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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung
der Drosselklappe einer Brennkraftmaschine gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
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Moderne
Motorsteuerungen steuern die Stellung der im Ansaugsystem einer
Brennkraftmaschine zur Leistungsbeeinflussung angeordneten Drosselklappe
auf elektrischem Wege. Dazu ist ein elektrisch betätigbarer
Drosselklappensteller vorgesehen, wie er beispielsweise in der
DE 36 31 283 A1 (
US-Patent 4,947,815 ) beschrieben
ist. Der dort dargestellte Drosselklappensteller weist Federn auf,
die die Drosselklappe im stromlosen Zustand in einer vorgegebenen,
von der vollständig
geschlossenen Stellung verschiedenen Stellung halten. Der Stellmotor
muß bei Schließen der
Drosselklappe über
diese Notluftstellung hinaus ein negatives Moment aufbringen, während er
beim Öffnen
zu größeren Öffnungswerten
der Drosselklappe hin ein positives Drehmoment zur Überwindung
der Federkräfte
aufwenden muß.
Bei derartigen Drosselklappenstellern kann es in besonderen Betriebszuständen, insbesondere
bei hohem Wasseranteil im Motoröl,
zur Eisbildung im Drosselklappenstutzen kommen. Dies erfolgt erfahrungsgemäß insbesondere
bei kurzer Fahrt mit niedrigen Ansauglufttemperaturen. Das aus dem
Motoröl über die Kurbelgehäuseentlüftung austretende
Wasser lagert sich im Bereich der Drosselklappe als Eis ab. Nach Abstellen
des Motors in kalter Umgebung erwärmt dieser zunächst den
Drosselklappensteller, so dass das Eis schmilzt und sich im unteren
Bereich der Drosselklappe sammelt. Dort bildet es erneut eine Eisschicht.
Beim nächsten
Start der Brennkraftmaschine ist die Drosselklappe in ihrer Ruhestellung, beim
oben genannten Drosselklappensteller 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 Stellmotor nur langsam und mit einer geringen Stellgröße angesteuert.
Das daraus resultierende, an der Drosselklappe angreifende Drehmoment
reicht nicht in allen Fällen
aus, das Eis wegzuschieben und die Drosselklappe zu bewegen. Dies
führt zu
einer eingeschränkten
Verfügbarkeit
des Gesamtsystems.
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Aus
der
DE 39 08 596 A1 ist
es bekannt, unmittelbar nach jedem Startvorgang einer Antriebsmaschine
eine regelmäßige automatische
Prüfung
der Federn eines Stellelementes durchzuführen. Bei der Prüfung betätigt eine
Steuereinrichtung über
einen Stellmotor das Stellelement etwas in eine zweckmäßig Verstellrichtung.
Anschließend
kann die Steuereinrichtung feststellen, ob die Federn das Stellelement
wieder in die ursprüngliche
Stellposition zurückstellen.
Die Möglichkeit
zur Prüfung
der Federn ist besonders vorteilhaft, da sonst eine defekte Feder erst
nach einem Ausfall der elektromechanischen Übertragungsmittel entdeckt
würde.
Dies könnte dann
eventuell zu einem Ausfall der gesamten Einrichtung führen.
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Aus
der
JP 59-188050 A ist
es bekannt, abhängig
von der Luftansaugtemperatur, der Außentemperatur und dem Öffnungsgrad
der Drosselklappe zu prüfen,
ob ein Zustand vorliegt, in dem eine Vereisung der Drosselklappe
leicht erfolgen kann.
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Ist
dies der Fall, dann wird die Drosselklappe mit einer vorgegebenen
Periode und Amplitude oszilliert.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, die Verfügbarkeit des Steuersystems
zu erhöhen
und die oben beschriebene Betriebssituation zu vermeiden.
