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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei dem ein Istwert und ein Sollwert
für die
Stellung einer Drosselklappe ermittelt werden, und bei dem ein Blockieren
der Drosselklappe in Abhängigkeit
von dem Istwert und dem Sollwert erkannt wird. Die Erfindung betrifft
auch ein Steuerelement bzw. Steuergerät für eine Brennkraftmaschine insbesondere
eines Kraftfahrzeugs sowie eine Brennkraftmaschine insbesondere
für ein
Kraftfahrzeug.
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Ein
derartiges Verfahren ist aus der
EP 391 930 B1 bekannt.
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Dort
ist eine Drosselklappe vorgesehen, die mit einem Stellantrieb gekoppelt
ist. Der Stellantrieb wird von einer elektrischen Endstufe angesteuert. Der
Drosselklappe ist ein Istwertgeber zugeordnet, der mit einer elektrischen
Istwerterfassung verbunden ist. Zur Regelung der Stellung der Drosselklappe ist
eine Lageregelung vorgesehen, die mit einem Istwertsignal und einem
Sollwertsignal beaufschlagt ist. Die Lageregelung steuert dann die
Endstufe an. Für den
Fehlerfall ist eine Sicherheits- und Steuerlogik vorgesehen, die
ebenfalls mit dem Istwertsignal und dem Sollwertsignal versorgt
ist. Diese Logik wirkt dann auf die Lageregelung ein.
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Wird
von der Sicherheits- und Steuerlogik aufgrund einer immer größer werdenden
Abweichung des Istwerts von dem Sollwert ein Verklemmen oder Blockieren
der Drosselklappe erkannt, so wird die Lageregelung derart angesteuert,
dass diese die Drosselklappe in einer periodisch rüttelnde
Bewegung versetzt, um die Verklemmung zu lösen. Die rüttelnde Bewegung wird mit Hilfe
der pulsdauermodulierten Ansteuerung der Drosselklappe dadurch erreicht,
dass das zugehörige
Steuersignal vergrößert oder
verkleinert wird. Das Sollwertsignal wird jedoch nicht mehr weiter
vergrößert, um
nach dem Lösen der
verklemmten Drosselklappe ein definiertes Einschwenken zu erreichen.
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Ein
Nachteil des bekannten Verfahrens besteht darin, dass eine pulsdauermodulierte
Ansteuerung der Drosselklappe erforderlich ist, um die periodisch
rüttelnde
Bewegung derselben zu erzeugen. Dies stellt eine wesentliche Einschränkung der
Anwendungsmöglichkeiten
der
EP 391 930 B1 dar.
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Aus
der
DE 41 35 913 A1 ist
eine Vorgehensweise bekannt, bei welcher durch Modifizierung des Ansteuersignals
einer Verstelleinrichtung in bestimmten Betriebsphasen einer Verklemmung
oder Verschmutzung der Verstelleinrichtung entgegengewirkt wird,
indem die Verstelleinrichtung mit maximalem Moment oder Verstellgeschwindigkeit
hin und her bewegt wird. Dabei wird das Ansteuersignal, welches zum
maximalen Verstellmoment oder maximaler Verstellgeschwindigkeit
führt,
solange ausgegeben, bis die Verstelleinrichtung eine vorgegebene
Position erreicht hat. Hinweise auf eine verbesserte Flexibilität der Vorgehensweise
werden nicht gegeben.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
zu schaffen, mit dem ein Lösen
einer verklemmten Drosselklappe unabhängig von der Ansteuerung derselben möglich ist;
im Weiteren soll und ein entsprechendes Steuerelement, ein Steuergerät und eine
entsprechende Brennkraftmaschine bereitgestellt werden.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
der Sollwert für
die Stellung der Drosselklappe nach einem Erkennen eines Blockierens
der Drosselklappe hin- und hergeschaltet wird. Bei einem Steuergerät und einer
Brennkraftmaschine der jeweils eingangs genannten Art wird die Aufgabe
entsprechend gelöst.
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Im
Unterschied zu der
EP
391 930 B1 , bei der der Sollwert nach dem Erkennen einer
verklemmten Drosselklappe gezielt konstant gehalten wird, wird bei
der Erfindung das Lösen
der verklemmten Drosselklappe gerade durch eine Veränderung
dieses Sollwerts erreicht. Durch diese Veränderung des Sollwerts wird
der wesentliche Vorteil erreicht, daß die Ausgestaltung der nachfolgenden
Endstufe, wie auch die Ausgestaltung und Ansteuerung der Drosselkappe
selbst völlig
unerheblich sind für
die Durchführung
des Lösevorgangs.
