EP0413082A1 - Lastverstelleinrichtung - Google Patents
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- EP0413082A1 EP0413082A1 EP90102632A EP90102632A EP0413082A1 EP 0413082 A1 EP0413082 A1 EP 0413082A1 EP 90102632 A EP90102632 A EP 90102632A EP 90102632 A EP90102632 A EP 90102632A EP 0413082 A1 EP0413082 A1 EP 0413082A1
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- actuator
- element part
- idle
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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- F02D11/06—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance
- F02D11/10—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance of the electric type
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- F02D2011/101—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance of the electric type characterised by the means for actuating the throttles
- F02D2011/103—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance of the electric type characterised by the means for actuating the throttles at least one throttle being alternatively mechanically linked to the pedal or moved by an electric actuator
Definitions
- the invention relates to a load adjustment device with a control element which can be acted on by an actuator determining the performance of an internal combustion engine, which cooperates with a driver coupled to an accelerator pedal and can additionally be controlled by means of an electric actuator interacting with an electronic control device.
- load adjustment devices Of particular importance in load adjustment devices is the mastery of the load state of idling, in which the internal combustion engines only deliver a minimal power, but this can be opposed, in particular in motor vehicles, to consumers who require high power, such as fans, rear window heating, air conditioning, etc. To take account of these eventual performance requirements, regulation of the load adjustment device between a maximum and a minimum idle position is necessary. If the control fails, the actuator or control element is in an idle emergency position ensure.
- load adjustment devices of the type mentioned are generally used where the accelerator pedal and the actuator are electronically linked.
- the accelerator pedal is coupled to the driver and this to the control element.
- a setpoint detection element assigned to the driver and an actual value detection element interacting with it and acting on the electric actuator are provided, the electric actuator being controllable by the electronic control device as a function of the detected values.
- the electrical link between the accelerator pedal and the actuator with the electronic control device connected in between makes it possible to use the accelerator pedal and the driver coupled to it to set predetermined setpoint positions in relation to the actual values reproduced by the position of the control element and the actuator and to provide for existing or missing plausibility conditions check so that in the presence or absence of certain plausibility conditions there is the possibility of acting via the electronic control device by controlling the electric actuator to correct the actuator, which can be designed, for example, as a throttle valve or injection pump.
- an intervention by the electronic control device to avoid wheel slip when starting due to excessive power input by the accelerator pedal can be provided.
- Other automatic interventions in the load adjustment device are conceivable, for example, in the case of automatic switching operations of a transmission, a speed limit control or in the idle control of the internal combustion engine previously discussed.
- the object is achieved in that the travel path of the driver in the idling direction is limited by an idling stop and when the driver contacts the idling stop, the control element can be moved in its idling control range relative to the driver by means of the actuator, the control element having a first control element part interacting with the driver , on which an idle spring biases this in the direction of the minimal idle position over the entire idle control range, and has a second control element part which can be actuated by means of the actuator, on which an emergency spring biasing this in the direction of the maximum idle position into an idle emergency position and one of these control element parts in the direction of the minimal idle position via the Auxiliary spring prestressing the entire idle control range, with the first control element part also on the side of the second control assigned to the maximum idle position erelement part protrudes in its travel and a translation of the actuator-side movement takes place within the second control element part.
- control element moving the actuator can be moved independently of the driver in the idle control range by means of the electric actuator, while it is coupled to the driver outside the idle control range and the driver can move the control element and thus the actuator.
- the control element with the two control element parts, the first control element part, which interacts directly with the actuator, on the one hand the connection to the driver, and on the other hand via the second control element part Connection to the electric actuator.
- the idle spring serves to reset the first control element part and, in an elevated idle position of the second control element part, also resets the second control element part due to the overlap of the travel of the two control element parts, while the emergency running spring interacts exclusively with the second control element part in the opposite direction of action.
- the subdivision of the control element into the first and the second control element part ensures that the movement of the driver in the part-load / full-load operation of the internal combustion engine can take place independently of the elements assigned to the electric actuator and this only against the direction of action of a spring in the form of the idle spring .
- the auxiliary spring biases the second control element part in the direction of the minimal idle position over the entire idle control range and within the second control element part there is a translation of the actuator-side movement.
- the actuator is designed as a throttle valve, it is only necessary to regulate the idle speed of the internal combustion engine by pivoting the throttle valve within a small swivel range, which is generally below 10 angular degrees.
- Such small swiveling ranges cannot be achieved by means of electric actuators, in particular if they are to be designed as electric motors of comparatively small design, or can only be achieved with a great deal of control effort.
- the invention makes it possible to use electric actuators with low output torque, the output movement of which extends over a relatively large swiveling or rotating range is converted into a movement of the throttle valve in the said small swiveling range.
- the auxiliary spring supports the resetting of the throttle valve.
- the restoring force is to be dimensioned such that it counteracts the second control element part in the event of a failure of the electronic control device or the electric actuator transferred to the idle emergency position against the friction / cogging torque of the actuator.
- the spring force of the emergency running spring is to be dimensioned such that it can overcome not only the force of the idling spring, but also that of the auxiliary spring and other forces acting in the system, which, for example, when the actuator is designed as a throttle valve which is eccentrically mounted for safety reasons these negative forces acting in the closing direction can be caused in the intake manifold.
- the auxiliary spring it is advantageous that it is assigned to the second control element part and the two control element parts are decoupled from one another in the partial-load / full-load range, so that in these operating states the first control element part by means of the driver does not additionally counter the force of the auxiliary spring must be moved.
- a transmission gear is connected to the actuator with an actuator-side transmission input shaft, a transmission intermediate shaft and an actuator-side transmission output shaft.
