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Dokumentenidentifikation DE4304633A1 18.08.1994
Titel Einrichtung zur elektrischen Steuerung einer Drosselklappe einer Brennkraftmaschine
Anmelder VDO Adolf Schindling AG, 60487 Frankfurt, DE
Erfinder Hohrein, Stefan, 6502 Mainz-Kostheim, DE
DE-Anmeldedatum 16.02.1993
DE-Aktenzeichen 4304633
Offenlegungstag 18.08.1994
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.08.1994
IPC-Hauptklasse F02D 9/00
IPC-Nebenklasse F02D 41/14   
Zusammenfassung Bei einer Einrichtung zur elektrischen Steuerung einer Drosselklappe einer Brennkraftmaschine erhält zum Antrieb der Drosselklappe ein Schrittmotor von einem Steuergerät Signale, aus denen ferner im Steuergerät eine Iststellung der Drosselklappe ermittelt wird. Die Drosselklappe ist bei stromlosem Schrittmotor durch Federkraft in eine vorgegebene Stellung, vorzugsweise in die Notluftstellung, bringbar. Ein Stellungssensor meldet vorgegebene Stellungen der Drosselklappe an das Steuergerät. Zur Überprüfung wird der Strom im Schrittmotor abgeschaltet, eine vorgegebene Zeit später werden diejenigen Signale dem Schrittmotor zugeführt, welche der vorgegebenen Stellung zugeordnet sind. Anhand der Signale des Stellungssensors wird eine Bewegung der Drosselklappe ausgewertet.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur elektrischen Steuerung einer Drosselklappe einer Brennkraftmaschine.

Einrichtungen nach dem Oberbegriff, beispielsweise in sogenannten E-Gasanlagen oder Anlagen zur Geschwindigkeitsregelung, benötigen an sich eine genaue Rückmeldung der jeweils von der Drosselklappe eingenommenen Stellung als Istwert, während der Sollwert von einem Sollwertgeber, beispielsweise einem Gaspedal, zugeführt wird. Stellungssensor, welche ein der Stellung entsprechendes elektrisches Signal mit der erforderlichen Genauigkeit bzw. Auflösung zuverlässig erzeugen, sind jedoch technisch aufwendig und dementsprechend teuer. Bei einem Antrieb der Drosselklappe mit Hilfe eines Schrittmotors kann bei einer einmal bekannten Stellung die jeweilige Iststellung aus den dem Schrittmotor zugeführten Signalen ermittelt werden. Dabei können sich jedoch Unterschiede zwischen der ermittelten Iststellung und der tatsächlich vorhandenen Iststellung ergeben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung zur elektrischen Steuerung einer Drosselklappe einer Brennkraftmaschine anzugeben, bei welcher ein ermittelter Istwert in einfacher Weise überprüft werden kann, wobei lediglich ein preiswert herzustellender und zuverlässig arbeitender Stellungssensor erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zum Antrieb der Drosselklappe ein Schrittmotor von einem Steuergerät Signale erhält, aus denen ferner im Steuergerät eine Iststellung der Drosselklappe ermittelt wird, daß die Drosselklappe bei stromlosem Schrittmotor durch Federkraft in eine vorgegebene Stellung, vorzugsweise in die Notluftstellung, bringbar ist, daß ein Stellungssensor vorgegebene Stellungen der Drosselklappe an das Steuergerät meldet, daß zur Überprüfung der Strom im Schrittmotor abgeschaltet wird, eine vorgegebene Zeit später diejenigen Signale dem Schrittmotor zugeführt werden, welche der vorgegebenen Stellung zugeordnet sind, und daß anhand der Signale des Stellungssensors eine Bewegung der Drosselklappe ausgewertet wird.

Die Erfindung nutzt in vorteilhafter Weise aus, daß bei der Verwendung eines Schrittmotors die jeweilige Iststellung der Drosselklappe an sich der Sollstellung entspricht und damit bekannt ist. Um jedoch trotzdem sicherzustellen, daß die Iststellung und die durch die dem Schrittmotor zugeführten Signale gegebene Sollstellung nicht auseinanderdriften, kann bei der Erfindung ein relativ einfacher Sensor verwendet werden, der lediglich wenige ausgewählte Stellungen angibt. Ein besonders einfacher Stellungssensor ist bei einer Weiterbildung dadurch gegeben, daß der Stellungssensor von zwei abtastbaren Bahnen mit Markierungen gebildet wird, wobei eine erste Bahn eine Markierung aufweist, deren einer Rand bei der vorgegebenen Stellung liegt und eine zweite Bahn in vorgegebenem Abstand um die vorgegebene Stellung je eine Markierung aufweist. Dabei kann insbesondere zur weiteren Überprüfung der Iststellung vorgesehen sein, daß die zweite Bahn weitere Markierungen bei dem Minimal- und dem Maximalwert der Drosselklappe aufweist.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß der Schrittmotor als Mehr-Phasen-Motor ausgebildet ist und daß das Steuergerät Zwischenwerte für die den Phasen zugeordnete Ströme ausgeben kann, was bei derartigen Schrittmotoren auch als Mikropositionierung bezeichnet wird.

