DE4331700C2 - Steueranordnung für ein Drosselventil einer Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steueranordnung für ein Drosselventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Gegenwärtig hat anstelle einer konventionellen Steueranordnung des Öffnungsgrades eines Drosselventils, bei der das Drosselventil direkt durch eine Niederdrückbetätigung des Gaspedals betätigt wird, eine Steuer­ anordnung des Öffnungsgrades eines Drosselventils für eine Verbren­ nungskraftmaschine, die in einem Motorfahrzeug, wie z. B. einem Automo­ bil, verwendet wird, eine Steueranordnung des Drosselöffnungsgrades eines sogenannten elektronischen Drosseltyps, Aufmerksamkeit erweckt. Bei dieser bekannten Steueranordnung wird eine Steuereingabe des Gaspedals über einen Sensor in Form eines elektrischen Signals aufgenommen, wobei das elektrische Signal, nachdem es gemäß einer vorbestimmten Verarbeitungsoperation behandelt worden ist, an eine Betätigungseinrichtung geliefert wird, die z. B. durch einen Elektromotor dargestellt ist. Die Betätigungseinrichtung steuert den Öffnungsgrad eines Drosselventils auf der Basis des verarbeiteten elektrischen Signales, und die Steueranordnung des Drosselöffnungsgrades dieses sogenannten elektronischen Drosseltyps ist auf viele Arten von Maschinensteuerungen angewendet worden, wie z. B. eine Traktionssteue­ rung, die wirksam ist zum Erhöhen der Leistungsfähigkeit eines Automo­ bils, wie z. B. der Motorleistungserhöhung.

Eine andere Motorsteuerung als die oben beispielhaft erwähnte ergibt sich, wenn die Steueranordnung des Drosselöffnungsgrades des sogenann­ ten elektronischen Drosseltyps auf eine Leerlaufdrehzahlsteuerung (ISC = Idle Speed Control) und auf eine schnelle Leerlaufsteuerung (FIC = Fast Idle Control) in einem Bereich eines geringen Öffnungsgrades des Drosselventils angewendet werden kann.

Bei einer konventionellen ISC-Anordnung, wie sie z. B. in der JP B-63- 49112 (1988), die dem US-Patent Nr. 4,895,126 entspricht, offenbart ist, ist jedoch die Steuerung von z. B. der Leerlaufdrehzahl eines Motors eines Motorfahrzeuges auf ein vorbestimmtes Niveau gemäß der Tempe­ ratur des Wassers oder einer elektrischen Last durch Vorsehen eines Bypass-Durchgangsweges durch eine Drosselkammer zum Umgehen des Drosselventils bewirkt worden, um so das Luftvolumen, das durch den Bypass-Durchgangsweg strömt, durch Nutzen der Druckdifferenz zwischen dem Einlaß und dem Auslaß des Drosselventils zu regulieren.

In ähnlicher Weise wird bei einer konventionellen FIC-Anordnung durch Vorsehen eines Luftregulators in einem ähnlichen Bypass-Durchgangsweg das Luftvolumen, das während einer Niedertemperatur-Startperiode durch ihn hinduchfließt, reguliert.

Bei den konventionellen Anordnungen waren Hilfsvorrichtungen für die ISC und FIC unentbehrlich, somit war es schwierig, die gesamte Luft­ leckagemenge zu unterdrücken; deshalb war es, wenn ein Absenken der eingestellten Leerlaufdrehzahl benötigt wird, notwendig, die fundamentale Struktur der Anordnungen zu modifizieren. Des weiteren war es be­ züglich der Herstellungskosten der Anordnungen schwierig, die Kosten wegen der Notwendigkeit der Hilfsvorrichtungen zu reduzieren.

Andererseits, wenn eine Steuerung eines Drosselventils in einem Bereich eines geringen Öffnungsgrades des Drosselventils durch die Steueranord­ nung des Öffnungsgrades des Steuerventils vom elektronischen Drosseltyp bewirkt wurde, war es schwierig, eine stabile Motordrehzahl während ISC und FIC-Motorsteuerungen zu erzielen, und zwar wegen einer ungenügenden Steuergenauigkeit der Anordnung infolge einer schwachen Auflösung des Positionssensors des Drosselventils in einem Bereich geringer Öffnungs­ grade des Drosselventils.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Steueranordnung des Öffnungsgrades eines Drosselventils eines elektronischen Drosseltyps für eine Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen, die eine ausreichende Steuerung in einem Bereich geringer Öffnungsgrade des Drosselventils bei einem einfachen Aufbau erzielt.

Diese Aufgabe wird durch eine Steueranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

In der Steueranordnung des Öffnungsgrades eines Drosselventils vom elektronischen Drosseltyp wird eine Ausgangsspannung von einem Dros­ selpositionssensor, der einen tatsächlichen Öffnungsgrad des Drosselventils repräsentiert, mit einem Sollöffnungsgrad verglichen, und ein resultieren­ des Betätigungssignal wird an einen Elektromotor zum Betätigen des Drosselventils übertragen, um dadurch eine Rückkopplungssteuerung des Öffnungsgrades des Drosselventils zu bewirken.