- the transmissions from the transmission drive shaft to the transmission intermediate shaft and the transmission intermediate shaft to the transmission output shaft should be approximately the same.
- the translation from actuator to actuator should advantageously be 50 to 200, in particular 70 to 100.
- the translation within a transmission with intermediate gear shaft is advisable for reasons of space. In principle, the movement between the electric actuator and the actuator can be translated in any way.
- the emergency running spring is expediently arranged in the area of the transmission output shaft and the auxiliary spring in the area of the transmission input shaft.
- the two springs are also advantageously designed as spiral springs that enclose the gear shafts assigned to them. Beyond that provided that the emergency running spring is biased against an emergency stop or has a freewheel in the range from the idling emergency position to the maximum idling position.
- FIG. 1 shows an accelerator pedal 1 with which a lever 2 can be displaced between an idle stop LL and a full load stop VL.
- the lever 2 is able to move a driver 4, which is movable between a further idle stop LL and a further full load stop VL, in the direction of the full load stop VL associated therewith via a throttle cable 3 and is biased in the idle direction by means of a return spring 5 acting on the throttle cable 3.
- the driver 4 When the throttle cable 3 is not acted on, the driver 4 thus bears against the idle stop LL assigned to it.
- the driver 4 can also move an automatic train 7 of an automatic transmission, not shown.
- the driver 4 interacts directly with a first control element part 8a, which serves to adjust an actuator of the internal combustion engine designed as a throttle valve 9.
- a first control element part 8a which serves to adjust an actuator of the internal combustion engine designed as a throttle valve 9.
- the end of the first control element part 8a facing the driver 4 is provided with a recess 10 which engages behind an extension 11 of the driver 4.
- An idle spring 12a is arranged between the control element part 8a and a fixed point 29, which acts on the control element part 8a in the idle direction over the entire idle control range (LL min to LL max ).
- the load adjustment device has a second control element part 8b which is connected to an electric motor 14.
- torque converters 30a and 30b which are to be described in more detail in terms of their construction, are used to translate the movement on the servomotor side.
- auxiliary spring 31 Between the torque converter 30b and the electric motor 14 one end engages an auxiliary spring 31 on the second control element part 8b, the other end with a wide one ren fixed point 32 is connected.
- the auxiliary spring 31 biases the second control element part 8b in the direction of the minimal idle position over the entire idle control range.
- the second control element part 8b has an attachment 15, the first control element 8a on the side of the attachment 15 facing the maximum idle position in its actuating path and thus the actuating path of the second control element part 8b protrudes, a movement of the second control element part 8b in the LL max or full load direction or LL min direction leads to the attachment of the shoulder 15 on the first control element part 8a, which is then moved by means of the electric motor 14 against the force of the spring 12a in the direction of the maximum idle position or but can be moved against the force of an emergency running spring 20 but a plunger 23 against a stop 22 in the LL min position.
- the adjustment path of the second control element part 8b and thus also the adjustment path of the first control element part 8a in the direction of the maximum idle position is caused by a protruding into the path of the second control element part 8b at the position of the maximum idle speed LL max Stop 16 limited.
- a limitation of the second control element part 8b in the position of the minimal idle position is not necessary, since either the first control element part 8a in this position rests against the shoulder 11 of the driver 4 or the second control element part 8b comes to a limit on a stationary sleeve 21.
- the load adjustment device is controlled by means of an electronic control device 17.
- an actual value detection device 18 which is assigned to the second control element part 8b and determines the respective position of the first control element part 8a and is arranged between the two torque converters 30a and 30b, interacts.
- the electronic control device 17 also detects signals from an idle contact 19, which is activated whenever the driver 4 bears against the idle stop LL assigned to it.
- external state variables relating to the internal combustion engine or generally relating to the motor vehicle equipped with the latter are entered into and retrieved from the control electronics 17 and transferred from the control electronics to the electric motor 14 acting on the second control element part 8b.
- the electronic control device 17 thus serves in conjunction with the actual value detection device 18 and the idle contact 19 as well as the external reference values for the purpose of building up a safety logic relating to the control of the first and second control element parts 8a and 8b and drivers. If the lever 2 interacting with the accelerator pedal 1 is in its idle position LL and thus also the driver 4 at the idle stop LL, contact is made with the idle contact 19. When there are plausibility conditions, the electric motor 14 is activated via the electronic control device 17, with which the actuator 9 , as desired by the control electronics 17, is regulated in the idle range between the minimum and a maximum idle position. Plausibility conditions are verified, among other things, by means of the actual value detection device 18, with which the entire idle control range of the internal combustion engine can be represented.
- the path-limited emergency running spring 20 which is biased in the direction of the maximum idling position, causes the second control element part 8b to be brought into the idling emergency position LL Not.
- the force of the emergency running spring 20 must be so great that it overcomes not only the force of the idling spring 12a, but also also that of the auxiliary spring 31 and the negative pressure forces acting on the throttle valve 9 in the closing direction in the intake manifold, since Usually the throttle valve is mounted off-center, so that a negative pressure always loads the throttle valve in the closing direction.
- a contact switch 24 is provided on the accelerator pedal 1, by means of which such a maladjustment can be determined.
- the frame 28 in FIG. 1 shows that the parts enclosed by it form a structural unit.
- the additional dashed frame 28a is intended to illustrate that the return drive of the driver 4 represented by the springs 6a and 6b can also be part of the structural unit.
- Fig. 2 illustrates the interaction of driver 4 and the two control element parts 8a and 8b, further the basic structure of the torque converter 30a and 30b and the arrangement of the springs acting on the two control element parts 8a and 8b springs 12a, 20 and 31.
