DE10108478A1

DE10108478A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines mechanischen Laders einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10108478A1
Application number: DE10108478A
Authority: DE
Inventors: Oliver Wildner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-02-22
Filing date: 2001-02-22
Publication date: 2002-09-05
Also published as: FR2821121B1; US20020129604A1; US6666194B2; FR2821121A1

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines mechanischen Laders einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, wobei eine Ankopplung eines mechanischen Laders an die Brennkraftmaschine während der Startphase noch vor Auftreten der ersten Einspritzungen in den Verbrennungsmotor erfolgt.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine angeordneten mechanischen Laders, der über eine steuerbare Kupplung mit einem Antrieb gekoppelt ist, wobei das Zu- und Abschalten des Laders durch ein auf ein Stellglied der Kupp lung wirkendes Steuersignal erfolgt.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines sol chen mechanischen Laders ist beispielsweise aus der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung 100 39 081.1 vom 10.08.2000 bekannt. Als Antrieb für den mechanischen Lader dient hier die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, welche über die steuerbare Kupplung kraftschlüssig mit dem Lader koppelbar ist. Durch ein Steuersignal, welches in einer elektronischen Steuereinheit abhängig von Betriebsbe dingungen, insbesondere in Abhängigkeit der Last der Brenn kraftmaschine, ermittelt wird, wird die Kupplung geöffnet oder geschlossen und auf diese Weise der mechanische Lader mit dem Antrieb gekoppelt oder vom Antrieb abgekoppelt.

Es hat sich gezeigt, dass zumindest bei bestimmten Lader anordnungen unter bestimmten Betriebsbedingungen es zum Festfrieren des Laders kommen kann. Durch den festgefrorenen Lader kann es dabei zu einer erheblichen Reduzierung des Durchflußquerschnittes für die Ansaugluft kommen, so dass im Extremfall ein Start des Verbrennungsmotors nicht mehr mög lich ist.

Vorteile der Erfindung

Durch ein Zuschalten des Laders beim Anlassen des Verbren nungsmotors, insbesondere vor Beginn der Kraftstoffeinsprit zung, ist es möglich, einen festgefrorenen mechanischen Lader loszureißen. Dadurch wird auch im Extremfall ein Start des Verbrennungsmotors gewährleistet.

Besonders vorteilhaft ist, dass das Losreißen des Laders noch vor dem eigentlichen Drehzahlhochlauf des Verbrennungs motors erfolgt, so dass es für den Fahrer nicht spürbar ist.

Vorteilhaft ist ferner, dass der Lader noch vor Einspritzbe ginn losgerissen ist, so dass der anschließende Start des Verbrennungsmotors immer unter gleichen Randbedingungen stattfindet und somit applizierbar ist.

Eine besonders bevorzugte Realisierung ist, dass bei Über schreiten einer vorgegebenen Motordrehzahl, die auf ein Betätigen des Anlassers schließen läßt (beispielsweise 150 Umdrehungen pro Minute) ein Schließen der Kupplung für eine vorbestimmte Zeitdauer stattfindet, während bei Unterschrei ten dieser Drehzahlschwelle, gegebenenfalls zuzüglich eines Hysteresebetrags, sofort ein Öffnen der Kupplung stattfin det. Besonders vorteilhaft ist, dass dies nur bei tiefen Temperaturen stattfindet.

Besonders vorteilhafte Wirkungen zeigt diese Vorgehensweise bei mechanischen Ladern, die in Strömungsrichtung nach der Drosselklappe verbaut sind und keinen Luftbypass aufweisen.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Be schreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmo tors, welcher mit einem steuerbaren mechanischen Lader aus gestattet ist. In Fig. 2 ist ein Ablauf-Diagramm skizziert, welches die Vorgehensweise zur Steuerung der Laderkupplung im Start beschreibt. Dieses bevorzugte Ausführungsbeispiel ist dann anhand der Zeit-Diagramme der Fig. 3 verdeutlicht.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