Der Vergleich der Ausgangsspannung von dem Drosselpositionssensor, der einen tatsächlichen Öffnungsgrad des Drosselventils repräsentiert, mit einem Sollöffnungsgrad und die Erzeugung eines resultierenden Rück­ kopplungssteuersignals wird gewöhnlich durch einen Mikrocomputer, der in einer Steuereinheit integriert ist, ausgeführt, und eine Steuergenau­ igkeit der Rückkopplungssteuerung wird durch eine Auflösung des Dros­ selpositionssensors und eine A/D-Umwandlungskapazität des Mikrocom­ puters bestimmt, der die in einem analogen Wert von dem Drosselposi­ tionssensor vorliegende Ausgangsspannung in einen Digitalwert wandelt.

Demgemäß wird das oben genannte Ziel der vorliegenden Erfindung zunächst durch Modifizieren der Ausgangsspannung von dem Drosselposi­ tionssensor, der einen tatsächlichen Öffnungsgrad des Drosselventils in einem Bereich geringen Öffnungsgrades des Drosselventils repräsentiert, in dem eine hohe Steuergenauigkeit erforderlich ist, erreicht, und danach wird die modifizierte Ausgangsspannung mit einem Sollöffnungsgrad verglichen. Das Ausgangsspannungssignal von dem Drosselpositionssensor wird in die Steuereinheit eingegeben, wobei das Ausgangsspannungsignal, das einen tatsächlichen Öffnungsgrad des Drosselventiles repräsentiert, mit einem Sollöffnungsgrad verglichen wird, und ein Rückkopplungssteuersi­ gnal wird erzeugt auf der Basis des Vergleichsergebnisses, und dann wird das Rückkopplungssteuersignal an den Elektromotor zum Betätigen des Drosselventils übertragen, um eine Rückkopplungssteuerung des Drossel­ ventils zu bewirken.

Die DE 37 09 028 A1 bezieht sich auf einen nichtlinearen Stellungswandler zum Erfassen der Stellung eines Absperrorgans wie z. B. einer Drosselklappe, welche durch ein Gaspedal gesteuert wird. Unter Verwendung eines Potentiometers und weiterer Widerstände wird ein Spannungssignal abgegriffen, das einem A/D- Umsetzer zugeführt wird, wobei sich die abgegriffene Spannung nichtlinear ändert. Das führt zu einer unterschiedlichen Empfindlichkeit für das Ausgangssignal der Spannung in unterschiedlichen Änderungsbereichen des Drosselklappenöffnungswinkels.

Die DE 38 39 721 C2 betrifft eine Einrichtung zum Ermitteln des Öffnungsgrades einer Drosselklappe für die Regelung einer Brennkraftmaschine. Der Drosselklappensensor, dessen Signal der Regeleinheit zugeführt wird, ist aus einem Regelwiderstand aufgebaut, mit dem mehrere Widerstände parallel geschaltet sind. Mit den Widerständen sind zugehörige Schalter in Form von Transistoren verbunden. Die Transistoren sind mit Ausgängen der Regeleinheit verbunden, so daß die Transistoren nach entsprechenden Signalen von der Regeleinheit geschaltet werden, und das Signal des Drosselklappensensors der Regeleinheit zugeführt wird.

Die DE 34 33 585 A1 beschreibt ein Positionserfassungsorgan für eine Drosselklappe, mit welchem die Bereitstellung eines Positionssignals unterschiedlicher Auflösung für verschiedene Bereiche möglich ist. Erreicht wird dies, indem über einen Schleifkontakt verschiedene Einzelbereiche in Form von Widerstandsbahnen abgegriffen werden. Die jeweils abgegriffenen Signale werden dann elektrisch verschiedenen Bereichen zugeordnet und entsprechend weiterverarbeitet.

Die drei genannten Literaturstellen beschreiben Drosselpositionssensoren, bei denen die Auflösungscharakteristiken durch Variieren von Widerstandsschaltungskonfiguration modifiziert werden, wobei die Umschaltung von einer Charakteristik auf eine andere durch Schalteinrichtungen realisiert wird.

Demgegenüber wird bei der vorliegenden Erfindung die Modifikation der Ausgangscharakteristik des Drosselpositionssensors durch die Kombination der Verstärkeranordnung in der Steuereinheit und durch den Drosselpositionssensor durchgeführt. Dadurch kann eine gewünschte Ausgangscharakteristik des Drosselpositionssensors selbst durch Einfügen einer geeigneten Software in die Steuereinheit realisiert werden. Dies ist bei keiner Anordnung des Standes der Technik möglich, da dort jeweils die Änderung einer gewünschten Ausgangscharakteristik bzw. das Erzielen einer gewünschten Ausgangscharakteristik lediglich durch Änderung der Hardware erfolgen kann.

Die DE 35 10 173 A1 betrifft eine Überwachungseinrichtung für eine elektronisch gesteuerte Drosselklappe in einem Kraftfahrzeug. Mit einer derartigen Überwachungseinrichtung sollen einerseits der Stellungsgeber eines elektronischen Fahrpedals sowie andererseits Fehlerzustände im Regelkreis eines solchen elektronischen Fahrpedals überwacht werden. Der Fahrpedalstellungsgeber, dessen Widerstand proportional zum eingestellten Winkel sowie der Drosselklappenstellungsgeber sind als Potentiometer ausgebildet.

Es ist nicht vorgesehen, daß die Motorsteuerung in einem Bereich kleinerer Öffnungswinkel des Drosselklappenventils gesteuert werden kann bzw. muß und daß die direkte Beeinflussung der Ausgangscharakteristik des Drosselpositionssensors zur genauen Steuerung einer Verbrennungskraftmaschine erforderlich ist.