- the figure first shows the Driver 4, which consists essentially of a pivotable about the Y-coordinate bearing axis 4a, a lever 4b firmly connected to this and a spaced from this also firmly connected to the bearing axis 4a plate 4c. In the position shown in FIG. 2, the driver 4 rests with its lever 4b on the idling stop LL.
- the end of the lever 4b facing away from the bearing axis 4a is provided with a ball pin 4d for connection to the throttle cable 3 (not shown in more detail).
- the plate 4c has essentially the shape of a triangle. In the corners of the plate 4c remote from the bearing axis 4a, two bolts 4e extending in the Y direction are connected to it, which, according to the arrangement of the projection 11 and the adjacent thickening of the driver 4 as shown in FIG. 1, provide a freewheel for the first Form control element part 8a.
- the lever 82a biases the idle spring 12a in the idle direction of the actuator 9, which, in contrast to the illustration according to FIG. 1, acts on a bearing journal 4f of the driver 4 remote from the bearing axis in the schematic diagram according to FIG. 2.
- the idle spring 12a can be attached to a fixed point instead of to the bearing journal 4f.
- the second control element part 8b with the torque converters 30a and 30b integrated in this is essentially formed by the motor shaft of the electric motor 14, which acts as the transmission drive shaft 81b and is arranged in the direction of the Y coordinate, the transmission intermediate shaft 82b and the throttle valve-side transmission output shaft 83b, furthermore by a the gear drive shaft 81b connected pinion 84b, which cooperates with a gear 85b connected to the transmission intermediate shaft 85b.
- a pinion 86b which is also connected to this shaft, cooperates with a wheel 87b connected to the transmission output shaft 83b.
- the end of the transmission output shaft 83b facing the throttle valve 9 has a lever 88b which projects into the actuator on the side of the bolt 84a associated with the minimum idle position.
- the transmission output shaft 83b surrounds the emergency running spring 20, which is designed as a spiral spring. This engages with its inner end on a bolt 89b which is connected to the wheel 87b at a distance from the transmission output shaft 83b.
- the outer end of the emergency running spring 20 is connected to a fixed point 33.
- the emergency running spring 20 tensions the transmission output shaft 83b and thus the second control element part 8b as a whole in the direction maximum idle position in the idle emergency position. In this, the coil spring is either relaxed, or a separate stop is provided with which the bolt 89b comes into contact with a slightly pre-tensioned spring.
- the transmission drive shaft 81b encloses the auxiliary spring 31, which is likewise designed as a spiral spring and which engages with its inner end on a lever 80b which is connected in a rotationally fixed manner to the transmission drive shaft 81b and with its outer end at the fixed point 32.
- the auxiliary spring 31 prestresses the transmission drive shaft 81b and thus the second control element part 8b overall in the direction of the minimal idle position over the entire idle control range.
- the movements of the electric motor 14 are translated approximately the same via the two torque converters 30a and 30b. It is envisaged that the two torque converters each have a gear ratio 10, which results in a total gear ratio of 100. Assuming that the throttle valve 9 between the operating positions LL min and LL max can be adjusted by an electric motor in an angular range of 8 °, this means that the motor shaft and thus the transmission drive shaft 81b can be pivoted by 800 °.
- the auxiliary spring 31 ensures that in the event of a defect in the electronic control device 17 or the electric motor 14, the friction / cogging torque of the currentless electric motor 14 is overcome in every position, so that the return of the throttle valve 9 is ensured with the aid of the idling spring 12a.
- the actual value detection device 18 is advantageously arranged in the area of the intermediate gear shaft 82b, which results in a significantly improved resolving power of the actual value detection device 18.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Lastverstelleinrichtung mit einem auf ein die Leistung einer Brennkraftmaschine bestimmenden Stellglied einwirkbaren Steuerelement, das mit einem mit einem Fahrpedal gekoppelten Mitnehmer zusammenwirkt und zusätzlich mittels eines mit einer elektronischen Regeleinrichtung zusammenwirkenden elektrischen Stellantriebes ansteuerbar ist.
- An Lastverstelleinrichtungen, beispielsweise mit Vergasern oder Einspritzpumpen zusammenwirkende Lastverstelleinrichtungen ist die Anforderung einer optimalen Regelung der Brennkraftmaschine über den gesamten Lastbereich zu stellen. Hierzu bedarf es eines komplizierten Aufbaus bzw. einer komplizierten Steuerung der jeweiligen Lastverstelleinrichtung. So weisen Vergaser beispielsweise neben der eigentlichen Einrichtung zur Gemischbildung zusatzeinrichtungen, wie Abmagerungs-, Start-, Leerlauf-, Beschleunigungs-, Spareinrichtungen usw. auf. Die Einrichtungen verkomplizieren den Aufbau des Vergasers und bedingen einen erhöhten Bauteilaufwand, indem beispielsweise zusätzliche Einspritzdüsen, Pumpen, besondere Ausgestaltungen der Düsennadeln, separate Luftzuführungen erforderlich sind, ganz abgesehen von den hiermit verbundenen hohen Steuerungsanforderungen.
- Von besonderer Bedeutung ist bei Lastverstelleinrichtungen die Beherrschung des Lastzustandes des Leerlaufs, bei dem von den Brennkraftmaschinen nur eine minimale Leistung abgegeben wird, dieser aber gerade bei Kraftfahrzeugen unter Umständen Verbraucher gegenüberstehen, die eine große Leistung erfordern, wie Gebläse, Heckscheibenheizung, Klimaanlage usw. Um diesen eventuellen Leistungsanforderungen Rechnung zu tragen, ist eine Regelung der Lastverstelleinrichtung zwischen einer maximalen und einer minimalen Leerlaufstellung erforderlich. Bei Ausfall der Regelung ist eine Leerlaufnotstellung des Stellgliedes bzw. des Steuerelementes sicherzustellen.