Es kann sich also um eine pulsdauermodulierte Ansteuerung der Drosselklappe
handeln oder um eine digitale Ansteuerung oder dergleichen. Durch
die Veränderung
des Sollwerts zum Lösen
der verklemmten Drosselklappe kann jegliche Endstufe und jegliche
Art der Ansteuerung zur Anwendung kommen.
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Letztlich
wird bei der Erfindung der Lösevorgang
einer blockierten Drosselklappe auf einer höheren Ebene ausgeführt als
bei der
EP 391 930 B1 . Während beim
Stand der Technik hierzu das von der Art der Ansteuerung abhängige Steuersignal
verwendet wird, kommt erfindungsgemäß das davon unabhängige Sollsignal
zum Einsatz. Dies stellt eine wesentliche Vereinfachung des gesamten
Aufwands dar und eröffnet
eine weitgehende Flexibilität
bei der Anwendung der Erfindung.
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Bei
vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung werden die Sprunghöhen und/oder
die Zeitdauern zwischen den einzelnen Sprüngen des Sollwerts bei dem
Hin- und Herschalten in Abhängigkeit
von Betriebsgrößen der
Drosselklappe, insbesondere in Abhängigkeit von Betriebsgrößen des
Antriebs der Drosselklappe ausgewählt.
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Damit
ist es möglich,
das Hin- und Herschalten des Sollwerts optimal an die jeweils verwendete Drosselklappe
bzw. an deren Antrieb anzupassen. Ebenfalls ist dadurch eine Anpassung
an die verwendete Art der Ansteuerung der Drosselklappe auf einfache
Weise möglich.
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Bei
weiteren vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung sind die Sprunghöhen bzw.
die Zeitdauern zwischen den einzelnen Sprüngen des Sollwerts bei dem
Hin- und Herschalten symmetrisch zu einem vorgegebenen wert bzw.
gleich.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn aus dem Verlauf des Istwerts erkannt wird,
ob die Drosselklappe einseitig oder beidseitig blockiert ist, und
wenn in Abhängigkeit
davon die Sprunghöhen
und/oder die Zeitdauern zwischen den Sprüngen des Sollwerts bei dem
Hin- und Herschalten beeinflußt
werden. Damit kann der Sollwert bei einem einseitigen und einem beidseitigen
Blockieren der Drosselklappe unterschiedlich hin- und hergeschaltet
werden. So können insbesondere
die Sprunghöhen
und die Zeitdauern zwischen den einzelnen Sprüngen bei einem einseitigen
Blockieren z.B. größer gewählt werden
als bei einem beidseitigen Blockieren.
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Ebenfalls
ist es besonders vorteilhaft, wenn aus dem Verlauf des Istwerts
erkannt wird, in welche Richtung die Drosselklappe blockiert ist,
und wenn in Abhängigkeit
davon die Sprunghöhen
und/oder die Zeitdauern zwischen den Sprüngen des Sollwerts bei dem
Hin- und Herschalten beeinflußt
werden. Insbesondere die Sprunghöhen
des Sollwerts können dann
in Abhängigkeit
von der erkannten blockierten Richtung z.B. größer gewählt werden.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Sollwert
nach einem Lösen
der Blockierung mit einem Sprung oder mit einer Übergangsfunktion auf einen
Wert eines Fahrerwunsches überführt. Damit
wird ein definierter Übergang
von dem Hin- und Herschalten des Sollwerts zu dem Fahrerwunsch auf
einfache Weise gewährleistet.
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Von
besonderer Bedeutung ist die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens
in der Form eines Steuerelements, das für ein Steuergerät einer Brennkraftmaschine,
insbesondere eines Kraftfahrzeugs, vorgesehen ist. Dabei ist auf
dem Steuerelement ein Programm abgespeichert, das auf einem Rechengerät, insbesondere
auf einem Mikroprozessor, ablauffähig und zur Ausführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
geeignet ist. In diesem Fall wird also die Erfindung durch ein auf
dem Steuerelement abgespeichertes Programm realisiert, so dass dieses mit
dem Programm versehene Steuerelement in gleicher Weise die Erfindung
darstellt wie das Verfahren, zu dessen Ausführung das Programm geeignet
ist. Als Steuerelement kann insbesondere ein elektrisches Speichermedium
zur Anwendung kommen, beispielsweise ein Read-Only-Memory oder ein Flash-Memory.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen beschrieben;
hierbei zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine,
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2 ein
schematisches Zeitdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens beim Schließen der Drosselklappe,
und
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3a und 3b schematische
Zeitdiagramme des erfindungsgemäßen Verfahrens
beim Öffnen
der Drosselklappe.
