DE19740347A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Drosselklappe einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Drosselklappe einer Brennkraftmaschine ge­ mäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.

Moderne Motorsteuerungen steuern die Stellung der im Ansaug­ system einer Brennkraftmaschine zur Leistungsbeeinflussung angeordneten Drosselklappe auf elektrischem Wege. Dazu ist ein elektrisch betätigbarer Drosselklappensteller vorgese­ hen, wie er beispielsweise in der DE-OS 36 31 283 (US-Patent 4,947,815) beschrieben ist. Der dort dargestellte Drossel­ klappensteller weist Federn auf, die die Drosselklappe im stromlosen Zustand in einer vorgegebenen, von der vollstän­ dig geschlossenen Stellung verschiedenen Stellung halten. Der Stellmotor muß bei Schließen der Drosselklappe über die­ se Notluftstellung hinaus ein negatives Moment aufbringen, während er beim Öffnen zu größeren Öffnungswerten der Dros­ selklappe hin ein positives Drehmoment zur Überwindung der Federkräfte aufwenden muß. Bei derartigen Drosselklappen­ stellern kann es in besonderen Betriebszuständen, insbeson­ dere bei hohem Wasseranteil im Motoröl, zur Eisbildung im Drosselklappenstutzen kommen. Dies erfolgt erfahrungsgemäß insbesondere bei kurzer Fahrt mit niedrigen Ansauglufttempe­ raturen. Das aus dem Motoröl über die Kurbelgehäuseentlüf­ tung austretende Wasser lagert sich im Bereich der Drossel­ klappe als Eis ab. Nach Anstellen des Motors in kalter Umge­ bung erwärmt dieser zunächst den Drosselklappensteller, so daß das Eis schmilzt und sich im unteren Bereich der Dros­ selklappe sammelt. Dort bildet es erneut eine Eisschicht. Beim nächsten Start der Brennkraftmaschine ist die Drossel­ klappe in ihrer Ruhestellung, beim obengenannten Drossel­ klappensteller in ihrer Notluftstellung, festgefroren. Bei derartigen Stellern unterscheidet sich die Position der Drosselklappe beim Motorstart in der Regel nur geringfügig von ihrer mechanisch eingestellten Notluftstellung. Daher wird beim nächsten Start der Brennkraftmaschine der Stellmo­ tor nur langsam und mit einer geringen Stellgröße angesteu­ ert. Das daraus resultierende, an der Drosselklappe angrei­ fende Drehmoment reicht nicht in allen Fällen aus, das Eis wegzuschieben und die Drosselklappe zu bewegen. Dies führt zu einer eingeschränkten Verfügbarkeit des Gesamtsystems.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Verfügbarkeit des Steuer­ systems zu erhöhen und die oben beschriebene Betriebssitua­ tion zu vermeiden.

Aus der DE-A 37 43 309 (US-Patent 5,078,110) ist in diesem Zusammenhang bekannt, die Vereisung einer Drosselklappe an­ hand einer Vergrößerung der Differenz zwischen Soll- und Istwerten einer Steuergröße für die Drosselklappe zu erken­ nen. Wird eine derartige Vereisung erkannt, steuert die die Drosselklappe steuernde Steuereinheit dem Stellmotor derart an, daß die Drosselklappe zu einer rüttelnden Bewegung ver­ anlaßt wird. Auf diese Weise wird die Drosselklappe losge­ rissen und die Vereisung beseitigt. Diese bekannte Vorge­ hensweise erfordert jedoch, daß zunächst die Vereisung er­ kannt und dann entsprechende Maßnahmen eingeleitet werden. Die dazu erforderliche Zeit steht im Startfall der Brenn­ kraftmaschine im allgemeinen nicht zur Verfügung.

In der DE-A 41 35 913 (US-Patent 5,285,757) wird vorgeschla­ gen, vor dem Start grundsätzlich die Drosselklappe derart anzusteuern, daß sie wenigstens einmal ihren gesamten Bewe­ gungsbereich durchfährt und auf diese Weise u. a. Schmutz, der zu einem Verklemmen der Drosselklappe führen kann, zu beseitigen. Durch diese Vorgehensweise kann sicherlich unter Umständen auch eine vereiste Drosselklappe losgerissen wer­ den. Die Durchführung der beschriebenen Bewegung vor dem Start belastet jedoch die Vorstartphase und verhindert, daß andere wichtige Funktionen während dieser Phase durchgeführt werden können. Insbesondere kann in diesem Fall der für die­ se Phase vorgesehene Test der Rückstellfedern des Drossel­ klappenstellers nicht durchgeführt werden.