In dem Buch "Elektronik, Bauelemente und Schaltungen" von Müseler/Schneider, Das Fachwissen der Technik, 2. Auflage 1981, S. 191 ist beschrieben, daß in einer Verstärkerschaltung der FET (Feldeffekt-Transistor) einen Festwiderstand zur Einstellung der Verstärkung ersetzen kann. Es ist jedoch an keiner Stelle ein Hinweis zu finden, wonach ein FET Anwendung bei der Verstärkeranordnung zur bereichsweisen Verstärkung eines Ausgangsspannungssignals eines Drosselpositionssensors finden kann. Die Anwendung eines FET für eine Schaltung gemäß der genannten Literaturstelle macht technisch insoweit keinen Sinn, als es sich bei der beschriebenen Schaltung um eine Proportionalregelung handelt, eine Verstärkung also nicht, weder bereichsweise noch insgesamt vorgesehen ist.

Im Gegensatz zu einer linearen Ausgangsspannungscharakteristik bezüglich des Öffnungsgrades des Drosselventils von einem konventionellen Drosselpositionssensor zeigt die Ausgangsspannungscharakteristik bezüglich des Öffnungsgrades des Drosselventils von dem Drosselpositionssensor gemäß der vorliegenden Erfindung eine schaltbare zweifache Ausgangsspannungscharakteristik, wobei eine erste Ausgangsspannungscharakteristik eine größere Neigung hat, die einen Bereich eines geringen Öffnungsgrades des Drosselventils abdeckt, wo eine hohe Steuergenauigkeit erforderlich ist. Eine zweite Ausgangsspannungscharakteristik hat eine kleinere Neigung als die der ersten Ausgangsspannungscharakteristik, die einen anderen Bereich abdeckt als den des geringen Öffnungsgrades des Drosselventils. Die erste Ausgangsspannungscharakteristik, die eine größere Neigung hat, wird durch Modifizieren der Ausgangsspannung von dem Drosselpositionssensor durch Verstärkung erhalten.

Weitere Vorteile, Details und Merkmale der Erfindung werden anhand der nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungsseiten beschrieben.

Fig. 1 ist ein Systemdiagramm, das eine detaillierte Querschnittsansicht einer Drosselventilanordnung einer Steueranordnung für ein Drosselventil für eine Verbrennungskraftmaschine aufweist, die zur Anwendung der Erfindung geeignet ist.

Fig. 2 ist eine Ansicht, die sich in Pfeilrichtung P in Fig. 1 ergibt, die einen Übertragungsmechanismus mit einer Federbetätigungskraft darstellt, der in der Drosselventilanordnung, wie in Fig. 1 ge­ zeigt, eingeschlossen ist;

Fig. 3 ist ein schematisches Funktionsblockdiagramm der Steueranord­ nung des Drosselventils, wie in Fig. 1 gezeigt, zum Erklären von deren Betrieb;

Fig. 4 ist ein Diagramm zum Erklären eines steuerbaren Öffnungs­ bereichs des Drosselventils bezüglich des Gaspedalhubs, der erhalten wird, indem die Steueranordnung des Drosselventils, wie in Fig. 1 gezeigt, verwendet wird;

Fig. 5 ist ein Diagramm zum Erklären der Funktion des Übertragungs­ mechanismus für die Federbetätigungskraft, wie in Fig. 2 gezeigt;

Fig. 6 ist ein Diagramm eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, das eine Ausgangsspannungscharakteristik eines Drosselpositionssensors darstellt, der in die Steueranord­ nung des Drosselventils, wie in Fig. 1 gezeigt, einbezogen ist;

Fig. 7 ist ein schematisches Blockdiagramm eines weiteren Ausführungs­ beispiels der Steueranordnungen des Drosselventils für eine Ver­ brennungskraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 8 ist ein Diagramm, das eine Ausgangsspannungscharakteristik des Drosselpositionssensors darstellt, der in die Steueranordnung des Drosselventils, wie in Fig. 7 gezeigt, einbezogen ist.

In Fig. 1 bis Fig. 3 ist Ziffer 1 ein Drosselventil, und das Drosselventil 1 ist an einer Drosselventilachse 3 befestigt, die drehbar durch einen Drosselkörper 2 gelagert ist.

Ziffer 4 ist eine Steuereinheit, und Ziffer 6 ist ein Elektromotor, der eine Betätigungseinrichtung zum Steuern des Öffnungsgrades eines Dros­ selventils darstellt. Ein Signal 5 des Sollöffnungsgrades des Drosselven­ tils, das bestimmt wird auf der Basis von verschiedenen Daten, die den momentanen Motorbetriebszustand darstellen, wird in die Steuereinheit 4 eingegeben, und die Steuereinheit gibt ein Betätigungssignal 7 an den Elektromotor 6 nach einem Vergleichen mit dem Signal 5 des Sollöff­ nungsgrades des Drosselventils aus.

Ziffer 8 ist eine elektromagnetische Kupplung, die in Antwort auf ein Erregungssignal 9 der Steuereinheit 4 aktiviert wird und als eine Kupp­ lungs- und Entkupplungseinrichtung die Übertragung einer Betätigungskraft zwischen der Drosselventilachse 3 und dem Elektromotor 6 steuert.