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In 1 ist
eine Brennkraftmaschine 1 eines Kraftfahrzeugs dargestellt,
bei der ein Kolben 2 in einem Zylinder 3 hin-
und herbewegbar ist. Der Zylinder 3 ist mit einem Brennraum 4 versehen,
der unter anderem durch den Kolben 2, ein Einlassventil 5 und ein
Auslassventil 6 begrenzt ist. Mit dem Einlassventil 5 ist
ein Ansaugrohr 7 und mit dem Auslassventil 6 ist ein
Abgasrohr 8 gekoppelt.
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Im
Bereich des Einlassventils 5 und des Auslassventils 6 ragen
ein Einspritzventil 9' und
eine Zündkerze 10 in
den Brennraum 4. Über
das Einspritzventil 9' kann
Kraftstoff direkt in den Brennraum 4 eingespritzt werden.
Mit der Zündkerze 10 kann
der Kraftstoff in dem Brennraum 4 entzündet werden. Aufgrund des dem
Brennraum 4 zugeordneten Einspritzventils 9' handelt es
sich in diesem Fall um eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine.
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Alternativ
ist es möglich,
dass ein Einspritzventil 9'' in dem Ansaugrohr 7 vorgesehen
ist. In diesem Fall wird der Kraftstoff in das Ansaugrohr 4 eingespritzt
und dann in den Brennraum 4 angesaugt. Dort wird der Kraftstoff
von der Zündkerze 10 entzündet. Aufgrund
des dem Ansaugrohr 7 zugeordneten Einspritzventils 9'' handelt es sich um eine Brennkraftmaschine
mit Saugrohreinspritzung.
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Der
Kolben 2 wird durch die Verbrennung des Kraftstoffs in
dem Brennraum 4 in eine Hin- und Herbewegung versetzt,
die auf eine nicht-dargestellte Kurbelwelle übertragen wird und auf diese
ein Drehmoment ausübt.
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In
dem Ansaugrohr 7 ist eine drehbare Drosselklappe 11 untergebracht, über die
dem Ansaugrohr 7 Luft zuführbar ist. Die Drosselklappe 11 ist
mit einem Antrieb versehen, mit dem die Winkelstellung der Drosselklappe 11 im
Ansaugrohr 7 veränderbar ist.
Die Menge der zugeführten
Luft ist abhängig
von der Winkelstellung der Drosselklappe 11. In dem Abgasrohr 8 ist
ein Katalysator 12 untergebracht, der der Reinigung der
durch die Verbrennung des Kraftstoffs entstehenden Abgase dient.
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Ein
Steuergerät 18 ist
von Eingangssignalen 19 beaufschlagt, die mittels Sensoren
gemessene Betriebsgrößen der
Brennkraftmaschine 1 darstellen. Beispielsweise ist das
Steuergerät 18 mit
einem Luftmassensensor, einem Lambda-Sensor, einem Drehzahlsensor und dergleichen
verbunden. Des weiteren ist das Steuergerät 18 mit einem Fahrpedalsensor
verbunden, der ein Signal erzeugt, das die Stellung eines von einem
Fahrer betätigbaren
Fahrpedals und damit das angeforderte Drehmoment angibt. Das Steuergerät 18 erzeugt
Ausgangssignale 20, mit denen über Aktoren bzw. Steller das
Verhalten der Brennkraftmaschine 1 beeinflußt werden kann.
Beispielsweise ist das Steuergerät 18 mit
dem Einspritzventil 9' bzw. 9'', der Zündkerze 10, der Drosselklappe 11 und
dergleichen verbunden und erzeugt die zu deren Ansteuerung erforderlichen
Signale.
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Unter
anderem ist das Steuergerät 18 dazu vorgesehen,
die Betriebsgrößen der
Brennkraftmaschine 1 zu steuern und/oder zu regeln. Beispielsweise
wird die von dem Einspritzventil 9' bzw. 9'' in
den Brennraum 4 eingespritzte Kraftstoffmasse von dem Steuergerät 18 insbesondere
im Hinblick auf einen geringen Kraftstoffverbrauch und/oder eine
geringe Schadstoffentwicklung gesteuert und/oder geregelt. Zu diesem
Zweck ist das Steuergerät 18 mit
einem Mikroprozessor versehen, der in einem Speichermedium, insbesondere
in einem Flash-Memory ein Programm abgespeichert hat, das dazu geeignet
ist, die genannte Steuerung und/oder Regelung durchzuführen.