In der Fig. 1 ist ein Verbrennungsmotor 1 dargestellt, in dessen Ansaugtrakt 2 hinter der Drosselklappe 3 ein mechani scher Lader 4 angeordnet ist. Dieser mechanische Lader 4 wird von der Kurbelwelle 5 des Verbrennungsmotors angetrie ben. Dazu ist der mechanische Lader 4 mit der Kurbelwelle 5 über eine Kupplung 6 kraftschlüssig verbunden. Die Kupplung 6 ermöglicht es, den mechanische Lader 4 dem Antrieb 5 zu- oder von ihm abzuschalten. Dazu ist ein Stellglied 7 für die Kupplung 6 vorgesehen, womit die Kupplung 6 geschlossen oder geöffnet werden kann. Das Stellglied 7 ist beispielsweise ein hydraulisches Ventil, mit dem die Kupplung 6 in den geschlossenen oder geöffneten Zustand gebracht werden kann. Anstelle eines hydraulischen Ventils kann aber auch ein elektromagnetischer Steller eingesetzt werden. Das Stellglied 7 erhält ein Steuersignal ladkup aus einer elektroni schen Steuereinheit 8. Diese erhält mehrere Eingangssignale aus denen sie wie z. B. im Stand der Technik beschrieben das Steuersignal für den Steller 7 herleitet. In der Regel wird die Kupplung abhängig von der Last (z. B. Fahrpedalstellung, Fahrerwunsch, Drehmoment, etc.) des Verbrennungsmotors und/oder ihrer Änderung zugeschaltet, wobei bei hohen Lasten und/oder bei hohen Laständerungen ein Zuschalten des Laders somit eine Leistungserhöhung des Verbrennungsmotors statt findet.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 sind nur die Eingangsgrö ßen der Steuereinheit 8 dargestellt, die im Zusammenhang mit der nachfolgend beschriebenen Vorgehensweise zum Losreissen des Laders von Bedeutung sind. Diese sind Motordrehzahl Nmot und Motortemperatur Tmot. Anstelle oder ergänzend zur Motor temperatur wird in anderen Ausführung andere Temperaturgröße ermittelt wie z. B. Ansauglufttemperatur, Umgebungslufttempe ratur, Saugrohrtemperatur, etc. Darüber hinaus werden der Steuereinheit 8 Signale zugeführt, die zur Steuerung des Laders sowie des Verbrennungsmotors selbst notwendig sind, wie z. B. Fahrpedalstellung, Drosselklappenstellung, Abgaszu sammensetzung, etc.

Es hat sich gezeigt, dass es unter bestimmten Betriebsbedin gungen zu einem Festfrieren eines solchen mechanische Laders kommen kann. In diesem Fall ist es möglich, dass der Ver brennungsmotor nicht mehr gestartet werden kann, da der festgefrorene Lader verhindert, dass genügend Ansaugluft dem Verbrennungsmotor zugeführt wird. Daher ist vorgesehen, während des Starts noch vor dem eigentlichen Drehzahl hochlauf des Verbrennungsmotors den festgefrorenen Lader loszureissen, um somit die Startfähigkeit des Verbrennungs motors auch unter diesen Betriebsbedingungen zu gewährlei sten. Wie nachfolgend im Detail beschrieben, wird das Steuersignal für die Laderkupplung nach dem Betätigen des Anlas sers durch den Fahrer zum Schließen der Laderkupplung ausge geben, so dass der Lader während des Starts vor dem Dreh zahlhochlauf des Verbrennungsmotors kurzzeitig zugeschaltet wird. Dieses kurze Zuschalten des Laders gewährleistet, dass ein festgefrorener Lader losgerissen und der Motor auch unter ungünstigen Bedingungen gestartet werden kann. Somit erfolgt die Zuschaltung des Laders durch entsprechende Steuerung seiner Kupplung vor dem Beginn der Kraftstoffein spritzung in den Verbrennungsmotor, so dass ein gegebenen falls festgefrorener Lader losgerissen wird.