Vorteile der Erfindung

Die Verfügbarkeit des Drosselklappensteuersystems wird auch bei Vereisung der Drosselklappe gewährleistet.

Besonders vorteilhaft ist, daß die Phase vor dem Start der Brennkraftmaschine nur dann zum Lösen der Vereisung genutzt wird, wenn eine Vereisung der Drosselklappe wahrscheinlich ist. Dadurch wird gewährleistet, daß in den allermeisten Be­ triebssituationen die Vorstartphase zur Durchführung anderer Funktionen, wie beispielsweise einer Testfunktion für die Rückstellfedern des Drosselklappenstellers zur Verfügung steht.

Besonders vorteilhaft ist, daß durch die Vorgabe einer be­ tragsmäßig großen Stellgröße bei wahrscheinlicher Vereisung direkt nach Einschalten der Motorsteuereinheit ein sehr gro­ ßes Drehmoment an der Drosselklappe gewährleistet wird. Dies wird in besonders vorteilhafter Weise dadurch noch erhöht, daß bei dem sich beim Einschalten der Motorsteuerung in sei­ ner Notluftposition befindenden Drosselklappensteller zu­ nächst eine Bewegung in Richtung Schließen vorgenommen wird, um dann mit einer betragsmäßig großen hohen Stellgröße die Drosselklappe in Richtung Öffnen zu bewegen, um die Verei­ sung zu lösen.

Vorteilhaft ist, den Stellgrößenimpuls im Start nur dann auszugeben, wenn im vereisungskritischen Temperaturbereich eine tatsächliche Vereisung erkannt wurde.

Besonders vorteilhaft ist, daß zur Realisierung des Stell­ größenimpuls die bereits vorhandene Stellbewegung zur Feder­ prüfung auch im vereisungskritischen Temperaturbereich durchgeführt wird, ohne daß eine Auswertung der Federprüfung stattfindet. Dadurch wird zusätzlicher Aufwand vermieden.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 ein Übersichtsblockschaltbild eines Steuersystems für die Drosselklappe einer Brennkraftmaschine, während in Fig. 2 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel zur vorbeugenden Steuerung der Drosselklappe zum Lösen einer Vereisung als Flußdiagramm dargestellt ist. In Fig. 3 sind Zeitdiagramme gezeigt, welche das Verhalten des Steuersystems im bevorzug­ ten Ausführungsbeispiel verdeutlichen.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Fig. 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 10, mit einem Luftan­ saugsystem 12, in dem die Drosselklappe 14 angebracht ist.

Diese ist zwischen einer maximalen Stellung 16 (voll geöff­ net) und einer minimalen Stellung 18 (voll geschlossen) be­ wegbar. Die Drosselklappe 14 ist über eine mechanische Über­ tragung 20 mit einem elektrisch betätigbaren Stellglied 22 verbunden, welches über eine Ansteuerleitung 24 von einer Steuereinheit 26 mit Ansteuersignalen versorgt wird. Der Steuereinheit 26 werden über die Eingangsleitungen 28 bis 30 von entsprechenden Meßeinrichtungen 32 bis 34 Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine und des Fahrzeugs zugeführt. Ferner wird über die Eingangsleitung 36 vom Zündschalter 38 ein die Stellung des Zündschalters repräsentierendes Signal zuge­ führt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel steuert die Steuereinheit 26 nicht nur die Stellung der Drosselklappe, sondern auch über entsprechende nicht dargestellte Verbin­ dungsleitungen Kraftstoffzumessung und Zündzeitpunkt.