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Ist
das dem Brennraum 4 zugeordnete Einspritzventil 9' vorgesehen,
handelt es sich also um eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine,
so kann diese zumindest in den folgenden beiden Betriebsarten betrieben
werden:
In einer ersten Betriebsart, einem sogenannten Homogenbetrieb
der Brennkraftmaschine 1, wird die Drosselklappe 11 in
Abhängigkeit
von dem erwünschten
Drehmoment teilweise geöffnet
bzw. geschlossen. Der Kraftstoff wird von dem Einspritzventil 9' während einer
durch den Kolben 2 hervorgerufenen Ansaugphase in den Brennraum 4 eingespritzt. Durch
die gleichzeitig über
die Drosselklappe 11 angesaugte Luft wird der eingespritzte
Kraftstoff verwirbelt und damit in dem Brennraum 4 im wesentlichen gleichmäßig verteilt.
Danach wird das Kraftstoff/Luft-Gemisch während der Verdichtungsphase verdichtet,
um dann von der Zündkerze 10 entzündet zu
werden. Durch die Ausdehnung des entzündeten Kraftstoffs wird der
Kolben 2 angetrieben. Das entstehende Drehmoment hängt im Homogenbetrieb unter
anderem von der Stellung der Drosselklappe 11 ab. Im Hinblick
auf eine geringe Schadstoffentwicklung wird das Kraftstoff/Luft-Gemisch
möglichst
auf Lambda gleich Eins eingestellt.
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In
einer zweiten Betriebsart, einem sogenannten Schichtbetrieb der
Brennkraftmaschine 1, wird die Drosselklappe 11 weit
geöffnet.
Der Kraftstoff wird von dem Einspritzventil 9' während einer durch
den Kolben 2 hervorgerufenen Verdichtungsphase in den Brennraum 4 eingespritzt,
und zwar örtlich
in die unmittelbare Umgebung der Zündkerze 10 sowie zeitlich
in geeignetem Abstand vor dem Zündzeitpunkt.
Dann wird mit Hilfe der Zündkerze 10 der Kraftstoff
entzündet,
so daß der
Kolben 2 in der nunmehr folgenden Arbeitsphase durch die
Ausdehnung des entzündeten
Kraftstoffs angetrieben wird. Das entstehende Drehmoment hängt im Schichtbetrieb weitgehend
von der eingespritzten Kraftstoffmasse ab. Im wesentlichen ist der
Schichtbetrieb für
den Leerlaufbetrieb und den Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine 1 vorgesehen.
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Ist
das dem Ansaugrohr 7 zugeordnete Einspritzventil 9'' vorgesehen, handelt es sich also
um eine Saugrohreinspritzung, so kann die Brennkraftmaschine im
wesentlichen nur in der vortehenden ersten Betriebsart, dem Homogenbetrieb
betrieben werden, nicht jedoch in der beschriebenen zweiten Betriebsart.
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Wie
erläutert
wurde, ist das erzeugte Drehmoment in der ersten Betriebsart abhängig von
der Stellung der Drosselklappe 11. Die Steuerung und/oder
Regelung der Drosselklappe 11 muß daher möglichst genau und zuverlässig durchgeführt werden.
Insbesondere müssen
Maßnahmen
für den
Fall getroffen werden, daß die
Drosselklappe 11 blockiert ist. Ein derartiges Blockieren
kann beispielsweise durch ein Vereisen der Drosselklappe 11 oder
durch Schmutzpartikel in den Lagern der Drosselklappe 11 entstehen.
Ein Vereisen der Drosselklappe 11 kann dadurch entstehen,
daß aufgrund
von Feuchtigkeit im Öl
der Brennkraftmaschine 1 bei tiefen Temperaturen sich Eis
zwischen der Drosselklappe 11 und dem Ansaugrohr 7 bildet,
das die Drosselklappe 11 dann in ihrer Funktion blockiert.
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Es
wird nachfolgend davon ausgegangen, daß ein Sollwert für die Stellung
der Drosselklappe 11 vorhanden ist, und daß mit Hilfe
eines Sensors ein Istwert für
diese Stellung der Drosselklappe 11 gemessen wird. Damit
kann z.B. aus aufeinanderfolgenden Istwerten auf die Verstellgeschwindigkeit
der Drosselklappe 11 geschlossen werden, oder es kann die
Abweichung des Istwerts von dem Sollwert ermittelt werden.
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In
einem ersten Fall ist die Drosselklappe 11 noch verstellbar
und damit noch nicht blockiert.