- Im Unterschied zu der vorbeschriebenen Problemstellung finden Lastverstelleinrichtungen der genannten Art in aller Regel dort Verwendung, wo das Fahrpedal und das Stellglied elektronisch miteinander verknüpft sind. Das Fahrpedal ist mit dem Mitnehmer gekoppelt und dieser mit dem Steuerelement. Ferner ist ein dem Mitnehmer zugeordnetes Sollwerterfassungselement und ein mit diesem zusammenwirkendes und auf den elektrischen Stellantrieb einwirkendes Istwerterfassungselement vorgesehen, wobei der elektrische Stellantrieb in Abhängigkeit von den erfaßten Werten durch die elektronische Regeleinrichtung ansteuerbar ist. Die elektrische Verknüpfung von Fahrpedal und Stellglied mit der dazwischengeschalteten elektronischen Regeleinrichtung ermöglicht es, durch das Fahrpedal und den mit diesem gekoppelten Mitnehmer vorgegebene Sollwertpositionen in Bezug zu den durch die Stellung des Steuerelementes und des Stellgliedes wiedergegebenen Istwerten zu setzen und auf gegebene oder fehlende Plausibilitätsbedingungen hin zu überprüfen, so daß bei Vorliegen bzw. Fehlen bestimmter Plausibilitätsbedingungen die Möglichkeit besteht, über die elektronische Regeleinrichtung durch Ansteuerung des elektrischen Stellantriebes korrigierend auf das Stellglied, das beispielsweise als Drosselklappe oder Einspritzpumpe ausgebildet sein kann, einzuwirken. So kann beispielsweise ein Eingriff durch die elektronische Regeleinrichtung zur Vermeidung von Radschlupf beim Anfahren infolge zu hoher Leistungsvorgabe durch das Gaspedal vorgesehen sein. Andere automatische Eingriffe in die Lastverstelleinrichtung sind beispielsweise denkbar bei automatischen Schaltvorgängen eines Getriebes, einer Geschwindigkeitsbegrenzungsregelung oder bei der zuvor erörterten Leerlaufregelung der Brennkraftmaschine.
- Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lastverstelleinrichtung der genannten Art zu schaffen, die bei einer baulich einfachen Gestaltung eine sichere und exakte Regelung der Brennkraftmaschine über den gesamten Leerlaufbe reich gestattet.
- Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß der Stellweg des Mitnehmers in Leerlaufrichtung durch einen Leerlaufanschlag begrenzt ist und bei Anlage des Mitnehmers am Leerlaufanschlag das Steuerelement in seinem Leerlaufregelbereich relativ zum Mitnehmer mittels des Stellantriebs bewegbar ist, wobei das Steuerelement ein erstes mit dem Mitnehmer zusammenwirkendes Steuerelementteil aufweist, an dem eine dies in Richtung minimaler Leerlaufstellung über den gesamten Leerlaufregelbereich vorspannende Leerlauffeder angreift, sowie ein zweites mittels des Stellantriebes ansteuerbares Steuerelementteil aufweist, an dem ein dieses in Richtung maximaler Leerlaufstellung in eine Leerlaufnotstellung vorspannende Notlauffeder sowie eine dieses Steuerelementteil in Richtung minimaler Leerlaufstellung über den gesamten Leerlaufregelbereich vorspannende Hilfsfeder angreift, wobei ferner das erste Steuerelementteil auf der der maximalen Leerlaufstellung zugeordneten Seite des zweiten Steuerelementteils in dessen Stellweg ragt und innerhalb des zweiten Steuerelementteils eine Übersetzung der stellantriebsseitigen Bewegung stattfindet.
- Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Lastverstelleinrichtung erfolgt eine Regelung im gesamten Leerlaufregelbereich ausschließlich mittels eines einzigen Stellgliedes, so daß es keiner zusätzlichen Einrichtungen zur Gemischbildung im Leerlaufregelbereich bedarf. Das das Stellglied bewegende Steuerelement ist im Leerlaufregelbereich mittels des elektrischen Stellantriebes unabhängig vom Mitnehmer bewegbar, während es außerhalb des Leerlaufregelbereiches mit dem Mitnehmer gekoppelt ist und dieser das Steuerelement und damit das Stellglied bewegen kann. Von besonderer Bedeutung ist in diesem Zusammenhang die Ausbildung des Steuerelementes mit den beiden Steuerelementteilen, wobei das erste Steuerelementteil, das unmittelbar mit dem Stellglied zusammenwirkt, einerseits die Verbindung zum Mitnehmer, andererseits über das zweite Steuerelementteil die Verbindung zum elektrischen Stellantrieb darstellt. In diesem Zusammenhang dient die Leerlauffeder der Rückstellung des ersten Steuerelementteiles und in einer erhöhten Leerlaufstellung des zweiten Steuerelementteils wegen der Stellwegüberlagerung der beiden Steuerelementteile auch der Rückstellung des zweiten Steuerelementteiles, während die Notlauffeder in entgegengesetzter Wirkrichtung ausschließlich mit dem zweiten Steuerelementteil zusammenwirkt. Durch die Unterteilung des Steuerelementes in das erste und das zweite Steuerelementteil ist gewährleistet, daß die Bewegung des Mitnehmers im Teillast-/Vollastbetrieb der Brennkraftmaschine