Zeichnung, aus der man die Form und die verschiedenen Abmessungen der Teile des Motors erkennen kann. Daher werden die Dauermagneten 12 und 13 diametral einander gegenüberliegend auf der Welle 11 angeordnet, und jeder Magnet ist als Teil eines Ringes geformt, der sich über einen Winkel von 130º erstreckt. Der Außendurchmesser dieser Magneten beträgt 24,85 mm, und die tatsächlichen Winkelpositionen der Magneten auf der Welle 11 in Beziehung zur Orientierung des Drosselklappenventils 2 auf der Spindel 5 sind so, daß ein Winkelbereich der Übertragungsfunktion von 90º genutzt wird, wie in Fig. 7 veranschaulicht wird.
  • Die gabelförmigen Polschuhe 15 und 16 erstrecken sich um die Rotationswege der Magneten 12 und 13 herum, und die angrenzenden Enden der Polschuhe werden durch einen Spalt 23 von 2,34 mm getrennt. Der Nennwert des Luftspaltes zwischen den Polschuhen und den Magneten beträgt 0,8 mm, aber die Flächen der Polschuhe, die den Magneten gegenüberliegen, sind so profiliert, wie in Fig. 11 gezeigt wird, um einen maximalen Luftspalt von 1,46 mm und einen minimalen Luftspalt von 0,7 mm zu bewirken.
  • Fig. 13 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Steuerungssystems für die in Fig. 10 gezeigte Betätigungsvorrichtung. Der Motor ist mit dem Ausgang eines Treiberverstärkers 30 verbunden, dessen Eingang mit dem Ausgang eines Differentialverstärkers 31 verbunden ist. Der Differentialverstärker 31 besitzt einen invertierenden Eingang, der mit einem Potentiometer 4 für das Messen der Drosselklappenposition verbunden ist, und einen nichtinvertierenden Eingang, der mit einer Steuerschaltung 32 verbunden ist. Die Steuerschaltung 32 ist so angeordnet, daß Anforderungssignale für die Drosselklappenposition dem Differentialverstärker 31 zugeführt werden.
  • Die Steuerschaltung 32 besitzt einen Eingang, der mit einem Potentiometer 33 verbunden ist, das mechanisch mit einem Gaspedal 34 verbunden ist und Signale liefert, die die Stellung des Gaspedals verkörpern. Die Steuerschaltung besitzt einen Eingang, der mit einem Druckgeber 35 verbunden ist, der in der Ansaugleitung des Motors vorhanden ist, um Signale zuzuführen, die die Leitungsdruckverminderung verkörpern. Die Steuerschaltung 32 besitzt einen Eingang, der mit einem Drehzahlmeßfühler 36 verbunden ist, um ein Signal zu liefern, das die Drehzahl der Motorkurbelwelle verkörpert. Beispielsweise kann der Drehzahlmeßfühler 36 einen Meßwertgeber mit veränderlicher Reluktanz aufweisen, der mit den Zähnen auf einem Schwungrad des Motors zusammenwirkt.
  • Die Steuerschaltung 32 besitzt Ausgänge, die mit einer Kraftstoffeinspritzbetätigungsvorrichtung 37 und einem Zündfunkenstromkreis 38 verbunden sind, so daß das in Fig. 13 gezeigte Steuerungssystem ein Motorbetriebssystem für einen Verbrennungsmotor mit Fremdzündung bildet. Das System kann ebenfalls bei einem Kompressionszündungsmotor (Dieselmotor) angewendet werden, wobei der Zündfunkenstromkreis 38 in diesem Fall nicht erforderlich ist und die Zündzeitpunkteinstellung durch Steuern des Beginns der Kraftstoffeinspritzung gesteuert wird.
  • Die Steuerschaltung 32 kann auf einer Digital- und/oder Analogschaltung basieren und umfaßt vorzugsweise einen Mikroprozessor oder Mikrocomputer, der durch die im Nur-Lesespeicher gespeicherte Software gesteuert wird.