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Die
Verstellgeschwindigkeit der Drosselklappe 11 wird mit einem
Wert verglichen, der vorab bei einer voll funktionsfähigen Drosselklappe
ermittelt worden ist. Unterschreitet die Verstellgeschwindigkeit
diesen Wert wesentlich, so wird auf eine momentan erfolgende Eisbildung
oder eine bereits vorliegende Vereisung der Drosselklappe 11 geschlossen. Ebenfalls
wird aus sonstigen nicht-plausiblen
Verstellgeschwindigkeiten auf eine mögliche Eisbildung oder Verschmutzung
der Drosselklappe 11 geschlossen.
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Da
die Drosselklappe 11 in diesen Fällen noch verstellbar und damit
noch nicht blockiert ist, wird als Gegenmaßnahme eine Hin- und Herbewegung
der Drosselklappe 11 um ihre an sich erwünschte Stellung
durchgeführt.
Die Drosselklappe 11 wird also in eine fortwährende geringfügige Schwingung
um ihren Sollwert versetzt. Die Frequenz dieser Schwingung kann
z.B. in Abhängigkeit von
der Differenz der Verstellgeschwindigkeit der Drosselklappe 11 von
dem vorgegebenen Wert gewählt
werden. Ebenfalls ist alternativ oder zusätzlich eine drehzahlabhängige und/oder
eine winkelsynchrone Schwingung denkbar. Die Frequenz der Schwingung
liegt dabei jedoch oberhalb der Eigenfrequenz des Luftvolumens im
Ansaugrohr 7.
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Im
Homogenbetrieb der Brennkraftmaschine 1 wird die Hin- und Herbewegung
der Drosselklappe 11 bei der Steuerung und/oder Regelung
der Stellung der Drosselklappe 11 insoweit berücksichtigt,
als die dem Brennraum 4 über die Drosselklappe 11 zuzuführende Luftmasse
durch die Hin- und Herbewegung nicht oder nur unwesentlich verändert wird. Dies
wird z.B. dadurch erreicht, daß der
Mittelwert der über
die Drosselklappe 11 während
einer Hin- und Herbewegung fließenden
Luftmasse dem Sollwert der dem Brennraum 4 zuzuführenden
Luftmasse entspricht. Gegebenenfalls werden Abweichungen der aufgrund
der Hin- und Herbewegung
der Drosselklappe 11 zugeführten Luftmasse von dem Sollwert
der zuzuführenden
Luftmasse durch eine entsprechende Beeinflussung der Zündung ausgeglichen.
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Im
Schichtbetrieb hat die Stellung der Drosselklappe 11 nahezu
keinen Einfluß auf
das entstehende Drehmoment. Aus diesem Grund ist hier kein Ausgleich
der zugeführten
Luftmasse bei einer Hin- und Herbewegung der Drosselklappe 11 erforderlich.
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In
einem zweiten Fall ist die Drosselklappe 11 blockiert und
damit nicht mehr verstellbar.
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Ist
die Drosselklappe 11 z.B. aufgrund einer Vereisung oder
aus sonstigen Gründen
blockiert, so wird dies aus der auf Null reduzierten Verstellgeschwindigkeit
und/oder aus einer sich immer weiter vergrößernden Soll/Istwert-Abweichung
der Stellung der Drosselklappe 11 erkannt. Überschreitet
diese Soll/Istwert-Abweichung einen vorgegebenen Wert, so werden
die nachfolgenden Gegenmaßnahmen getroffen.
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Der
an sich vorgesehene Sollwert für
die Steuerung und/oder Regelung der Stellung der Drosselklappe 11 wird
wechselweise in Sprüngen
in beide Richtungen verstellt. Ausgehend von dem an sich vorgesehenen
Sollwert wird in beiden Richtungen abwechselnd eine Sprunghöhe hinzuaddiert,
um daraus einen alternierenden Sollwert für die Stellung der Drosselklappe 11 zu
erhalten.
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Die
Sprunghöhe
wird z.B. vorab in Abhängigkeit
von dem Antrieb der Drosselklappe 11 ermittelt. Ziel ist
dabei, ein möglichst
hohes dynamisches Moment mit dem Antrieb zu erzeugen. Entsprechendes gilt
für die
Zeitdauer der einzelnen Sprünge.
Ebenfalls kann die Sprunghöhe
und/oder die genannte Zeitdauer in Abhängigkeit von anderen Betriebsgrößen der
Brennkraftmaschine 1 ausgewählt werden.
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Durch
den alternierenden Sollwert für
die Stellung der Drosselklappe 11 werden abwechselnd Momente
in unterschiedliche Richtungen auf die Drosselklappe 11 erzeugt.