unabhängig von den dem elektrischen Stellantrieb zugeordneten Elementen erfolgen kann und dies ausschließlich entgegen der Wirkrichtung der einen Feder in Form der Leerlauffeder. Gemäß einem besonderen Merkmal der erfindungsgemäßen Lösung ist schließlich vorgesehen, daß die Hilfsfeder das zweite Steuerelementteil in Richtung minimaler Leerlaufstellung über den gesamten Leerlaufregelbereich vorspannt und innerhalb des zweiten Steuerelementteiles eine Übersetzung der Stellantriebsseitigen Bewegung stattfindet. Insbesondere bei einer Ausbildung des Stellgliedes als Drosselklappe ist es nämlich zur Regelung des Leerlaufs der Brennkraftmaschine nur erforderlich, die Drosselklappe innerhalb eines geringen Schwenkbereiches, der in aller Regel unter 10 Winkelgraden liegt, zu verschwenken. Derartig geringe Schwenkbereiche lassen sich aber mittels elektrischer Stellantriebe, insbesondere wenn diese als Elektromotore vergleichsweise kleiner Bauart ausgebildet sein sollen, nicht oder nur bei großem Regelungsaufwand erzielen. Durch die Erfindung wird es möglich, elektrische Stellantriebe geringen Ausgangsdrehmomentes zu verwenden, deren sich über einen relativ großen Schwenk- bzw. Drehbereich erstreckende Ausgangsbewegung in eine Bewegung der Drosselklappe in dem genannten geringen Schwenkbereich überführt wird. Die Hilfsfeder unterstützt dabei die Rückstellung der Drosselklappe. Die Rückstellkraft ist so zu bemessen, daß sie bei einem Ausfall der elektronischen Regeleinrichtung bzw. des elektrischen Stellantriebes das zweite Steuerelementteil entge gen dem Reib-/Rastmoment des Stellantriebes in die Leerlaufnotstellung überführt. Die Federkraft der Notlauffeder ist so zu bemessen, daß sie nicht nur die Kraft der Leerlauffeder, sondern darüber hinaus auch die der Hilfsfeder und sonstige im System wirkende Kräfte überwinden kann, die beibeispielsweise bei einer Ausbildung des Stellgliedes als aus Sicherheitsgründen außermittig gelagerte Drosselklappe durch die auf diese in Schließrichtung einwirkenden Unterdruck kräfte im Saugrohr hervorgerufen sein können. Im Zusammenhang mit der Anordnung der Hilfsfeder ist es von Vorteil, daß diese dem zweiten Steuerelementteil zugeordnet ist und die beiden Steuerelementteile im Teillast-/Vollastbereich voneinander entkoppelt sind, womit in diesen Betriebszuständen das erste Steuerelementteil mittels des Mitnehmers nicht noch zusätzlich gegen die Kraft der Hilfsfeder bewegt werden muß.
- Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß mit dem Stellantrieb ein Übersetzungsgetriebe verbunden ist mit einer Stellantriebsseitigen Getriebeantriebswelle, einer Getriebezwischenwelle und einer stellgliedseitigen Getriebeabtriebswelle. Bei einer derartigen Ausgestaltung mit einer Getriebezwischenwelle sollten die Übersetzungen von Getriebsantriebswelle zu Getriebezwischenwelle und Getriebezwischenwelle zu Getriebeabtriebswelle annähernd gleich sein. Die Übersetzung von Stellantrieb zu Stellglied sollte vorteilhaft 50 bis 200 betragen, insbesondere 70 bis 100. Die Übersetzung innerhalb eines Übersetzungsgetriebes mit Getriebezwischenwelle bietet sich aus Platzgründen an. Prinzipiell kann die Bewegung zwischen elektrischem Stellantrieb und Stellglied auf beliebige Art und Weise übersetzt werden.
- Zweckmäßig ist die Notlauffeder im Bereich der Getriebeabtriebswelle und die Hilfsfeder im Bereich der Getriebeantriebswelle angeordnet. Die beiden Federn sind darüber hinaus vorteilhaft als Spiralfedern ausgebildet, die die ihnen zugeordneten Getriebewellen umschließen. Darüber hinaus ist vorgesehen, daß die Notlauffeder gegen einen Notstellungsanschlag vorgespannt ist oder aber im Bereich von der Leerlaufnotstellung bis zur maximalen Leerlaufstellung einen Freilauf aufweist.
- Infolge der Übersetzung der Bewegung des elektrischen Stellantriebes wird es als vorteilhaft angesehen, wenn ein die Stellung des zweiten Steuerelementteils ermittelndes Bauteil, insbesondere das Istwerterfassungselement, an der Getriebezwischenwelle oder der Getriebsantriebswelle angreift, somit an einer Stelle, wo die Position des Stellgliedes wegen der Übersetzung genauer erfaßt werden kann.
- Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der Beschreibung der Figuren dargestellt, wobei bemerkt wird, daß alle Einzelmerkmale und alle Kombinationen von Einzelmerkmalen erfindungswesentlich sind.
- In den Figuren ist die Erfindung näher erläutert. Es zeigen
- Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Lastverstelleinrichtung in der Funktion der Leerlaufregelung, dargestellt in der Notlaufposition, und
- Fig. 2 einen prinzipiellen Aufbau einer solchen Lastverstelleinrichtung mit einem Stellglied in Form einer Drosselklappe.