Fig. 2 zeigt ein Ablauf-Diagramm einer bevorzugten Ausfüh rung der Zuschaltung des Laders im Start. Das Ablauf- Diagramm skizziert dabei das Programm eines in der Steuer einheit 8 enthaltenen Mikrocomputers, wobei die einzelnen Blöcke Programme, Programmschritte oder Programmteile reprä sentieren, während die Verbindungslinien den Informations fluß darstellen.

Als Betriebsgrößen werden im bevorzugten Ausführungsbeispiel die Motortemperatur Tmot (vorzugsweise Kühlmitteltemperatur) und die Motordrehzahl Nmot eingelesen. In einem Vergleicher 100 wird die Motordrehzahl Nmot mit einem vorbestimmten, in einer Speicherzelle 102 abgelegten Drehzahlschwellenwert Nmot1 verglichen. Dieser Wert Nmot1 ist dabei derart ge wählt, dass ihr Überschreiten den Beginn eines Startvorgangs darstellt. In einem Ausführungsbeispiel liegt sie im Bereich von einigen 10 bis ca. 150 Umdr./min. Allgemein liegt er unterhalb der Abwurfdrehzahl des Anlassers. Überschreitet die Motordrehzahl Nmot diese Drehzahlschwelle, so wird ein entsprechendes Signal auf der Ausgangsleitung des Verglei chers 100 ausgegeben. Der Drehzahlschwellenwert wird in der Applikationsphase festgelegt. Unterschreitet die Motordrehzahl Nmot den Drehzahlschwellenwert Nmot1 wieder, so wird das Ausgangssignal des Vergleichers 100 zurückgesetzt.

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ferner eine Tempera turschwelle vorgesehen, die in anderen Ausführungsbeispielen fehlen kann. In einem Vergleicher 104 wird die eingelesene Motortemperatur Tmot mit einem Motortemperaturschwellenwert Tmot1 verglichen, der in der Speicherzelle 106 abgelegt ist. Unterschreitet die Motortemperatur diesen Schwellenwert, so wird davon ausgegangen, dass eine Betriebssituation vor liegt, in der ein Festfrieren des Laders vorkommen kann. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Temperatur schwelle Tmot1 auf 0°C festgelegt.

Unterschreitet die Motortemperatur die Drehzahlschwelle, wird ein entsprechendes Signal auf der Ausgangsleitung des Vergleichers 104 ausgegeben. Die Ausgangssignale der Ver gleicher 104 und 100 werden auf eine UND-Verknüpfung 108 geführt, welche ein Signal dann ausgibt, wenn der Drehzahl schwellenwert über- und der Temperaturschwellenwert unter schritten ist. In diesem Fall triggert das Ausgangssignal der UND-Verknüpfung 108 einen Zeitgeber 110, welcher für eine vorbestimmte Zeit T, die im Bereich von einigen bis 100 Millisekunden liegen kann, ein Ausgangssignal erzeugt, wel ches über eine weitere UND-Verknüpfung 112 das Steuersignal ladkup für die Laderkupplung darstellt. Der UND-Verknüpfung 112 wird ferner das Ausgangssignal des Vergleichers 100 zugeführt, so dass das Steuersignal ladkup für die Kupplung nur dann ausgegeben wird, solange die Motordrehzahl den Drehzahlschwellenwert Nmot1 überschreitet. Unterschreitet die Motordrehzahl die Drehzahlschwelle Nmot1 wieder (Star tabbruch), so wird das Steuersignal für die Laderkupplung zurückgesetzt und die Kupplung sofort wieder geöffnet.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass ein die Laderkupp lung schließendes Ansteuersignal für eine vorbestimmte Zeit dauer T ausgegeben wird, wenn die Motordrehzahl einen Dreh zahlschwellenwert Nmot1 überschreitet und die Motortempera tur Tmot eine Temperaturschwelle Tmot1 unterschreitet, so lange die Motordrehzahl oberhalb einer Motordrehzahlschwelle liegt, die mit der Schwelle Nmot1 identisch sein kann oder kleiner als diese ist.

In einem anderen Ausführungsbeispiel wird auf die Tempera turbedingung verzichtet oder auf der Basis einer anderen Temperaturgröße wie z. B. Ansaugluft-, Umgebungsluft-, Saug rohrtemperatur ermittelt.

