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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Vorzugsweise erzeugt der Momentenmotor ein Nulldrehmoment für den
Nullmomentenmotorstrom über den Bereich der Drosselklappenwinkelpositionen.
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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.
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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.
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Die Erfindung wird weiter mittels des Beispiels und mit Bezugnahme
auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die zeigen:
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Fig. 1 eine grafische Darstellung einer typischen
Übertragungsfunktion des Drehmomentes T über dem Winkel α für einen typischen
Momentenmotor;
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Fig. 2 eine Gruppe von Übertragungsfunktionen der Art, die in Fig.
1 gezeigt wird, mit dem Momentenmotorstrom als Parameter;
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Fig. 3 einen Teil der Gruppe der Übertragungsfunktionen aus Fig. 2
für einen typischen Arbeitsbereich des Momentenmotors;
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Fig. 4 eine ideale Gruppe der Übertragungsfunktionen des
Momentenmotors für eine Betätigungsvorrichtung entsprechend der Erfindung;
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Fig. 5 eine grafische Darstellung einer praktischen
Übertragungsfunktion des Momentenmotors, die sich dem Ideal nähert;
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Fig. 6 die Übertragungsfunktion aus Fig. 5 in deutlicherer Form;
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Fig. 7 die Übertragungsfunktion eines Momentenmotors für einen
Einsatz in einer Betätigungsvorrichtung, die eine bevorzugte Ausführung der
Erfindung darstellt;
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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;
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Fig. 9 eine ähnliche Darstellung wie Fig. 8, die aber die Kurven für
den Null- und Negativmomentenmotorstrom zeigt;
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Fig. 10 eine Querschnittdarstellung einer
Drosselklappenbetätigungsvorrichtung, die eine bevorzugte Ausführung der Erfindung darstellt;
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Fig. 11 eine Querschnittdarstellung eines Momentenmotors der
Betätigungsvorrichtung aus Fig. 10;
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Fig. 12 eine vergrößerte Darstellung eines Details aus Fig. 11; und
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Fig. 13 ein schematisches Blockdiagramm eines
Drosselklappensteuerungssystem, das eine bevorzugte Ausführung der Erfindung darstellt
und die Betätigungsvorrichtung aus Fig. 10 einschließt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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Verschiedene Bohrungen sind im Gehäuse 1 vorhanden, die eine
Luftumleitung 10 für den Leerlaufbetrieb des Motors umfassen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.