- In der Fig. 1 ist ein Fahrpedal 1 gezeigt, mit dem ein Hebel 2 zwischen einem Leerlaufanschlag LL und einem Vollastanschlag VL verschiebbar ist. Der Hebel 2 vermag über einen Gaszug 3 einen zwischen einem weiteren Leerlaufanschlag LL und einem weiteren Vollastanschlag VL bewegbaren Mitnehmer 4 in Richtung des diesem zugeordneten Vollastanschlages VL zu verschieben und ist mittels einer am Gaszug 3 angreifenden Rückzugfeder 5 in Leerlaufrichtung vorgespannt. Zwei am Mitnehmer 4 angreifende Rückstellfedern 6a und 6b spannen diesen in Leerlaufrichtung vor, wobei die beiden Federn 6a und 6b so ausgelegt sind, das sie redundante Auswirkungen auf den Rückstellantrieb besitzen und jede einzelne von ihnen in der Lage ist, die Kräfte aufzubringen, um den Mitnehmer 4, selbst bei Berücksichtigung der auf diesen einwirkenden systemimmanenten Gegenkräfte, in dessen LL-Stellung zu überführen. Bei nicht beaufschlagtem Gaszug 3 liegt der Mitnehmer 4 somit an dem diesem zugeordneten Leerlaufanschlag LL an. Der Mitnehmer 4 kann gleichfalls einen Automatikzug 7 eines nicht näher dargestellten automatischen Getriebes verschieben.
- Der Mitnehmer 4 wirkt unmittelbar mit einem ersten Steuerelementteil 8a zusammen, das dem Verstellen eines als Drosselklappe 9 augebildeten Stellgliedes der Brennkraftmaschine dient. Im Detail ist das dem Mitnehmer 4 zugewandte Ende des ersten Steuerelementteils 8a mit einer Ausnehmung 10 versehen, die ein Ansatz 11 des Mitnehmers 4 hintergreift. Zwischen dem Steuerelementteil 8a und einem ortsfesten Punkt 29 ist eine Leerlauffeder 12a angeordnet, die das Steuerelementteil 8a in Leerlaufrichtung über den gesamten Leerlaufregelbereich (LLmin bis LLmax) beaufschlagt. Bei einer minimalen Leerlaufstellung des ersten Steuerelementteils 8a liegt dieses am Ansatz 11 des Mitnehmers 4 an, ferner bei einer Bewegung des Mitnehmers 4 über das Fahrpedal 1 außerhalb des Leerlaufregelbereiches, d. h. im Teillast-/Vollastbetrieb, so daß in diesem Fall das auf das Stellglied 9 einwirkende erste Steuerelementteil 8a entsprechend der Bewegung des Mitnehmers 4 verstellt wird.
- Die erfindungsgemäße Lastverstelleinrichtung weist neben dem ersten Steuerelementteil 8a ein zweites Steuerelementteil 8b auf, das mit einem Elektromotor 14 verbunden ist. Innerhalb des zweiten Steuerelementteiles 8b erfolgt mittels in ihrem Aufbau noch näher zu beschreibende Drehmomentwandler 30a und 30b eine Übersetzung der stellmotorseitigen Bewegung. Zwischen dem Drehmomentwandler 30b und dem Elektromotor 14 greift mit einem Ende eine Hilfsfeder 31 am zweiten Steuerelementteil 8b an, deren anderes Ende mit einem weite ren ortsfesten Punkt 32 verbunden ist. Die Hilfsfeder 31 spannt das zweite Steuerelementteil 8b in Richtung minimaler Leerlaufstellung über den gesamten Leeraufregelbereich vor.
- Um die beiden Steuerelementteile 8a und 8b mechanisch miteinander kuppeln zu können, weist das zweite Steuerelement teil 8b einen Ansatz 15 auf, wobei das erste Steuerelement 8a auf der der maximalen Leerlaufstellung zugewandten Seite des Ansatzes 15 in dessen Stellweg und damit den Stellweg des zweiten Steuerelementteiles 8b ragt, eine Bewegung des zweiten Steuerelementteiles 8b in LLmax - respektive Vollastrichtung bzw. LLmin-Richtung führt damit zur Anlage des Ansatzes 15 am ersten Steuerelementteil 8a, das dann mittels des Elektromotors 14 entgegen der Kraft der Feder 12a in Richtung der maximalen Leerlaufstellung bzw. entgegen der Kraft einer Notlauffeder 20 aber einen Stößel 23 gegen einen Anschlag 22 in die LLmin -Stellung verschoben werden kann. Wie der Darstellung der Fig. 1 zu entnehmen ist, wird der Verstellweg des zweiten Steuerelementteils 8b und damit auch der Verstellweg des ersten Steuerelementteiles 8a in Richtung der maximalen Leerlaufstellung durch einen in den Weg des zweiten Steuerelementteiles 8b bei der Position des maximalen Leerlaufes LLmax ragenden Anschlag 16 begrenzt. Eine Begrenzung des zweiten Steuerelementteils 8b in der Position der minimalen Leerlaufstellung ist nicht erforderlich, da entweder das erste Steuerelementteil 8a in dieser Position am Ansatz 11 des Mitnehmers 4 anliegt oder das zweite Steuerelementteil 8b an einer stationären Hülse 21 zur Begrenzung kommt.