Ein Eingangsseitenzahnrad 8a mit einer Kupplungsplatte für die elek­ tromagnetische Kupplung 8 ist an einer Motorwelle 6a derart montiert, daß eine freie Rotation daran ermöglicht wird, aber ist so aufgebaut, daß es als ein Körper mit der Motorwelle 6a rotiert, wenn die elektromagne­ tische Kupplung 8 durch das Erregungssignal 9 erregt wird. Dadurch wird eine betätigende Kraft von dem Elektromotor 6 an die Drosselven­ tilachse 3 über ein Untersetzungszahnrad 10a übertragen, das im Eingriff mit dem Eingangsseitenzahnrad 8a und einem weiteren Untersetzungs­ getrieberad 10b ist, das an der Drosselventilachse 3 befestigt ist.

Ziffer 11 ist ein Übertragungsmechanismus für eine Federbetätigungskraft, der aus einem Steuerhebel 11a, der an der Drosselventilachse 3 befe­ stigt ist, einen Drosselhebel 11b, der mit dem Gaspedal 14 über einen Gaspedal-Bowdenzug 15 verbunden ist, und zwei Federn 11c und 11d zum Erzeugen eines Spiels bzw. Leergangs bzw. Totgangs aufgebaut ist. Der Steuerhebel 11a und der Drosselhebel 11b sind miteinander mit Spiel über die zwei Federn 11c und 11d gekoppelt.

Des weiteren wird für den Drosselhebel 11b eine Rückholfeder 13 über einen Hebel 12 angelegt, wodurch das Drosselventil 1 immer in seine Schließrichtung gedrückt wird.

Ziffer 16 ist ein Drosselpositionssensor, der ausgelegt ist, um einen tatsächlichen Öffnungsgrad des Drosselventils 1 zu erfassen, und Ziffer 17 ist ein Gaspedalpositionssensor, der ausgelegt ist, um eine Betriebsposi­ tion des Drosselhebels 11b zu erfassen.

Des weiteren weist der Drosselhebel 11b eine Funktion des Begrenzens eines drehbaren Bereiches des Drosselventils 1 im Zusammenwirken mit einem Stopper (Anschlag) 18 für vollständig offen und einen Stopper (Anschlag) 19 für voll­ ständig geschlossen auf, die nicht in Fig. 1 gezeigt sind, jedoch schema­ tisch in Fig. 3 dargestellt sind.

Die Ziffern 20 und 21 sind Federträger, die aus einem Material mit einem geringen Reibungskoeffizienten hergestellt sind, wie z. B. syntheti­ sche Harze, die die Federn für ein Spiel 11c und 11d tragen, um da­ durch einen Gleitwiderstand zu reduzieren, der durch diese Federn verursacht wird.

Ziffer 22 ist eine Achse des Gaspedalpositionssensors, die eingeführt wird und gelagert ist durch ein Sensorgehäuse 23 in einer Art, die deren freie Rotation erlaubt und an dem ein Hebel 24 befestigt ist. Der Hebel 24 ist mit dem Drosselhebel 11b über Verbindungsstifte 24a und einen Hebel 12 verbunden. Demgemäß rotiert der Hebel 24 gemäß der Rotation des Drosselhebels 11b, wodurch die Drehung des Drosselhebels 11b an den Gaspedalpositionssensor 17 übertragen wird.

Des weiteren wird, wenn die Rückholfeder 13 um die Achse 22 des Gaspedalpositionssensors 17 vorgesehen ist, ein Spiel eliminiert, das mögli­ cherweise in der oben erwähnten Drehbewegung, die die Verbindungen überträgt, existiert.

Wie in den Fig. 1 und 3 dargestellt, wird ein Ausgangsspannungssignal 25 von dem Drosselpositionssensor 16 in die Steuereinheit 4 eingegeben, wobei der Ausgangsspannungswert, der einen tatsächlichen Öffnungsgrad des Drosselventils 1 darstellt, mit einem Signal 5 eines Sollöffnungsgrades verglichen, und das auf der Basis des Vergleichsergebnisses bestimmte Betätigungssignal wird an den Elektromotor 6 übertragen, wodurch eine Rückkopplungssteuerung des Drosselventils 1 bewirkt wird.

Des weiteren werden während einer Periode der Unterbrechung einer Steuerung durch den Elektromotor 6 ein Ausgangsspannungssignal 25 von dem Drosselpositionssensor 16 und ein Ausgangsspannungssignal 26 von dem Gaspedalpositionssensor 17, die eine vorbestimmte prinzipielle Korrelation zueinander zeigen, in die Steuereinheit 4 eingegeben, wobei ein normaler Betrieb der Sensoren so festgelegt wird, daß eine ausfall­ sichere Steuerfunktion ausgeführt wird.

Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm des Übertragungsmechanismus 11 für eine Federbetätigungskraft, bei Blickrichtung in die Pfeilrichtung P in Fig. 1, wobei das Drosselventil 1 sowie der Steuerhebel 11a an der Drosselventilachse 3 so befestigt sind, daß der Steuerhebel 11a als ein Körper mit dem Drosselventil 1 rotiert.