Anstelle oder ergänzend zum Motordrehzahlvergleich und zum Zeitablauf der Ansteuerperiode T als Öffnungsbedingung für die Laderkupplung wird in anderen Ausführungen die Kupplung bei vorliegende anderer Bedingungen geöffnet, z. B. wenn die Laderdrehzahl eine vorgegebenen Schwellenwert überschreitet oder wenn eine erste Einspritzung bzw. Verbrennung erkannt wurde oder wenn der Saugrohrdruck einen Schwellenwert er reicht hat.

Die oben beschriebene bevorzugte Vorgehensweise ist in Fig. 3 anhand von Zeit-Diagrammen verdeutlicht. Dabei zeigt Fig. 3a den zeitlichen Verlauf der Motordrehzahl Nmot des Ver brennungsmotors, während Fig. 3b den zeitlichen Verlauf des Steuersignals ladkup für die Laderkupplung darstellt. Zum Zeitpunkt t0 dreht der Fahrer den Zündschlüssel in Anlaß stellung, so dass durch den Anlasser (der auch ein Starter- Generator oder der Generator sein kann) die Drehzahl des Verbrennungsmotors ansteigt (vergleiche Fig. 3a). Das Steu ersignal für die Ladekupplung entspricht in dieser Phase dem Signalwert, welcher der geöffneten Kupplung zugeordnet ist. Zum Zeitpunkt t1 überschreitet die Motordrehzahl den Drehzahlschwellenwert Nmot1. Dies führt zu einem Schließen der Kupplung, da das Steuersignal ladkup für die Laderkupplung vom ersten auf den zweiten Wert, der der geschlossenen Kupp lung zugeordnet ist, verändert wird. Für eine vorbestimmte Zeitdauer T, d. h. bis zum Zeitpunkt t2, bleibt das Kupp lungssteuersignal auf diesem Wert, die Kupplung somit ge schlossen. Danach wird es auf den Wert, der der geöffneten Kupplung zugeordnet ist, zurückgesetzt, die Kupplung also wieder geöffnet. Zum Zeitpunkt t3 setzen Einspritzungen im Verbrennungsmotor ein, so dass der normale Startdrehzahlver lauf folgt. Während dieser Phase bleibt die Ladekupplung geöffnet.

Es ist also festzustellen, dass im Startvorgang ein Schlie ßen der Ladekupplung und somit ein Zuschalten des Laders erfolgt, wobei das Zuschalten des Laders vor Auftreten der ersten Einspritzungen in den Verbrennungsmotor stattfindet.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung eines mechanischen Laders einer Brennkraftmaschine, bei welchem der mechanische Lader mittels Ansteuerung eines Stellelements an die Brenn kraftmaschine an- und/oder abgekoppelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein den mechanischen Lader ankop pelndes Steuersignal erzeugt wird, welches zu einem An koppeln des Laders an den Verbrennungsmotor während der Startphase vor Auftreten der ersten Einspritzungen in den Verbrennungsmotor führt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehzahlschwelle (Nmot1) vorgesehen ist, bei deren Überschreiten durch die Motordrehzahl (Nmot) ein Zu schalten des Laders erfolgt.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass ein Zuschalten des Laders während des Startvorgangs nur dann erfolgt, wenn die Motortemperatur einen vorgegebenen Temperaturschwellen wert unterschreitet.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass das den Lader ankoppelnde Steuersignal für eine vorbestimmte Zeitdauer erzeugt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass bei Unterschreiten einer Motordrehzahlschwelle bei angekoppeltem Lader ein sofor tiges Abkoppeln des Laders erfolgt.

6. Vorrichtung zur Steuerung eines mechanischen Laders einer Brennkraftmaschine, mit einer Steuereinheit, wel che ein Steuersignal erzeugt, welches den mechanischen Lader an eine Brennkraftmaschine an- oder abkoppelt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit ein den Lader an die Brennkraftmaschine ankoppelndes Signal während der Startphase vor Auftreten der ersten Ein spritzungen in den Verbrennungsmotor erzeugt.