- Die Regelung der erfindungsgemäßen Lastverstelleinrichtung erfolgt mittels einer elektronischen Regeleinrichtung 17. Mit dieser wirkt eine dem zweiten Steuerelementteil 8b zugeordnete, die jeweilige Position des ersten Steuerelementteiles 8a ermittelnde, zwischen den beiden Drehmomentwandlern 30a und 30b angeordnete Istwerterfassungseinrichtung 18 für den Leerlaufbereich zusammen. Von der elektronischen Regeleinrichtung 17 werden darüber hinaus Signale erfaßt, die von einem Leerlaufkontakt 19 ausgehen, der immer dann aktiviert wird, wenn der Mitnehmer 4 an dem diesem zugeordneten Leerlaufanschlag LL anliegt. Überdies werden externe Zustandsgrößen betreffend die Brennkraftmaschine oder allgemein betreffend das mit dieser ausgerüstete Kraftfahrzeug in die Regelelektronik 17 eingegeben und von dieser abgerufen sowie von der Regelelektronik zu dem auf das zweite Steuerelementteil 8b einwirkenden Elektromotor 14 transferiert. Die elektronische Regeleinrichtung 17 dient somit im Zusammenwirken der Istwerterfassungseinrichtung 18 und dem Leerlaufkontakt 19 sowie den externen Bezugsgrößen dem Zweck, eine Sicherheitslogik betreffend die Steuerung von erstem und zweitem Steuerelementteil 8a und 8b sowie Mitnehmer aufzubauen. Befindet sich der mit dem Fahrpedal 1 zusammenwirkende Hebel 2 in seiner Leerlaufstellung LL und damit auch der Mitnehmer 4 am Leerlaufanschlag LL, erfolgt die Kontaktierung des Leerlaufkontaktes 19. Bei Vorliegen von Plausibilitätsbedingungen wird über die elektronische Regeleinrichtung 17 der Elektromotor 14 aktiviert, womit das Stellglied 9, wie von der Regelelektronik 17 gewünscht, im Leeerlaufbereich zwischen der minimalen und einer maximalen Leerlaufstellung geregelt wird. Plausibilitätsbedingungen werden dabei unter anderem mittels der Istwerterfassungseinrichtung 18 verifiziert, mit der der gesamte Leerlaufregelungsbereich der Brennkraftmaschine darstellbar ist. Sollte die elektronische Regeleinrichtung 17 oder der Elektromotor 14 spannungslos sein, bewirkt die in Richtung der maximalen Leerlaufstellung vorgespannte, wegbegrenzte Notlauffeder 20 die Überführung des zweiten Steuerelementteils 8b in die Leerlaufnotstellung LLNot. Um derartiges bewirken zu können, muß die Kraft der Notlauffeder 20 so groß sein, daß sie nicht nur die Kraft der Leerlauffeder 12a, sondern darüber hinaus auch noch die der Hilfsfeder 31 und die auf die Drosselklappe 9 in Schließrichtung einwirkenden Unterdruckkräfte im Saugrohr überwindet, da überlicherweise die Drosselklappe außermittig gelagert ist, so daß ein Unterdruck die Drosselklappe immer in Schließrichtung belastet. Bei einer Bewegung des zweiten Steuerelementteiles 8b mittels des Elektromotors 14 in Richtung der minimalen Leerlaufstellung erfolgt umgekehrt eine Vorspannung der Notlauffeder 20.
- Für den Fall, daß nach dem Loslassen des Fahrpedals 1 sich der Mitnehmer 4 nicht in Richtung Leerlauf verschieben lassen sollte, ist am Fahrpedal 1 ein Kontaktschalter 24 vorgesehen, durch den ein solcher Mißstand feststellbar ist.
- Durch die Umrahmung 28 in der Fig. 1 ist verdeutlicht, daß die von dieser umschlossenen Teile eine Baueinheit bilden. Die zusätzliche gestrichelte Umrahmung 28a soll verdeutlichen, daß auch der durch die Federn 6a und 6b dargestellte Rückstellantrieb des Mitnehmers 4 Bestandteil der Baueinheit sein kann.
- Fig. 2 verdeutlicht das Zusammenwirken von Mitnehmer 4 und den beiden Steuerelementteilen 8a und 8b, ferner den prinzipiellen Aufbau der Drehmomentwandler 30a und 30b sowie die Anordnung der auf die beiden Steuerelementteile 8a und 8b einwirkenden Federn 12a, 20 und 31. Die Figur zeigt zunächst den Mitnehmer 4, der im wesentlichen aus einer um die Y-Koordinate schwenkbaren Lagerachse 4a, einem mit dieser fest verbundenen Hebel 4b sowie eine beabstandet zu diesem gleichfalls mit der Lagerachse 4a fest verbundenen Platte 4c besteht. In der in Fig. 2 gezeigten Position liegt der Mitnehmer 4 mit seinem Hebel 4b am Leerlaufanschlag LL an. Das der Lagerachse 4a abgewandte Ende des Hebels 4b ist mit einem Kugelzapfen 4d zum Verbinden mit dem nicht näher dargestellten Gaszug 3 versehen. Die Platte 4c weist im wesentlichen die Form eines Dreiecks auf. In den der Lagerachse 4a entfernten Ecken der Platte 4c sind zwei in Y-Richtung sich erstreckende Bolzen 4e mit dieser verbunden, die entsprechend der Anordnung des Ansatzes 11 und der benachbarten Verdickung des Mitnehmers 4 gemäß der Darstellung der Fig. 1 einen Freilauf für das erste Steuerelementteil 8a bilden. Dieses weist eine in Richtung der Y-Koordinate verlaufende Lagerachse 81a auf, die drehfest das als Drosselklappe ausgebildete Stellglied 9 aufnimmt, wobei das dem Mitnehmer 4 zugewandte Ende der Lagerachse 81a drehfest mit einem Hebel 82a verbunden ist, der in den Raum zwischen den beiden Bolzen 4e ragt und damit in seiner Relativschwenkbewegung zum Mitnehmer 4 begrenzt ist. Der Hebel 82a spannt in Leerlaufrichtung des Stellgliedes 9 die Leerlauffeder 12a vor, die im Unterschied zu der Darstellung nach Fig. 1 bei der Prinzipskizze nach Fig. 2 an einem lagerachsfernen Lagerzapfen 4f des Mitnehmers 4 angreift. Grundsätzlich kann die Leerlauffeder 12a statt am Lagerzapfen 4f genau so an einem ortsfesten Punkt befestigt sein. Schließlich ist das dem Hebel 82a abgewandte Ende der Lagerachse 81a mit einem Hebel 83a verbunden, der seinerseits einen sich über das Ende der Lagerachse 81a in Richtung der Y-Koordinate erstreckenen Bolzen 84a aufweist.