Durch diese Momente ist es möglich,
die Blockierung der Drosselklappe 11 zu lösen.
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Ein
derartiges Lösen
der Blockierung wird dadurch erkannt, daß nunmehr die Verstellgeschwindigkeit
der Drosselklappe 11 wieder größer Null wird, und/oder daß die Soll/Istwert-Abweichung der Stellung
der Drosselklappe 11 wieder kleiner wird.
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Wird
das Lösen
der Blockierung erkannt, so wird von dem vorstehend beschriebenen
alternierenden Sollwert wieder zu dem an sich vorgesehenen Sollwert
für die
Stellung der Drosselklappe 11 übergegangen. Dies kann mit
einer stetigen Übergangsfunktion
durchgeführt
werden, die z.B. zusätzlich
weitere Betriebsgrößen der
Brennkraftmaschine 1 berücksichtigt, insbesondere mögliche zwischenzeitliche Änderungen
der Stellung des Fahrpedals und damit des Fahrerwunsches.
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Wird
innerhalb einer vorgebbaren Zeitdauer die Blockierung nicht gelöst, so wird
das beschriebene Verfahren abgebrochen. In diesem Fall wird die Brennkraftmaschine 1 in
einen Notlaufbetrieb gesteuert und/oder geregelt, in dem die blockierte
Drosselklappe 11 zu keinem unzulässigen Betriebszustand der
Brennkraftmaschine 1 führt,
in dem aber trotzdem noch ein eingeschränkter Betrieb der Brennkraftmaschine 1 möglich ist.
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In
der 2 sind mehrere, die Stellung der Drosselklappe 11 betreffende
Signale über
der Zeit aufgetragen. Die Stellung der Drosselklappe 11 ist als
prozentualer Wert aufgetragen.
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Ein
Signal 21 stellt den Istwert der Stellung der Drosselklappe 11 dar,
ein Signal 22 kennzeichnet den Sollwert für die Stellung
der Drosselklappe 11, und ein Signal 23 stellt
die Stellung des Fahrpedals und damit den Fahrerwunsch dar.
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Das
Signal 23 des Fahrerwunschs ist fallend. Dies bedeutet,
daß der
Fahrer ein geringeres Drehmoment wünscht. Hierzu ist ein Schließen der
Drosselklappe 11 erforderlich. Dies wird durch ein dem
Signal 23 entsprechendes Signal 22 für den Sollwert der
Stellung der Drosselklappe 11 erreicht. Das Signal 21 und
damit der Istwert für
die Stellung der Drosselklappe 11 folgt diesem Sollwert
zumindest anfangs.
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In
einem Zeitpunkt T1 blockiert jedoch die Drosselklappe 11 z.B.
aufgrund einer Vereisung. Das Signal 21 des Istwerts bleibt
damit auf einem Wert W1 stehen. Damit entsteht eine immer größer werdende
Differenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert, also zwischen den
Signalen 21 und 22. In einem Zeitpunkt T2 erreicht
diese Differenz einen vorgebbaren Wert DW, wobei gilt: DW = W1 – W2. Dies hat
zur Folge, daß nunmehr
Gegenmaßnahmen
gegen die Blockierung der Drosselklappe 11 eingeleitet werden.
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Ab
einem Zeitpunkt T3 wird das Signal 22 für den Sollwert wechselweise
in der Form von Sprungfunktionen erhöht und wieder erniedrigt. Es
entsteht dadurch ein periodisches Signal 22, das symmetrisch ist
zu dem Wert W2, für
den gilt: W2 = W1 – DW.
Die Sprunghöhe
ausgehend von dem Wert W2 in beide Richtungen kann in Abhängigkeit
von Betriebsgrößen insbesondere
des Antriebs der Drosselklappe 11 gewählt werden. Die Sprunghöhe kann
in beide Richtungen gleich oder unterschiedlich sein. Die Zeitdauer
zwischen den einzelnen Sprüngen
kann ebenfalls in Abhängigkeit
von Betriebsgrößen insbesondere des
Antriebs der Drosselklappe 11 gewählt werden. Auch diese aufeinanderfolgenden
Zeitdauern können gleich
oder unterschiedlich sein. Das Signal 22 für den Sollwert
kann auf diese Weise mehrere Perioden durchlaufen.
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Aus
dem Verlauf des Signals 21 für den Istwert der Stellung
der Drosselklappe 11 kann entnommen werden, daß die Drosselklappe 11 nur
einseitig blockiert ist, z.B. nur einseitig festgefroren ist. Dies geht
in der 2 aus der Bewegung der Drosselklappe 11 nach
positiven Sollwert-Sprüngen in
positiver Richtung hervor. Ebenfalls ist aus der 2 jedoch erkennbar,
daß die
Drosselklappe 11 in negativer Richtung bis zu einem Zeitpunkt
T4 keine Bewegung durchführt,
also blockiert ist.