Die bei der erfindungsgemäßen Einrichtung erfolgte Auswertung der Bewegung der Drosselklappe kann in vielfältiger Weise ausgenutzt werden. Vorzugsweise ist vorgesehen, daß bei einer Bewegung der Drosselklappe die ermittelte Iststellung um ein vorgegebenes Inkrement in entgegengesetzter Richtung als die ausgewertete Bewegung der Drosselklappe korrigiert wird.

Es ist jedoch beispielsweise auch möglich, lediglich eine Anzeige vorzusehen oder eine Speicherung des Auswertungsergebnisses in einem Diagnosecomputer.

Die Überprüfung mit Hilfe der erfindungsgemäßen Einrichtung kann vorzugsweise nach dem Starten der Brennkraftmaschine erfolgen. Es ist jedoch auch möglich, die Überprüfung während des Betriebes durchzuführen, wozu vom Steuergerät ein Zeitpunkt ausgewählt wird, in dem sich die Drosselklappe entsprechend den Vorgaben durch das Fahrpedal ohnehin im Bereich der Notluftstellung befindet.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon ist schematisch in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Einrichtung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des möglichen Weges der Drosselklappe einschließlich der Rückstellfedern und des Stellungssensors,

Fig. 3 ein Ablaufplan eines Programms zur Durchführung der Prüfung in der erfindungsgemäßen Einrichtung am Beispiel des Startfalles.

Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Das Blockschaltbild gemäß Fig. 1 zeigt die Komponenten einer erfindungsgemäßen Einrichtung mit einem Sollwertgeber i, der in der Regel mit dem Fahrpedal mechanisch verbunden ist, einem Steuergerät 2, einer Leistungsendstufe 3, einem Schrittmotor 4, einer Drosselklappe 5 und einem Rückmeldesystem 6. Das Steuergerät 2 gibt Signale über die Leistungsendstufe 3 an den Schrittmotor 4. Bei den üblicherweise verwendeten Schrittmotoren handelt es sich um Mehr-Phasen-Synchronmotore, die eine feinere Verstellung als die jeweilige Schrittweite dadurch ermöglichen, daß den Phasenwicklungen Ströme mit den für den jeweiligen Teil der Schrittweite maßgeblichen Größen und Richtungen zugeführt werden.

Das Steuergerät 2 liefert dementsprechend um 900 phasenversetzte sinusförmige Ströme. Da diese im Steuergerät erzeugt werden, ist innerhalb des Steuergerätes auch bekannt, wieviele Perioden dieser Ströme für eine Bewegung der Drosselklappe ausgegeben wurden, so daß die Stellung der Drosselklappe 5 an sich im Steuergerät 2 bekannt ist. Durch verschiedenartige Störungen sind jedoch Abweichungen der Iststellung von der durch das Steuergerät vorgegebenen Sollstellung nicht auszuschließen. Es wird deshalb im allgemeinen ein Rückmeldesystem 6 vorgesehen, das die Iststellung an das Steuergerät 2 meldet. Ein Rückmeldesystem bzw. ein Stellungssensor mit der an sich erforderlichen Genauigkeit ist jedoch technisch recht aufwendig.

Im Rahmen der erfindungsgemäßen Einrichtung wird daher ein Stellungssensor verwendet, der lediglich auf die Erkennung weniger Stellungen der Drosselklappe eingerichtet ist und im folgenden im Zusammenhang mit Fig. 2 näher erläutert ist. Diese zeigt in einer linearen Darstellung den Weg der Drosselklappe 5 zwischen einem Anschlag 7, bei welchem die Drosselklappe geschlossen ist, bis zu einem Anschlag 8 mit maximaler Öffnung. Zwei Federn 9, 10 wirken auf die Drosselklappe derart ein, daß bei stromlosem Schrittmotor 4 (Fig. 1) die Drosselklappe in die Notluftstellung bewegt wird bzw. diese beibehält, wenn sie sich bereits in der Notluftstellung befindet.

Mit der Drosselklappe 5 ist ein Stellungssensor verbunden, der aus zwei optischen Abtastelementen 11, 12 besteht, welche auf zwei Bahnen 13, 14 gerichtet sind, die Markierungen aufweisen. Die Markierung 15 bezeichnet eine dicht zu unterschreitende minimale Öffnung der Drosselklappe. Die Markierungen 16, 17 schließen die Notluftstellung ein. Eine weitere Markierung 18 bezeichnet eine nicht zu überschreitende maximale Öffnung der Drosselklappe. Die Markierungen 15, 18 können zur Prüfung verwendet werden, ob sich die Drosselklappe 5 tatsächlich an dem betreffenden Anschlag 7, 8 befindet, wenn sie aufgrund der vom Steuergerät erzeugten Signale dort sein sollte oder diese aufgrund einer Störung bereits erreicht hat.