Die Steuereinheit 26 regelt im Normalbetrieb die Stellung der Drosselklappe im Rahmen eines Lageregelkreises wenig­ stens auf der Basis eines von der Stellung eines vom Fahrer betätigbaren Bedienelements, beispielsweise eines Fahrpe­ dals, abgeleitetem Fahrerwunsch. Dieser wird in eine Soll­ stellung für die Drosselklappe umgesetzt, die durch einen Lageregler unter Berücksichtigung der gemessenen Stellung der Drosselklappe durch entsprechende Ansteuerung des Stell­ motors des Drosselklappenstellers eingeregelt wird. Neben der Fahrpedalstellung werden bei der Regelung der Drossel­ klappe ggf. die über die Eingangsleitungen 28 bis 30 von den Meßeinrichtungen 32 bis 34 zugeführten Betriebsgrößen wie Motortemperatur, Fahrzeuggeschwindigkeit, Motordrehzahl, Ge­ triebestellung, etc. berücksichtigt.

Bei einem derartigen Steuersystem für die Drosselklappe ei­ ner Brennkraftmaschine kann die oben dargestellte Problem­ stellung auftreten. Um eine derartige Betriebssituation zu verhindern, wird in Bereichen der Ansauglufttemperatur, in welchen eine Vereisung der Drosselklappe wahrscheinlich ist (beispielsweise bei Temperaturen unter 0 Grad), direkt nach Einschalten der Motorsteuerung ein Stellgrößenimpuls ausge­ geben, mit dessen Hilfe eine möglicherweise vereiste Dros­ selklappe losgebrochen werden kann. Die Amplitude des Stell­ größenimpuls ist dabei möglichst groß, so daß ein möglichst großes Drehmoment vom Stellglied auf die Drosselklappe aus­ geübt wird. Neben der Ansauglufttemperatur oder alternativ zu ihr wird die Motortemperatur zur Abgrenzung des verei­ sungkritischen Temperaturbereichs herangezogen.

In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, den drehmomentenerhöhenden Stellgrößenimpuls nur dann aus zu­ geben, wenn eine Vereisung erkannt wurde. Dies erfolgt in der Startphase dadurch, daß die Drosselklappe ihre Startpo­ sition innerhalb einer vorgegebenen Zeit nicht erreichen kann. Ist dies im vereisungskritischen Temperaturbereich der Fall, wird der momentenerhöhende Stellgrößenimpuls ausgege­ ben und die Drosselklappe losgerissen.

Die Momentenerhöhung an der Drosselklappe ist hauptsächlich durch die beschleunigte Masse von Gleichstrommotor und Ge­ triebe des Stellgliedes begründet. Eine gegenüber einem ho­ hen Stellgrößenimpuls weitere Momentenerhöhung ist dadurch zu erzielen, daß ein kurzer Stellgrößenimpuls in Richtung Schließen ausgegeben wird, so daß die Drosselklappe bei Ver­ wendung eines Stellers mit mechanischer Notluftposition zu­ nächst in Richtung Schließen bewegt wird, somit negativ vor­ gespannt wird. Wird dann der hohe Stellgrößenimpuls in Rich­ tung Öffnen ausgegeben, steht das gesamte mechanische Spiel im Drosselklappensteller als Beschleunigungsweg zur Verfü­ gung. Dadurch wird das auf die Drosselklappe ausgeübte Drehmoment weiter erhöht.

Bei bekannten Drosselklappenstellsystemen wird beim System­ start ein Test der vorhandenen Rückstell- und Koppelfedern durchgeführt, die die Drosselklappe in der oben erwähnten Notluftposition halten. Dieser Federtest beginnt mit einem Ansteuern des Stellmotors mit großer Stellgröße. Die Rück­ laufzeiten werden auf einen vorgegebenen Toleranzbereich überprüft und somit festgestellt, ob die Rückstellfedern und Koppelfedern ordnungsgemäß arbeiten. Bei niedrigen Tempera­ turen wird dieser Test wegen der stark ansteigenden Rück­ laufzeiten und der Verzögerung des Motorstart nicht durchge­ führt. Daher steht in vereisungskritischen Temperaturberei­ chen für die Ausgabe eines Stellgrößenimpuls zum Losreißen einer möglicherweise vereisten Drosselklappe ausreichend Zeit zur Verfügung. Außerhalb der vereisungskritischen Tem­ peraturbereichen wird der Federtest durchgeführt.

Zur Realisierung des Stellgrößenimpuls wird in einem vor­ teilhaften Ausführungsbeispiel die bereits realisierte Stellbewegung zur Federprüfung auch im vereisungskritischen Temperaturbereich durchgeführt, ohne daß eine Auswertung der Federprüfung stattfindet.

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die beschriebene Lö­ sung als Rechnerprogramm realisiert, das in Fig. 2 skiz­ ziert ist. Das Programm wird mit Einschalten der Zündung durch den Fahrer eingeleitet. Im ersten Schritt 100 des Pro­ gramms wird die Ansauglufttemperatur TANS und/oder die Mo­ tortemperatur Tmot erfaßt. Daraufhin wird im Abfrageschritt 102 überprüft, ob ein vereisungskritischer Temperaturbereich vorliegt. Dies ist dann der Fall, wenn die Ansauglufttempe­ ratur bzw. die Motortemperatur unter einem bestimmten Grenz­ wert, der im Bereich von 0°C liegen kann, sich befindet. Ist dies nicht der Fall, so wird gemäß Schritt 104 der Federtest durchgeführt, indem die Drosselklappe geöffnet und die Rück­ laufgeschwindigkeit der Drosselklappe mit Blick auf die Funktionsfähigkeit der Rückstell- und Koppelfedern im Stel­ ler überprüft wird. Daraufhin wird eine Stellgröße ausgege­ ben (Schritt 106), welche die Drosselklappe in eine vorbe­ stimmte Startstellung für den Start der Brennkraftmaschine führt. Danach wird der Programmteil beendet und beim näch­ sten Einschalten der Zündung wieder aufgerufen. Hat Schritt 102 ergeben, daß ein vereisungskritischer Temperaturbereich vorliegt, so wird im bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß Schritt 108 ein Stellgrößenimpuls in Richtung Öffnen ausge­ geben, welcher zu einer Verstellung der Drosselklappe mit hohem, vorzugsweise maximalem Drehmoment führt. Als Stell­ größenimpuls wird dabei ein vorbestimmter Stellgrößenwert für eine vorbestimmte Zeit ausgegeben. Vorzugsweise wird die maximale Stellgröße vorgegeben für eine Zeit, die kleiner ist als die maximale Verstellzeit der Drosselklappe bis zum mechanischen Anschlag. Dadurch wird vermieden, daß der me­ chanische Anschlag durch die Drosselklappe erreicht wird, was zu Beschädigungen der Drosselklappe oder des Stellers führen könnte. Nach Schritt 108 und der Ausgabe des Stell­ größenimpulses wird eine Stellgröße ausgegeben, die gemäß Schritt 106 die Drosselklappe in die vorbestimmte Startstel­ lung führt.

In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vor Schritt 108 Schritt 110 eingefügt, in dem ein Stellgrößenimpuls in Richtung Schließen ausgegeben wird. Auch dieser Stellgrö­ ßenimpuls besteht aus einem vorbestimmten Stellgrößenwert, der für eine bestimmte Zeit ausgegeben wird und der die Drosselklappe in eine Stellung führt, die zwischen dem Not­ luftpunkt und dem minimalen mechanischen Anschlag der Dros­ selklappe liegt. Ausgehend von dieser Stellung wird im Schritt 108 die Drosselklappe durch den hohen Stellgrößenim­ puls betätigt.

Dieses Ausführungsbeispiel ist in Fig. 3 skizziert. Fig. 3a zeigt dabei den Verlauf des Zündung-"Ein"-Signals über der Zeit, Fig. 3b den Verlauf der Stellgröße über die Zeit und Fig. 3c den Verlauf der Drosselklappenposition DK über der Zeit. Zum Zeitpunkt T0 schaltet der Fahrer des Kraft­ fahrzeugs die Zündung ein. Bis zu diesem Zeitpunkt befindet sich die Drosselklappe in ihrer nicht bestromten Notluft­ stellung NLP (s. Fig. 3a). Nach dem Zeitpunkt T0 wird zu einem Zeitpunkt T1 bis T2 ein Stellgrößenimpuls in Richtung Schließen ausgegeben (s. Fig. 3b). Dies führt dazu, daß zwischen den Zeitpunkten T1 und T2 die Drosselklappe bis kurz vor ihren minimalen mechanischen Anschlag MIN in Rich­ tung Schließen geführt wird (s. Fig. 3c). Nach Beendigung der Ausgabe des negativen Stellgrößenimpuls zum Zeitpunkt T2 wird ein hoher positiver Stellgrößenimpuls für eine bestimm­ te Zeit ausgegeben (s. Fig. 3b). Dieser Stellgrößenimpuls weist vorzugsweise einen maximalen Stellgrößenwert MAX auf. Zum Zeitpunkt T3 ist der Stellgrößenimpuls beendet (s. Fig. 3b). Der große Stellgrößenimpuls führt zu einer sehr schnel­ len Betätigung der Drosselklappe in Richtung Öffnen, wobei auf die Drosselklappe ein sehr großes, vorzugsweise maxima­ les Drehmoment wirkt. Die Drosselklappe erreicht ihre Maxi­ malstellung MAX nicht (s. Fig. 3c). Zum Zeitpunkt T3 wird die Stellgröße auf einen vorgegebenen Startwert zurückge­ führt (s. Fig. 3b), der gemäß Fig. 3c ein Rückführen der Drosselklappenstellung auf die Startposition zur Folge hat.

Claims (10)

1. Verfahren zur Steuerung der Drosselklappe einer Brenn­ kraftmaschine, wobei mit der Drosselklappe (14) ein elek­ trisch betätigbarer Drosselklappensteller (22) verbunden ist, der mit einer Stellgröße angesteuert wird und der vor dem Start der Brennkraftmaschine mit einer vorgegebenen Stellgröße zur Vermeidung und/oder zum Lösen einer Verklem­ mung der Drosselklappe angesteuert wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ausgabe der Stellgröße nur in einem Tempe­ raturbereich stattfindet, in dem eine Vereisung der Drossel­ klappe wahrscheinlich ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vereisung als wahrscheinlich angenommen wird, wenn die Ansauglufttemperatur (TANS) unter einem bestimmten Wert liegt.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Vereisung als wahrscheinlich angenommen wird, wenn die Temperatur der Brennkraftmaschine (TMOT) unter einem bestimmten Schwellenwert liegt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß vor der Ausgabe der Stellgröße ei­ ne Stellgröße ausgegeben wird, die die Drosselklappe in Richtung Schließen betätigt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß außerhalb des vereisungskritischen Temperaturbereichs die Drosselklappe vor dem Start in Rich­ tung Öffnen betätigt wird, um die Funktionsfähigkeit der Rückstell- und Koppelfedern im Drosselklappensteller zu te­ sten.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Ausgabe der Stellgröße als Stellgrößenimpuls ausgeführt ist, wobei eine vorgegebene, vorzugsweise maximale Stellgröße für eine vorbestimmte Zeit ausgegeben wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Stellgrößenausgabe direkt nach Einschalten der Stromversorgung für eine die Drosselklappe betätigende Steuereinheit durchgeführt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Stellgröße nur dann ausgegeben wird, wenn eine Vereisung festgestellt wurde.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Stellgröße ausgegeben wird, indem der Federtest im temperaturkritischen Bereich ohne Auswertung durchgeführt wird.

10. Vorrichtung zur Steuerung der Drosselklappe einer Brenn­ kraftmaschine, wobei mit der Drosselklappe (14) ein elek­ trisch betätigbarer Drosselklappensteller (22) verbunden ist, mit einer Steuereinheit (26), welche eine Stellgröße bildet, mit der der elektrisch betätigbare Drosselklappen­ steller angesteuert wird, die Mittel (108, 110) aufweist, die vor dem Start der Brennkraftmaschine eine vorgegebene Stellgröße zur Vermeidung und/oder zum Lösen einer Verklem­ mung der Drosselklappe ausgeben, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (26) ferner Mittel (102) umfaßt, welche einen vereisungskritischen Temperaturbereich erkennen und die Mittel zur Ausgabe der Stellgröße nur bei Vorliegen ei­ nes vereisungskritischen Temperaturbereichs aktivieren.