Andererseits ist der Drosselhebel 11b auf der Drosselventilachse 3 in einer Art gelagert, die dessen freie Rotation erlaubt, und die Federn 11c und 11d für das Spiel werden auf den Federträgern 20 und 21 in einer solchen Art montiert, daß die Richtungen der Federkräfte, die durch die jeweiligen Federn 11c und 11d für das Spiel ausgeübt werden, gegenein­ ander gerichtet sind, wodurch diese Federn 11c und 11d so wirken, daß sie Verschiebungen in entgegengesetzte Richtung zu dem Drosselhebel 11b vorsehen. Des weiteren werden die jeweiligen Federn 11c und 11d in vorgespanntem Zustand montiert.

Der Gaspedalbowdenzug 15 wird über eine Bowdenzugführung 15a an dem Drosselhebel 11b an einem Schlingenabschnitt 11e so befestigt, daß durch einen Betrieb des Gaspedales 14 der Drosselhebel 11b bewirkt, daß das Drosselventil 1 sich in der Pfeilrichtung θ_A gegen die Federkraft der Rückholfeder 13 rotiert, wenn die elektromagnetische Kupplung 8 von der Motorwelle 6a entkuppelt ist.

Nun wird der Betrieb der Steueranordnung des Drosselventils, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, und unter Bezug auf Fig. 3 erklärt, die ein schema­ tisches Funktionsdiagramm der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Anordnung darstellt.

In Fig. 3 ist die Drehbewegung in der Anordnung von Fig. 1 und 2 durch eine lineare Bewegung zum Unterstützen des Verständnisses des Betriebes der Anordnung dargestellt, und des weiteren zeigen dieselben Bezugsziffern wie in Fig. 1 und 2 dieselben oder äquivalente Abschnitte wie in Fig. 1 und 2.

In Fig. 3 wird, wenn der Fahrzeugführer einen Schlüsselschalter (nicht gezeigt) einschaltet, das Erregungssignal 9 simultan an die elektroma­ gnetische Kupplung 8 übertragen, um selbige in einen EIN-Zustand zu versetzen, wodurch die Steueranordnung des Steuerventils in einen Zu­ stand gebracht wird, der bereit ist, die Steueroperation auszuführen, und wenn ein Betätigungssignal 7 von der Steuereinheit 4 an den Elektromo­ tor 6 übertragen wird, wird der Öffnungsgrad des Steuerventils 1 dement­ sprechend gesteuert. In diesem Moment bewegt sich (dreht sich) der Steuerhebel 11a, der an der Drosselventilachse 3 befestigt ist, als ein Körper mit dem Drosselventil 1 gemäß der Drehung des Elektromotors 6, wie durch eine gestrichelte Linie angedeutet. Eine relative Verschie­ bung des Drosselhebels 11b, die durch die Bewegung (Rotation) des Steuerhebels 11a induziert wird, wird durch eine Ausdehnung einer der Federn für das Spiel 11c und 11d absorbiert und durch Kontraktion der anderen (in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ein Abspulen der einen und eine Aufspulen der anderen) absorbiert, und im Ergebnis wird unabhängig von einem Betriebszustand des Drosselhebels 11b, der gemäß dem Ausmaß des Drückens des Gaspedals 14 bestimmt wird, die Steuerung des Betriebsgrades des Drosselventils durch den Elektromotor 6 ausgeführt, in anderen Worten, man erhält einen Betrieb der Drossel im elektrischen Modus.

Wenn man nun annimmt, daß ein abnormer Zustand wie z. B. ein Ausfall des Motorbetätigungssystems aus irgendwelchen Gründen auftritt, wird zunächst die Erregung der elektromagnetischen Kupplung 8 durch eine Aktivierung einer Abormitäts-Einschätzfunktion beendet, die in der Steuereinheit 4 enthalten ist, um die elektromagnetische Kupplung 8 in einen AUS-Zustand zu setzen, und somit wird die Drosselventilachse 3 von dem Elektromotor 6 entkuppelt und davon befreit.

In diesem Moment, wenn man weiter annimmt, daß es eine relative Verschiebung zwischen dem Drosselhebel 11b und dem Steuerhebel 11a gegeben hat, gibt es eine Differenz in der gespeicherten Federkraft zwischen den Federn für das Spiel 11c und 11d, deshalb wird bewirkt, daß der Steuerhebel 11a sich durch eine Wirkung dieser Federn 11c und 11d in eine Position bewegt (rotiert), bei der sich die Differenz in der gespeicherten Federkraft ausgleicht, nämlich in eine Position, wo die relative Verschiebung Null wird, und somit wird das Drosselventil 1 gezwungen, sich in eine Position zu bewegen (zu rotieren), entsprechend der Betriebsposition des Gaspedales 14.

Im Ergebnis wird ein Zustand beendet, bei dem die Drosselventilachse 3 sich nur mit dem Gaspedal 14 über den Steuerhebel 11a, die Federn für das Spiel 11c und 11d und den Drosselhebel 11b koppelt, nämlich ein Zustand wird vollendet, bei dem das Drosselventil nur durch das Gaspedal 14 betätigt werden kann.

Nachdem der oben genannte Zustand beendet worden ist, und wenn das Gaspedal 14 gedrückt ist, wird der Drosselhebel 11b gegen die Rückstell­ kraft der Rückholfeder 13 gedreht, und in Antwort auf die Bewegung (Drehung) des Drosselhebels 11b wird eine Kraft auf den Steuerhebel 11a bewirkt, die zum Ausgleichen der gespeicherten Federkräfte der Federn für das Spiel 11c und 11d benötigt wird, wodurch der Steuerhe­ bel 11a der Bewegung des Drosselhebels 11b mit einer vorbestimmten Phasenbeziehung folgt, um eine Steuerung des Öffnungsgrades des Dros­ selventils auszuführen, in anderen Worten eine Rückentspannungsfunktion der Steueranordnung des Drosselventils wird erhalten.