- Das zweite Steuerelementteil 8b mit den in dieses integrierten Drehmomentwandlern 30a und 30b ist im wesentlichen durch die jeweils in Richtung der Y-Koordinate angeordnete, als Getriebeantriebswelle 81b fungierende Motorwelle des Elektromotors 14, die Getriebezwischenwelle 82b sowie die drosselklappenseitige Getriebeabtriebswelle 83b gebildet, ferner durch ein mit der Getriebeantriebswelle 81b verbundenes Ritzel 84b, das mit einem mit der Getriebezwischenwelle 85b verbundenen Rad 85b zusammenwirkt. Ein mit dieser Welle weiterhin verbundenes Ritzel 86b wirkt mit einem mit der Getriebeabtriebswelle 83b verbundenen Rad 87b zusammen. Schließlich weist das der Drosselklappe 9 zugewandte Ende der Getriebeabtriebswelle 83b einen Hebel 88b auf, der auf der der minimalen Leerlaufstellung zugeordneten Seite des Bolzens 84a in dessen Stellglied ragt.
- Die Getriebeabtriebswelle 83b umschließt die als Spiralfeder ausgebildete Notlauffeder 20. Diese greift mit ihrem inneren Ende an einem beabstandet zur Getriebeabtriebswelle 83b mit dem Rad 87b verbundenen Bolzen 89b an. Das äußere Ende der Notlauffeder 20 ist mit einem ortsfesten Punkt 33 verbunden. Die Notlauffeder 20 spannt die Getriebeabtriebswelle 83b und damit das zweite Steuerelementteil 8b insgesamt in Richtung maximaler Leerlaufstellung in die Leerlaufnotstellung vor. In dieser ist die Spiralfeder entweder entspannt, oder es ist ein separater Anschlag vorgesehen, mit dem der Bolzen 89b bei geringfügig vorgespannter Feder in Anlage gelangt.
- Die Getriebeantriebswelle 81b umschließt die gleichfalls als Spiralfeder ausgebildete Hilfsfeder 31, die mit ihrem inneren Ende an einem mit der Getriebeantriebswelle 81b drehfest verbundenen Hebel 80b und mit ihrem äußeren Ende am ortsfesten Punkt 32 angreift. Die Hilfsfeder 31 spannt die Getriebeantriebswelle 81b und damit das zweite Steuerelementteil 8b insgesamt in Richtung minimaler Leerlaufstellung über den gesamten Leerlaufregelbereich vor.
- Beim elektromotorischen Betrieb des Stellgliedes 9 werden die Bewegungen des Elelektromotors 14 über die beiden Drehmomentwandler 30a und 30b annähernd gleich übersetzt. Es ist vorgesehen, daß die beiden Drehmomentwandler jeweils ein Übersetzungsverhältnis 10 aufweisen, womit sich eine Gesamtübersetzung von 100 ergibt. Unterstellt man, daß die Drosselklappe 9 zwischen den Betriebsstellungen LLmin und LLmax in einem Winkelbereich von 8° elektromotorisch zu verstellen ist, bedeutet dies, daß die Motorwelle und damit die Getriebeantriebswelle 81b um 800° zu verschwenken ist. Insbesondere die Hilfsfeder 31 stellt dabei sicher, daß bei einem Defekt der elektronischen Regeleinrichtung 17 oder des Elektromotors 14 das Reib-/Rastmoment des stromlosen Elektromotors 14 in jeder Stellung überwunden wird, so daß die Rückführung der Drosselklappe 9 unter Zuhilfenahme der Leerlauffeder 12a gewährleistet ist. Bei der Übersetzung der Drehbewegung der Motorwelle ist die Istwerterfassungseinrichtung 18 vorteilhaft im Bereich der Getriebezwischenwelle 82b angeordnet, womit sich ein wesentlich verbessertes Auflösungsvermögen der Istwerterfassungseinrichtung 18 ergibt.
-
- 1 Fahrpedal
- 2 Hebel
- 3 Gaszug
- 4 Mitnehmer
- 4a Lagerachse
- 4b Hebel
- 4c Platte
- 4d Kugelzapfen
- 4e Bolzen
- 4f Lagerzapfen
- 5 Rückzugfeder
- 6a Rückstellfeder
- 6b Rückstellfeder
- 7 Automatikzug
- 8a erstes Steuerelementteil
- 81a Lagerachse
- 82a Hebel
- 83a Hebel
- 84a Bolzen
- 8b zweites Steuerelementteil
- 80b Hebel
- 81b Getriebeantriebswelle
- 82b Getriebezwischenwelle
- 83b Getriebeabtriebswelle
- 84b Ritzel
- 85b Ritzel
- 86b Ritzel
- 87b Ritzel
- 88b Hebel
- 89b Bolzen
- 9 Stellglied
- 10 Ausnehmung
- 11 Ansatz
- 12a Leerlauffeder
- 14 Elektromotor
- 15 Ansatz
- 16 Anschlag
- 17 elektronische Regeleinrichtung
- 18 Istwerterfassungseinrichtung
- 19 Leerlaufkontakt
- 20 Notlauffeder
- 21 Hülse
- 22 Anschlag
- 23 Stößel
- 24 Pedalkontaktschalter
- 28 Baueinheit
- 28a Baueinheit
- 29 ortsfester Punkt
- 30a Drehmomentwandler
- 30b Drehmomentwandler
- 31 Hilfsfeder
- 32 ortsfester Punkt
- 33 ortsfester Punkt
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