Auf der Bahn 14 ist lediglich eine Markierung 19 aufgebracht, welche den gesamten Stellungsbereich unterhalb der Notluftstellung umfaßt und durch ihre Kante bei der Notluftstellung zur Richtungserkennung dient.

Die Ausgänge der optischen Abtastelemente 11, 12 sind in an sich bekannter und daher nicht näher zu erläuternder Weise mit Eingängen des Steuergerätes 2 verbunden.

Die weitere Erläuterung der erfindungsgemäßen Einrichtung erfolgt anhand des Ablaufplans gemäß Fig. 3, der ein im Steuergerät vorhandenes Programm beschreibt. Dieses Programm kann beispielsweise nach dem Einschalten der Zündung aufgerufen werden. Nach einer Drosselklappenstartadaption bei 31 wird im Programmteil 32 die Leistungsendstufe 3 (Fig. 1) deaktiviert. Daraufhin wird mit Hilfe einer Warteschleife 33 eine Verzögerung erzeugt, die zum Erreichen der Notluftstellung ausreicht, falls sich die Drosselklappe zuvor nicht in dieser Stellung befunden haben sollte. Nach dem Ablauf der Verzögerung erfolgt eine Verzweigung 34 des Programms in Abhängigkeit davon, ob die Ausgangssignale der Abtastelemente 11, 12 (Fig. 2) plausibel erscheinen. Unter der Annahme, daß die in Fig. 2 schwarz dargestellten Markierungen jeweils den Pegel H eines Ausgangssignals zur Folge haben, wäre beispielsweise ein Pegel H des Ausgangssignals des Abtastelementes 11 ein Zeichen dafür, daß die Drosselklappe die Notluftstellung nicht erreicht hat. Deshalb wird in diesem Fall nach der Verzweigung 34 eine Fehlerroutine gestartet.

Erscheint jedoch die Abtastung plausibel, so wird nach der Verzweigung 35 im Programmteil 36 die Leistungsendstufe mit Signalen aktiviert, welche der Notluftstellung zugeordnet sind. Daraufhin wird bei 37 durch Auswertung der Ausgangssignale der Abtastelemente 11, 12 (Fig. 2) geprüft, ob eine eventuelle Bewegung der Drosselklappe in einem zulässigen Bereich liegt. Ist dieses nicht der Fall, wird ebenfalls die Fehlerroutine 35 aufgerufen. Befindet sich jedoch die Bewegung in dem zulässigen Bereich, wird das Programm bei 38 ohne weiteres beendet.


Anspruch[de]
  1. 1. Einrichtung zur elektrischen Steuerung einer Drosselklappe einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß zum Antrieb der Drosselklappe (5) ein Schrittmotor (4) von einem Steuergerät (2) Signale erhält, aus denen ferner im Steuergerät (2) eine Iststellung der Drosselklappe (5) ermittelt wird, daß die Drosselklappe (5) bei stromlosem Schrittmotor (4) durch Federkraft in eine vorgegebene Stellung, vorzugsweise in die Notluftstellung, bringbar ist, daß ein Stellungssensor vorgegebene Stellungen der Drosselklappe (5) an das Steuergerät (2) meldet, daß zur Überprüfung der Strom im Schrittmotor (4) abgeschaltet wird, eine vorgegebene Zeit später diejenigen Signale dem Schrittmotor (4) zugeführt werden, welche der vorgegebenen Stellung zugeordnet sind, und daß anhand der Signale des Stellungssensors eine Bewegung der Drosselklappe (5) ausgewertet wird.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellungssensor von zwei abtastbaren Bahnen (13, 14) mit Markierungen (15 bis 19) gebildet wird, wobei eine erste Bahn (14) eine Markierung (19) aufweist, deren einer Rand bei der vorgegebenen Stellung liegt und eine zweite Bahn (13) in vorgegebenem Abstand um die vorgegebene Stellung je eine Markierung (16, 17) aufweist.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Bahn (13) weitere Markierungen (15, 18) bei dem Minimal- und dem Maximalwert der Drosselklappe (5) aufweist.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schrittmotor (4) als Mehr-Phasen-Motor ausgebildet ist und daß das Steuergerät Zwischenwerte für die den Phasen zugeordnete Ströme ausgeben kann.
  5. 5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Bewegung der Drosselklappe (5) die ermittelte Iststellung um ein vorgegebenes Inkrement in entgegengesetzter Richtung als die ausgewertete Bewegung der Drosselklappe korrigiert wird.






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