Fig. 4 zeigt einen steuerbaren Öffnungsgrad des Drosselventils bezüglich eines Gaspedalhubes der Steueranordnung des Drosselventils, die in Fig. 1 gezeigt ist.

Während einer Steuerung des Drosselventils 1 mit dem Elektromotor 6 können irgendwelche Öffnungsgrade des Drosselventils für jeweilige Gaspedalhübe genommen werden, wie es durch einen schraffierten Be­ reich dargestellt ist, und während eines Betriebes in einem Rückent­ spannungsmodus wird ein einziger Öffnungsgrad eines Drosselventils für die jeweiligen Gaspedalhübe wie bei einer konventionellen Anordnung bestimmt, wie es durch eine durchgezogene Linie der linearen Charak­ teristik angezeigt ist.

Deshalb wird gemäß Fig. 1 beim Auftreten eines abnormen Zustandes der Elektromotor 6 von der Drosselventilachse 3 getrennt, und die Drosselventilsteuerung wird automatisch zu der Steuerung des Öffnungsgrades des Drosselventils durch das Gaspedal 14 verschoben, und der Öffnungsgrad des Drosselventils 1 wird in Abhängig­ keit von der Betriebsposition des Gaspedals 14 bestimmt, um eine Rückentspannungsfunktion zu liefern, und in diesem Moment wird die Position des Drosselventils 1 in eine Position zurückgeführt, die durch die Betriebsposition des Gaspedals 14 bestimmt ist, so daß ernsthafte Unfälle, wie z. B. ein Durchgehen in einem Rückentspannungszustand, zuverlässig unterdrückt werden, und eine zufriedenstellende Ausfallsicher­ heitsfunktion und hohe Zuverlässigkeit realisiert werden.

Fig. 5 ist ein schematisches Diagramm zum Erklären der Operationen des Übertragungsmechanismus 11 für die Federbetätigungskraft während einer Steuerung durch den Elektromotor 6 und während einer Steuerung durch das Gaspedal 14. Die Abszisse des Koordinatensystems in Fig. 5 stellt den Öffnungsgrad TVO des Drosselventils dar, und deren Ordinate stellt das gespeicherte Moment T der Federn für das Spiel 11c und 11d dar.

In der Zeichnung stellt der Punkt O einen neutralen oder (Anfangs-)- Zustand dar, wobei der Öffnungsgrad TVO des Drosselventils mit einer Position zusammenfällt, die der Betriebsposition des Gaspedals 14 ent­ spricht.

Wenn man nun einen Zustand annimmt, bei dem das Drosselventil durch den Elektromotor 6 gesteuert wird, um sich in seine Öffnungsrichtung um einen Winkel von θ_M Grad zu bewegen, eine Richtung, in der die Feder für das Spiel 11c in ihre Aufwickelrichtung gedreht wird und in der die andere Feder für das Spiel 11d in ihre Abwickelrichtung gedreht wird. Die Charakteristik O-A" in Fig. 5 zeigt nämlich eine Variation des gespeicherten Momentes T in der Feder 11c, und die Charakteristik O-B" zeigt eine Variation des gespeicherten Momentes T in der Feder 11d. Ein Absolutwert A"-B" stellt ein notwendiges, durch den Elek­ tromotor 6 zu erzeugendes Moment dar.

Die Steuerung des Drosselventils 1 in seine Öffnungsrichtung ist oben erklärt, dasselbe trifft jedoch auch für die Steuerung in seine Schließrich­ tung zu.

Nun wird ein Beispiel erklärt, bei dem ein Rückentspannungsmechanis­ mus durch den Übertragungsmechanismus 11 für die Federbetätigungs­ kraft, ausgehend von dem Punkt O in Fig. 5 aktiviert wird.

Wenn man annimmt, daß der Drosselhebel 11b in seine Öffnungsrichtung um einen Winkel von θ_A Grad durch den Betrieb des Gaspedals 14 gedreht wird, dreht sich der Steuerhebel 11a in dieselbe Drehrichtung wie der Drosselhebel 11b, während der ausgeglichene Zustand des ge­ speicherten Momentes T in den jeweiligen Federn 11c und 11d beibehal­ ten wird, wodurch der neutrale Punkt der Federn 11c und 11d von dem Punkt O zu einem Punkt O' verschoben wird, und das Drosselventil 1 wird zu der Öffnungsrichtung um denselben Winkel von θ_A Grad gedreht. Demgemäß wird, selbst wenn ein abnormaler Betriebszustand in dem Betätigungssystem, einschließlich des Elektromotors 6, auftritt, die Rüc­ kentspannungsfunktion zuverlässig gestartet.

Wenn eine Drosselventilsteuerung durch eine Betätigungseinrichtung, wie z. B. den Elektromotor 6, ohne Vorsehen von z. B. einer Kupplung an der Seite des Gaspedals 14, ausgeführt wird, tritt auf dem Gaspedal 14 normalerweise ein Rück­ schlagphänomen auf.