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Aus
der
DE 37 43 309 A1 (
US-Patent 5,078,110 ) ist
in diesem Zusammenhang bekannt, die Vereisung einer Drosselklappe
anhand einer Vergrößerung der
Differenz zwischen Soll- und Istwerten einer Steuergröße für die Drosselklappe
zu erkennen. Wird eine derartige Vereisung erkannt, steuert die
die Drosselklappe steuernde Steuereinheit dem Stellmotor derart
an, dass die Drosselklappe zu einer rüttelnden Bewegung veranlasst
wird. Auf diese Weise wird die Drosselklappe losgerissen und die
Vereisung beseitigt. Diese bekannte Vorgehensweise erfordert jedoch,
dass zunächst
die Vereisung er kannt und dann entsprechende Maßnahmen eingeleitet werden.
Die dazu erforderliche Zeit steht im Startfall der Brennkraftmaschine
im allgemeinen nicht zur Verfügung.
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In
der
DE 41 35 913 A1 (
US-Patent 5,285,757 ) wird
vorgeschlagen, vor dem Start grundsätzlich die Drosselklappe derart
anzusteuern, daß sie
wenigstens einmal ihren gesamten Bewegungsbereich 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 werden. 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 diese Phase vorgesehene Test
der Rückstellfedern
des Drosselklappenstellers nicht durchgeführt werden.
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Vorteile der Erfindung
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Die
Verfügbarkeit
des Drosselklappensteuersystems wird auch bei Vereisung der Drosselklappe gewährleistet.
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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 Betriebssituationen die Vorstartphase zur Durchführung anderer Funktionen,
wie beispielsweise einer Testfunktion für die Rückstellfedern des Drosselklappenstellers
zur Verfügung
steht.
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Besonders
vorteilhaft ist, daß durch
die Vorgabe einer betragsmäßig 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 seiner Notluftposition befindenden
Drosselklappensteller zunächst
eine Bewegung in Richtung Schließen vorgenommen wird, um dann
mit einer betragsmäßig großen hohen
Stellgröße die Drosselklappe
in Richtung Öffnen
zu bewegen, um die Vereisung zu lösen.
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Vorteilhaft
ist, den Stellgrößenimpuls
im Start nur dann auszugeben, wenn im vereisungskritischen Temperaturbereich
eine tatsächliche
Vereisung erkannt wurde.
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Zeichnung
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsformen näher erläutert. Dabei
zeigt 1 ein Übersichtsblockschaltbild
eines Steuersystems für
die Drosselklappe einer Brennkraftmaschine, während in 2 ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
zur vorbeugenden Steuerung der Drosselklappe zum Lösen einer Vereisung
als Flussdiagramm dargestellt ist. In 3 sind
Zeitdiagramme gezeigt, welche das Verhalten des Steuersystems im
bevorzugten Ausführungsbeispiel
verdeutlichen.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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1 zeigt
eine Brennkraftmaschine 10, mit einem Luftansaugsystem 12,
in dem die Drosselklappe 14 angebracht ist.
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Diese
ist zwischen einer maximalen Stellung 16 (voll geöffnet) und
einer minimalen Stellung 18 (voll geschlossen) bewegbar.
Die Drosselklappe 14 ist über eine mechanische Übertragung 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 zugeführt.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel steuert
die Steuereinheit 26 nicht nur die Stellung der Drosselklappe,
sondern auch über
entsprechende nicht dargestellte Verbindungsleitungen Kraftstoffzumessung
und Zündzeitpunkt.
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Die
Steuereinheit 26 regelt im Normalbetrieb die Stellung der
Drosselklappe im Rahmen eines Lageregelkreises wenigstens auf der
Basis eines von der Stellung eines vom Fahrer betätigbaren
Bedienelements, beispielsweise eines Fahrpedals, abgeleitetem Fahrerwunsch.