  • Während des normalen Fahrbetriebes des Fahrzeuges betätigt ein Fahrer das Gaspedal 34, und das Potentiometer 33 liefert ein Lastanforderungssignal an die Steuerschaltung 32. Die Steuerschaltung 32 empfängt die Signale von den Meßfühlern 35 und 36 und möglicherweise von anderen nicht gezeigten Meßfühlern, die auf andere Motor- und/oder Getriebeparameter des Fahrzeuges ansprechen, und leitet aus diesen Signalen ein Anforderungssignal für die Drosselklappenposition ab, das dem Differentialverstärker 31 zugeführt wird. Der Differentialverstärker 31 liefert ein Fehlersignal, das die Differenz zwischen der geforderten Drosselklappenposition und der tatsächlichen Drosselklappenposition, die durch das Potentiometer 4 ermittelt wird, verkörpert, und der Treiberverstärker 30 steuert den Momentenmotor 3 in Übereinstimmung mit dem Fehlersignal. Der Treiberverstärker 30 kann irgendeine geeignete Übertragungsfunktion aufweisen, die beispielsweise eine Kombination von Proportional-, Integral- und Differentialübertragungsfunktionen darstellt. Der Motor 3 wird daher in einer Richtung so angetrieben, daß das Fehlersignal eliminiert oder reduziert wird, so daß das Drosselklappenventil 2 die geforderte Position einnimmt.
  • Die einwertige Übertragungsfunktion der Betätigungsvorrichtung gestattet, daß ein stabiler Betrieb mit Rückführung uneingeschränkt ohne weiteres bewirkt werden kann. Im Fall einer Störung, die den Verlust des Positionsrückführungssignals zum invertierenden Eingang des Differentialverstärkers 31 bewirkt, wird das System jedoch weiter in der Betriebsart ohne Rückführung arbeiten, und das Fahrzeug bleibt steuerbar, wenn auch mit beeinträchtigter Leistungsfähigkeit des Steuerungssystems. Die Anordnung des Momentenmotors gestattet auch, daß der Momentenmotorstrom unterhalb eines maximalen Wertes, beispielsweise 3,5 Ampere, bleibt.

Claims (3)

1. Drosselklappenbetätigungsvorrichtung, die aufweist: eine Drosselklappe, die über einem Bereich von Winkelpositionen zwischen einer geschlossenen Position und einer vollständig geöffneten Position drehbar ist, eine Rückstellfeder (19), die die Drosselklappe in Richtung der geschlossenen Position vorspannt und eine Vorspannkraft für das Schließen der Drosseklappe liefert, die monoton mit zunehmender Winkelverschiebung der Drosselklappe (2) aus der geschlossenen Position größer wird, und einen Momentenmotor für das Antreiben der Drosselklappe, wobei der Momentenmotor einen Dauermagnetrotor aufweist, der über einen Bereich von im wesentlichen 90º betriebsfähig ist, und der direkt mit der Drosselklappe gekoppelt ist, wodurch die Betätigungsvorrichtung (1-21) eine einwertige Übertragungsfunktion der Drosselklappenwinkelposition gegenüber dem Momentenmotorstrom über dem Bereich der Winkelpositionen der Drosselklappe (2) aufweist, wobei der Momentenmotor (3) eine Übertragungskennlinie des Drehmomentes gegenüber der Drosselklappenposition so aufweist, daß das Motordrehmoment für jeden Wert des Momentenmotorstromes, der kleiner ist als ein vorgegebener maximaler Wert oder diesem entspricht, monoton mit zunehmender Winkelverschiebung der Drosselklappe aus der geschlossenen Position in Richtung der geöffneten Position kleiner wird.
2. Drosselklappenbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Momentenmotor (3) ein Nulldrehmoment für den Nullmomentenmotorstrom über den Bereich der Drosselklappenwinkelpositionen erzeugt.
3. Drosselklappensteuerungssystem, dadurch gekennzeichnet, daß es aufweist: eine Drosselklappenbetätigungsvorrichtung (1-21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und eine Steuerschaltung (30-32) für das Steuern der Betätigungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einem Anforderungssignal.
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