In der beschriebenen Anordnung werden die zwei Federn 11c und 11d jedoch als die Federn für das Spiel verwendet, und sind derart montiert, daß die Richtungen ihrer gespeicherten Momente gegeneinander gerichtet sind, demgemäß wird, wenn dieselben Speichermomentkonstanten dieser Federn 11c und 11d bezüglich der Drosselventilachse 3 ausgewählt werden, eine flache zusammengesetzte Momentcharakteristik O-C dieser Federn, wie in Fig. 5 dargestellt, erhalten, und das Rückschlagphänomen wird dadurch eliminiert.

Wenn es nun erforderlich ist, z. B. eine ISC-Funktion und eine FIC- Funktion mit der Steueranordnung für ein Drosselventil eines elektroni­ schen Drosseltyps, wie oben erklärt, auszuführen, ist es notwendig, eine Steuergenauigkeit der Anordnung durch Vergrößern einer Auflösung des darin enthaltenen Drosselpositionssensors zu erhöhen, um so eine Stabili­ tät der Motordrehzahl während ISC und FIC zu erzielen. Im folgenden wird an Hand der Zeichnungen erläutert, was bei einer elektronischen Drossel­ anordnung, z. B. wie der beschriebenen, für Maßnahmen zum Erhöhen einer Auflösung des Drosselpositionssensors getroffen werden können, um die Steuergenauigkeit der Steueranordnung des Drosselventils gemäß der vorliegenden Erfindung zu verbessern.

Fig. 6 zeigt ein Beispiel zum Erhöhen einer Auflösung des Drosselposi­ tionssensors, wobei eine Änderungsrate in der Ausgangsspannungscharak­ teristik des Drosselpositionssensors 16, der ausgelegt ist, um einen gesteu­ erten tatsächlichen Öffnungsgrad des Drosselventils 1 zu erfassen, für einen Bereich θ_R des Öffnungsgrades eines Drosselventils (ISC-Steuerbe­ reich und FIC-Steuerbereich) erhöht wird, was eine hohe Steuergenau­ igkeit erfordert, wodurch eine Steuergenauigkeit der Rückkopplungssteue­ rung mit dem Elektromotor für den Drosselöffnungsgrad verbessert wird.

Eine durchgezogene Linie 27 stellt eine unmodifizierte Ausgangsspan­ nungscharakteristik des Drosselpositionssensors 16 dar, und die Charak­ teristik der Ausgangsspannung (V) auf der Ordinate über dem Dros­ selöffnungsgrad (θ) auf der Abszisse zeigt eine lineare Charakteristik mit einer festen Spannungskonstanten k. Im Gegensatz dazu stellt die Linie 28 die Ausgangsspannungscharakteristik des Drossel­ positionssensors 16, in der Steueranordnung des Drosselventils dahingehend dar, daß die Spannungs­ konstante der Ausgangsspannungscharakteristik in den ISC- und FIC- Steuerbereichen, wo eine hohe Steuergenauigkeit erforderlich ist im Vergleich zur unmodifizierten Ausgangsspannungscharakteristik 27 um das n-fache erhöht ist.

Eine minimale trennbare Ausgangsspannungseinheit ΔV_T des Drosselposi­ tionssensors, die die Auflösung des Drosselpositionssensors und die Steuergenauigkeit für die Rückkopplungssteuerung des Öffnungsgrades des Drosselventils bestimmt, ist durch einen Ausgangsspannungsbereich (V₁ - V₀)V und eine A/D-Umwandlungsverarbeitungskapazität von B Bits eines Mikrocomputers definiert, und als ΔV_T = (V₁ - V₀)/B ausgedrückt.

Wenn die unmodifizierte Ausgangsspannungscharakteristik 27 des Drossel­ positionssensors 16 verwendet wird, ist eine minimale erfaßbare Einheit des Drosselöffnungsgrades, in anderen Worten eine Auflösung, die der Spannungseinheit ΔV_T entspricht, (ΔV_T/k) Grad, andererseits, wenn die Ausgangsspannungscharakteristik 28 des Drosselpositionssensors 16 ver­ wendet wird, wird eine minimale erfaßbare Einheit des Drosselöffnungs­ grades, in anderen Worten eine Auflösung, die der Spannungseinheit ΔV_T für den Bereich θ_R von geringen Drosselöffnungsgraden entspricht, auf (ΔV_T/Nk) Grad erhöht. Demgemäß wird durch Multiplizieren der Ausgangsspannungskonstante k des Drosselpositionssensors um N Mal für den Bereich θ_R von geringen Drosselöffnungsgraden die Auflösung des Drosselpositionssensors, in anderen Worten die Steuergenauigkeit der Steueranordnung des Drosselventils, um N Mal verbessert, und im Ergeb­ nis wird eine Stabilität der Motordrehzahl während ISC und FIC erzielt.

Fig. 7 und Fig. 8 sind Diagramme zum Erklären eines weiteren Aus­ führungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung, bei denen, wenn das Drosselventil 1 in dem Bereich θ_R des Öffnungsgrades des Drosselventils gesteuert wird, in dem eine hohe Steuergenauigkeit erforderlich ist, die Ausgangs­ spannung 25 des Drosselpositionssensors 16, der einen gesteuerten tatsächlichen Öffnungsgrad erfaßt, über einen Verstärker 4c, der in der Steuereinheit 4 enthalten ist, um das n-fache verstärkt wird. Dadurch wird die Steuergenauigkeit der Rückkopplungssteuerung des Öffnungsgrades des Drosselventils unter Verwendungen des Elektromotors 6 als Betätigungsein­ richtung verbessert.