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Aufgrund
der einseitigen Bewegbarkeit der Drosselklappe 11 ist es
möglich,
daß der
Antrieb der Drosselklappe 11 ein relativ großes Moment
zum Lösen
der Blockierung erzeugt. Durch die Bewegung der Drosselklappe 11 in
die noch bewegbare Richtung kann der Antrieb "Schwung holen", um danach in Gegenrichtung auf die
Blockierung einzuwirken. Das auf diese Weise erzeugte Moment ist
wesentlich größer als
das an sich von dem Antrieb erzeugbare statische Moment.
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Das
von dem Antrieb erzeugbare Moment kann weiter vergrößert werden,
wenn die Periodendauer des Signals 22 der Eigenresonanz
des Antriebs der Drosselklappe 11 entspricht. Diese Eigenresonanz
kann vorab ermittelt werden. Ebenfalls kann die Eigenresonanz im
Betrieb der Brennkraftmaschine 1 in Abhängigkeit von dem Signal 21,
also von dem Istwert der Stellung der Drosselklappe 1 durch
eine Maximierung abgeleitet werden.
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Ab
dem Zeitpunkt T4 bewegt sich in der 2 das Signal 21 für den Istwert
der Stellung der Drosselklappe 11 auch wieder in negativer,
also bisher blockierter Richtung. Dies bedeutet, daß die Drosselklappe 11 nicht
mehr blockiert ist. Z.B. eine Vereisung ist also durch die Beaufschlagung
des Antriebs der Drosselklappe 11 mit dem sprungförmigen Signal 22 losgeschlagen
worden.
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In
einem Zeitpunkt T5 erreicht das Signal 21 für den Istwert
der Stellung der Drosselklappe 11 den Wert W2. Dies hat
zur Folge, daß das
Signal 22 für den
Sollwert auf den Wert des Signals 23 für den Fahrerwunsch springt
und danach diesem Signal 23 folgt. Dieser Sprung des Signals 22 bewirkt
eine Verstellung der Drosselklappe 11 in Richtung dieses Fahrerwunschs,
so daß auch
das Signal 21 für
den Istwert der Stellung der Drosselklappe 11 sich in Richtung
zu dem Signal 23 verändert
und dann, nach Erreichen des Signals 23 in einem Zeitpunkt
T6, diesem folgt.
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Beim Übergang
des Signals 22 auf den Wert des Signals 23 kann
eine zeitliche Hystere vorgesehen sein, damit eine erneute Blockierung
des Antriebs der Drosselklappe 11 nicht sofort wieder zu dem
beschriebenen periodischen Signal 22 führt. Damit wird ein Schwingen
des Systems verhindert.
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In
der 2 weist das Signal 23 für die Stellung
des Fahrpedals einen fallenden Verlauf auf. Der Fahrer wünscht also
einen Rückgang
des von der Brennkraftmaschine 1 erzeugten Drehmoments.
Im Unterschied dazu betreffen die 3a und 3b einen
steigenden Verlauf der Stellung des Fahrpedals. Der Fahrer wünscht hier
also einen Anstieg des erzeugten Drehmoments.
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In
den 3a und 3b sind
die Signale 21, 22, 23 in entsprechender
Weise eingetragen wie in der 2. Ebenfalls
sind die Zeitpunkte T1 bis T6 eingetragen, wie auch die Werte W1
und W2.
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Das
im Zusammenhang mit der 2 beschriebene Verfahren wird
in entsprechender Weise auch in den 3a und 3b angewendet.
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Bei
den 3a und 3b ist
die Drosselklappe 11 wie in der 2 einseitig
blockiert, z.B. vereist. Dies ergibt sich in den 3a und 3b aus
der Möglichkeit,
die Drosselklappe 11 in negativer Richtung zu bewegen.
Diese Bewegungsrichtung ist dabei jedoch entgegengesetzt zu der 2.
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In
der 3a steigt das Signal 23 immer weiter
an. Nach dem Lösen
der Blockierung im Zeitpunkt T4 wird das Signal 22 für den Sollwert
der Drosselklappe 11 nach dem Zeitpunkt T5 auf den Wert
des Signals 23 erhöht.
Im Unterschied zu der 2, wo der entsprechende Übergang
sprungförmig
ausgeführt
ist, wird dieser Übergang
in der 3a nicht sprungförmig, sondern
mittels einer ansteigenden Übergangsfunktion
ausgeführt.
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In
der 3b steigt das Signal 23 zuerst wie in
der 3a an. In einem Zeitpunkt T7 nimmt der Fahrer
jedoch den Fuß vom
Fahrpedal, so daß das Signal 23 wieder
abfällt.
Im Zeitpunkt T7 findet somit eine Änderung des Fahrerwunsches
statt.
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Im
Hinblick auf das im Zusammenhang mit der 2 beschriebene
Verfahren macht die genannte Änderung
des Signals 23 in der 3b zunächst keinen
Unterschied im Vergleich zur 3a. Erst
wenn im Zeitpunkt T5 das Signal 22 für den Sollwert der Drosselklappe 11 wieder
in Abhängigkeit von
dem Signal 23, also in Abhängigkeit von dem Fahrerwunsch
eingestellt wird, ergibt sich ein Unterschied. Während in der 3a das
Signal 22 auf den Wert des Signals 23 ansteigt,
ist dies in der 3b nicht der Fall. Da dort das
Signal 23 bereits wieder abgefallen ist, geht das Signal 22 in
dem Zeitpunkt T5 direkt auf den Wert des Signals 23 über. Dies
hat zur Folge, daß das
Signal 21 für
den Istwert der Drosselklappe 11 ebenfalls direkt dem Wert
des Signals 23 folgt.
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In
den 2, 3a und 3b wird
die Blockierung des Antriebs der Drosselklappe 11 gelöst. Die
Drosselklappe 11 ist danach somit wieder funktionsfähig.
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Es
ist jedoch ebenfalls möglich,
daß ein
Lösen der
Blockierung nicht möglich
ist. Dies kann z.B. dadurch festgestellt werden, daß nach einer
vorgebbaren Zeitdauer das Signal 21 für den Istwert der Stellung
der Drosselklappe 11 weiterhin nicht in die als blockiert
erkannte Richtung sich bewegt. Nach einer derartigen Zeitüberschreitung
wird das beschriebene Verfahren abgebrochen und die Brennkraftmaschine 1 wird
in einen Notlaufbetrieb überführt.
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In
der 3b fällt
das Signal 23 ab dem Zeitpunkt T7 wieder ab. Dabei ist
es möglich,
daß das
beschriebene Verfahren zum Lösen
einer Blockierung der Drosselklappe 11 abgebrochen wird,
wenn das Signal 23 für
den Fahrerwunsch kleiner wird als der maximal von dem Signal 21 erreichbare
Wert. In diesem Fall kann die Drosselklappe 11 diesen kleineren Wert
wieder einstellen, selbst wenn die Blockierung nicht gelöst ist.
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Im
Fall einer beidseitigen Blockierung der Drosselklappe 11,
also z.B. im Fall einer beidseitigen Vereisung der Drosselklappe 11 ist
das beschriebene "Schwung
holen" nicht mehr
in vollem Umfang möglich.
Hier kann nur noch im Rahmen der Toleranzen des Antriebs der Drosselklappe 11 ein
Moment erzeugt werden. Aus dem Signal 21 für den Istwert
der Stellung der Drosselklappe 11 kann ein beidseitiges Blockieren
der Drosselklappe 11 erkannt werden. Ist dies der Fall,
so können
die Sprunghöhen
und/oder die Zeitdauern des periodischen Signals 22 für den Sollwert
der Stellung der Drosselklappe 11 derart verändert werden,
dass auch mit dem nur noch eingeschränkten "Schwung holen" ein möglichst großes Moment von dem Antrieb
der Drosselklappe 11 erzeugt wird.
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Bei
einer Blockierung der Drosselklappe 11 bei einem fallenden
Signal 23, also wenn der Fahrer einen Rückgang des Drehmoments wünscht, kann – solange
die Drosselklappe 11 noch nicht gelöst ist – eine Reduktion des Drehmoments
der Brennkraftmaschine 1 durch eine Spätverstellung des Zündzeitpunkt
erreicht werden. Dies ist unabhängig
davon, ob das Verfahren in einer Brennkraftmaschine 1 mit Saugrohreinspritzung
oder in einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine eingesetzt
wird.
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Bei
einer Blockierung der Drosselklappe 11 bei einem ansteigendem
Signal 23, also wenn der Fahrer die Erzeugung von mehr
Drehmoment wünscht,
kann dies bei einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine unabhängig von
der Blockierung bzw. dem Lösen
dieser Blockierung durch die Zumessung von mehr Kraftstoff erreicht
werden.