Dieser wird in eine Sollstellung für die Drosselklappe umgesetzt,
die durch einen Lageregler unter Berücksichtigung der gemessenen Stellung
der Drosselklappe durch entsprechende Ansteuerung des Stellmotors
des Drosselklappenstellers eingeregelt wird. Neben der Fahrpedalstellung werden
bei der Regelung der Drosselklappe ggf. die über die Eingangsleitungen 28 bis 30 von
den Meßeinrichtungen 32 bis 34 zugeführten Betriebsgrößen wie
Motortemperatur, Fahrzeuggeschwindigkeit, Motordrehzahl, Getriebestellung,
etc. berücksichtigt.
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Bei
einem derartigen Steuersystem für
die Drosselklappe einer Brennkraftmaschine kann die oben dargestellte
Problemstellung 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
ausgegeben, mit dessen Hilfe eine möglicherweise vereiste Drosselklappe
losgebrochen werden kann. Die Amplitude des Stellgrößenimpuls
ist dabei möglichst
groß,
so daß ein
möglichst
großes Drehmoment
vom Stellglied auf die Drosselklappe ausgeübt wird. Neben der Ansauglufttemperatur
oder alternativ zu ihr wird die Motortemperatur zur Abgrenzung des
vereisungkritischen Temperaturbereichs herangezogen.
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In
einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist
vorgesehen, den drehmomentenerhöhenden Stellgrößenimpuls
nur dann auszugeben, wenn eine Vereisung erkannt wurde. Dies erfolgt
in der Startphase dadurch, daß die
Drosselklappe ihre Startposition innerhalb einer vorgegebenen Zeit
nicht erreichen kann. Ist dies im vereisungskritischen Temperaturbereich
der Fall, wird der momentenerhöhende Stellgrößenimpuls
ausgegeben und die Drosselklappe losgerissen.
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Die
Momentenerhöhung
an der Drosselklappe ist hauptsächlich
durch die beschleunigte Masse von Gleichstrommotor und Getriebe
des Stellgliedes begründet.
Eine gegenüber
einem hohen Stellgrößenimpuls
weitere Momentenerhöhung
ist dadurch zu erzielen, daß ein
kurzer Stellgrößenimpuls
in Richtung Schließen
ausgegeben wird, so daß die
Drosselklappe bei Verwendung eines Stellers mit mechanischer Notluftposition
zunächst
in Richtung Schließen
bewegt wird, somit negativ vorgespannt wird. Wird dann der hohe
Stellgrößenimpuls
in Richtung Öffnen
ausgegeben, steht das gesamte mechanische Spiel im Drosselklappensteller
als Beschleunigungsweg zur Verfügung.
Dadurch wird das auf die Drosselklappe ausgeübte Drehmoment weiter erhöht.
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Bei
bekannten Drosselklappenstellsystemen wird beim Systemstart 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
Rücklaufzeiten
werden auf einen vorgegebenen Toleranzbereich überprüft und somit festgestellt,
ob die Rückstellfedern
und Koppelfedern ordnungsgemäß arbeiten.
Bei niedrigen Temperaturen wird dieser Test wegen der stark ansteigenden
Rücklaufzeiten
und der Verzögerung
des Motorstart nicht durchgeführt.
Daher steht in vereisungskritischen Temperaturbereichen für die Ausgabe
eines Stellgrößenimpuls
zum Losreißen
einer möglicherweise
vereisten Drosselklappe ausreichend Zeit zur Verfügung. Außerhalb der
vereisungskritischen Temperaturbereichen wird der Federtest durchgeführt.
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Im
bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist die beschriebene Lösung
als Rechnerprogramm realisiert, das in 2 skizziert
ist. Das Programm wird mit Einschalten der Zündung durch den Fahrer eingeleitet.
Im ersten Schritt 100 des Programms wird die Ansauglufttemperatur
TANS und/oder die Motortemperatur Tmot erfasst. Daraufhin wird im
Abfrageschritt 102 überprüft, ob ein
vereisungskritischer Temperaturbereich vorliegt. Dies ist dann der
Fall, wenn die Ansauglufttemperatur bzw. die Motortemperatur unter
einem bestimmten Grenzwert, 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 Rücklaufgeschwindigkeit
der Drosselklappe mit Blick auf die Funktionsfähigkeit der Rückstell-
und Koppelfedern im Steller überprüft wird.
Daraufhin wird eine Stellgröße ausgegeben
(Schritt 106), welche die Drosselklappe in eine vorbestimmte
Startstellung für
den Start der Brennkraftmaschine führt. Danach wird der Programmteil
beendet und beim nächsten
Einschalten der Zündung
wieder aufgerufen. Hat Schritt 102 ergeben, daß ein vereisungskritischer
Temperaturgbereich vorliegt, so wird im bevorzugten Ausführungsbeispiel
gemäß Schritt 108 ein Stellgrößenimpuls
in Richtung Öffnen
ausgegeben, welcher zu einer Verstellung der Drosselklappe mit hohem,
vorzugsweise maximalem Drehmoment führt. Als Stellgrößenimpuls
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 mechanische
Anschlag durch die Drosselklappe erreicht wird, was zu Beschädigungen
der Drosselklappe oder des Stellers führen könnte. Nach Schritt 108 und
der Ausgabe des Stellgrößenimpulses
wird eine Stellgröße ausgegeben,
die gemäß Schritt 106 die
Drosselklappe in die vorbestimmte Startstellung führt.
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In
einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist
vor Schritt 108 Schritt 110 eingefügt, in dem
ein Stellgrößenimpuls
in Richtung Schließen
ausgegeben wird. Auch dieser Stellgrößenimpuls besteht aus einem
vorbestimmten Stellgrößenwert,
der für
eine bestimmte Zeit ausgegeben wird und der die Drosselklappe in
eine Stellung führt,
die zwischen dem Notluftpunkt und dem minimalen mechanischen Anschlag
der Drosselklappe liegt. Ausgehend von dieser Stellung wird im Schritt 108 die
Drosselklappe durch den hohen Stellgrößenimpuls betätigt.
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Dieses
Ausführungsbeispiel
ist in 3 skizziert. 3a zeigt
dabei den Verlauf des Zündung-"Ein"-Signals über der
Zeit, 3b den Verlauf der Stellgröße über die
Zeit und 3c den Verlauf der Drosselklappenposition
DK über
der Zeit. Zum Zeitpunkt T0 schaltet der Fahrer des Kraftfahrzeugs die
Zündung
ein. Bis zu diesem Zeitpunkt befindet sich die Drosselklappe in
ihrer nicht bestromten Notluftstellung NLP (s. 3a).
Nach dem Zeitpunkt T0 wird zu einem Zeitpunkt T1 bis T2 ein Stellgrößenimpuls
in Richtung Schließen
ausgegeben (s. 3b). Dies führt dazu, daß zwischen
den Zeitpunkten T1 und T2 die Drosselklappe bis kurz vor ihren minimalen
mechanischen Anschlag MIN in Richtung Schließen geführt wird (s. 3c).
Nach Beendigung der Ausgabe des negativen Stellgrößenimpuls
zum Zeitpunkt T2 wird ein hoher positiver Stellgrößenimpuls für eine bestimmte
Zeit ausgegeben (s. 3b). Dieser Stellgrößenimpuls
weist vorzugsweise einen maximalen Stellgrößenwert MAX auf. Zum Zeitpunkt
T3 ist der Stellgrößenimpuls
beendet (s. 3b). Der große Stellgrößenimpuls führt zu einer sehr schnellen
Betätigung
der Drosselklappe in Richtung Öffnen, wobei
auf die Drosselklappe ein sehr großes, vorzugsweise maximales
Drehmoment wirkt. Die Drosselklappe erreicht ihre Maximalstellung
MAX nicht (s. 3c). Zum Zeitpunkt T3 wird die
Stellgröße auf einen
vorgegebenen Startwert zurückgeführt (s. 3b),
der gemäß 3c ein
Rückführen der Drosselklappenstellung
auf die Startposition zur Folge hat.