Fig. 7 ist ein schematisches Blockdiagramm der Steueranordnung des Drosselventils, und Fig. 8 zeigt eine Ausgangsspannungscharakteristik (V) des Drosselposi­ tionssensors 16, der in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 7 eingeschlossen ist, bezüglich des Drosselöffnungsgrades (θ), der in einer Verarbeitungseinheit 4d in der Steuereinheit 4 verwendet wird. Im Bereich θ_R (geringe Öffnungsgrade des Drosselventils) wird die Ausgangsspannung 25 von dem Drosselpositionssensor 16 in der Verarbeitungseinheit 4d über einen Verstärker mit dem Verstärkungsfaktor n 4c verstärkt. Demge­ mäß wird eine Ausgangsspannungscharakteristik 28a mit einer Spannungs­ konstante von n Mal größer als der Spannungskonstante k für die unmo­ difizierte Ausgangsspannungscharakteristik 27a für den Bereich θ_R von geringen Öffnungsgraden des Drosselventils erhalten.

In einem Bereich außerhalb des Bereiches θ_R von großen Öffnungss­ graden des Drosselventils wird die Ausgangsspannung 25 von dem Dros­ selpositionssensor 16 direkt in die Verarbeitungseinheit 4d ohne Durch­ laufen des n-Mal-Verstärkers 4c dahingehend gelesen, daß die unmodifi­ zierte Ausgangsspannungscharakteristik 27a mit der Spannungskonstante k für den Bereich außerhalb des Bereiches θ_R verwendet wird. Im Ergebnis ist wie bei dem vorherigen Ausführungsbeispiel, eine minimale erfaßbare Einheit des Öffnungsgrades des Drosselventils, der der minima­ len trennbaren Ausgangsspannungseinheit ΔV_T entspricht, (ΔV_T/nk) Grad für den Bereich θ_R von geringen Öffnungsgraden des Drosselventils, und der für den Bereich von großen Öffnungsgraden des Drosselventils ist (ΔV_T/k) Grad.

Demgemäß wird, da die Ausgangsspannung 25 des Drosselpositions­ sensor 16 über den Verstärker 4c mit dem Verstärkungsfaktor n im Bereich θ_R von geringen Öffnungsgraden des Drosselventils verstärkt wird, die Auflösung des Drosselpositionssensors, in anderen Worten die Steuergenauigkeit der Steueranordnung des Drosselventils, um n Mal erhöht, wodurch eine bessere Stabilität der Motordrehzahl während ISC und FIC erzielt wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Steueranordnung bereitge­ stellt, deren Steuergenauigkeit in dem Bereich von kleinen Öffnungsgraden des Dros­ selventils mit einer einfachen Maßnahme und niedrigen Herstellungs­ kosten verbessert ist.

Claims (3)

1. Steueranordnung für ein Drosselventil (Drosselklappe 1) für eine Verbren­ nungskraftmaschine, welche aufweist:

• 1. ein Drosselventil (1);
• 2. einen Elektromotor (6) zum Betätigen des Drosselventils (1);
• 3. mechanische Verbindungen (Kupplung) zum Koppeln und Entkoppeln des Elektromotors (6) mit bzw. von dem Drosselventil (1);
• 4. einen Drosselpositionssensor (16), der ein Ausgangsspannungssignal (25) abgibt, das der tatsächlichen Stellung (Ist-Wert) des Drosselventils (1) ent­ spricht,
• 5. eine Steuereinheit (4), welche das Ausgangsspannungssignal (25) des Drosselpositionssensors (16) empfängt, wobei die Steuereinheit (4) das Ausgangsspannungssignal (25) für die tatsächliche Drosselposition mit ei­ nem Signal (5) vergleicht, welches einen Sollöffnungsgrad (Sollwert) des Drosselventils (1) darstellt, und ein Steuersignal (7) für den Elektromotor (6) auf der Basis des Vergleichsergebnisses erzeugt;

dadurch gekennzeichnet, daß
die Steuereinheit (4) eine Verstärkeranordnung (4a, 4b, 4c) und eine Verar­ beitungseinheit (4d) aufweist,
und daß das Ausgangsspannungssignal U (25) erst ab einem bestimmten Wert Ur der Verarbeitungseinheit (4d) direkt zugeführt wird, und bei Werten des Ausgangsspannungssignals U (25) unterhalb des Wertes Ur das Ausgangs­ spannungssignal U (25) mit einem Verstärkungsfaktor n (z. B. n = 3) von der Verstärkeranordnung (4a, 4b, 4c) verstärkt wird, so daß ein verstärktes Aus­ gangsspannungssignal U' erhalten wird,
und daß im Bereich des Ausgangsspannungssignals U < Ur (erster Bereich θ_R) das verstärkte Ausgangsspannungssignal U' anstelle des Ausgangsspannungs­ signals U der Verarbeitungseinheit (4d) zugeführt wird,
wodurch eine erhöhte Auflösung für den Sensor (16) für die Drosselklappen­ stellung im Bereich kleiner Öffnungswinkel der Drosselklappe (1) erreicht wird.

2. Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bereich (θ_R) einen Leerlaufdrehzahlsteuerbereich (ISC) und einen Schnell- Leerlauf-Steuerbereich (FIC) umfaßt.

3. Steuereinheit (4) für eine Steueranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche.