DE19742956C1 - Verfahren zum Steuern einer mit E-Gas ausgestatteten Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Im Gegensatz zu der konventionellen mechanischen Einstellung der Leistung einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug durch Verstellen der Drosselklappe bei einer Otto-Brennkraft­ maschine oder mittels des Verstellhebels der Einspritzpumpe bei einer Diesel- Brennkraftmaschine durch einen Seilzug oder ein Gestänge, erfolgt bei einer elektronischen Motorlei­ stungssteuerung, auch als E-Gas bezeichnet, die Verstellung der Leistung der Brennkraftmaschine über elektrische Signale.

Eine solche E-Gas-Anlage besteht im wesentlichen aus einem Fahrpedal mit einem oder mehreren integrierten Pedalwegsen­ soren, einem elektronischen Steuergerät mit Aufbereitungs-, Regel- und Logikschaltungen sowie einem Drosselklappensteller mit einem Elektromotor zur Betätigung der Drosselklappe und einem Stellungsrückmelder für die Drosselklappe. Der Aufbau und die Funktion einer derartigen E-Gasanlage sind beispiels­ weise in dem VDI-Bericht Nr. 418, (1981), Seiten 179-187 aus­ führlich beschrieben.

Da somit bei E-Gas-Systemen keine direkte Verbindung zwischen dem von der Stellung des Fahrpedals abgeleiteten Fahrerwunsch und der Auslenkung der Drosselklappe besteht, ist unter Um­ ständen die Vollasterkennung der Brennkraftmaschine er­ schwert. Weder der Fahrerwunsch alleine und damit die Stel­ lung des Fahrpedals, noch die Auslenkung der Drosselklappe für sich betrachtet, ist aussagekräftig genug, um sicher eine Vollast zu erkennen und anschließend eine Vollastanreicherung des Luft-Kraftstoffgemisches durchzuführen.

Beim Anfahren des mit einer Brennkraftmaschine und E-Gas- Anlage ausgestatteten Fahrzeuges kann es vorkommen, daß die Auslenkung der Drosselklappe einen, den Vollastbetrieb kenn­ zeichnenden Wert, z. B. einen Vollastwinkel überschreitet, oh­ ne daß der Fahrer dabei eine Vollastanreicherung bewirken wollte. Genauso ist es möglich, daß der Fahrer des Fahrzeugs durch Treten des Fahrpedals einen Vollastwunsch gibt, auf­ grund anderer Betriebs- oder Umgebungsparameter die Steue­ rungseinrichtung der Brennkraftmaschine die Drosselklappe aber noch nicht bis zur Vollaststellung geöffnet hat, bei­ spielsweise beim Anfahren auf glattem Untergrund unter Ein­ satz einer Antriebsschlupfregelung. In beiden Fällen wird nach Überschreiten des jeweiligen Vollastkriteriums, nämlich des Grenzwertes für die Fahrpedalstellung oder des Grenzwer­ tes für die Drosselklappenstellung eine unnötige Vollastan­ reicherung aktiviert, was zu einem Mehrverbrauch an Kraft­ stoff und zu einem erhöhtem Abgasausstoß führt.

Aus der DE 41 02 910 C2 ist ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem eine die Ansaugluft do­ sierende Drosselklappe durch Betätigen eines Fahrpedals ver­ stellt wird und im Teillastbereich der Brennkraftmaschine ein erstes Luft-Kraftstoffverhältnis auf der Basis der gemessenen Ansaugluftmenge und der Maschinendrehzahl bestimmt und im Vollastbereich der Brennkraftmaschine ein fetteres Gemisch mit einem zweiten Luft-Kraftstoffverhältnis und erhöhtem Kraftstoffanteil zugeführt wird. Die Drosselklappe erreicht dabei am Ende des Teillastbereiches bereits ihre volle Öff­ nungsstellung, bei dem in eine Zwischenstellung verstellten Fahrpedal und das Fahrpedal im Vollastbereich wird aus dieser Zwischenstellung bis in eine Endstellung weiterverstellt. Im Vollastbereich bleibt die Drosselklappe während der weiterge­ henden Verstellbewegung des Fahrpedals zwischen den Fahrpe­ dalstellungen voll geöffnet und das zweite Luft- Kraftstoffverhältnis im Vollastbereich wird auf der Basis der Verstellbewegung des Fahrpedals und der Maschinendrehzahl be­ stimmt.

Aus der DE 31 39 988 C2 ist ein elektronisch gesteuertes oder geregeltes Kraftstoffzumeßsystem für eine Brennkraftmaschine bekannt, das je einen Sensor für den Luftfluß im Ansaugrohr und die Drosselklappenposition aufweist. Abhängig von diesen Signalen dieser Sensoren ist wenigstens einer der Betriebszu­ stände Lambda-Regelung, Vollast und Kraftstoffmengenbegren­ zung beeinflußbar. Als Vollastsignal wird nicht lediglich das Luftflußsignal oder das Signal bezüglich einer geöffneten Drosselklappe ausgewertet, sondern der Vollastfall mit seiner entsprechenden Lambda-Beeinflussung wird nur dann angenommen, wenn bei geöffneter Drosselklappe gleichzeitig der Luftfluß im Ansaugrohr einen bestimmten Wert überschreitet. Das glei­ che gilt für die Vollastanreicherung, so daß sich insgesamt ein sauberes Abgas ergibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Vollasterkennung bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art anzugeben.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Wei­ terbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung.

Aus einem Fahrerwunschsignal und einem Drosselklappenstel­ lungssignal wird jeweils eine Bedingung zur Vollasterkennung abgeleitet und nur wenn beide Bedingungen für die Vollaster­ kennung erfüllt sind, wird eine Vollastanreicherung des der Brennkraftmaschine zuzuführenden Luft-Kraftstoffgemisches ausgelöst. Dadurch läßt sich sowohl der Kraftstoffverbrauch, als auch der Abgasausstoß senken, da nur in den Fällen eine Anreicherung des Gemisches erfolgt, in denen sowohl der Fah­ rer des mit der Brennkraftmaschine ausgerüsteten Fahrzeugs Vollast wünscht, als auch ein Betriebsparameter der Brenn­ kraftmaschine eine Vollastschwelle überschreitet.

Die Erfindung wird anhand der einzigen Zeichnungsfigur erläu­ tert. Dabei sind in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel einer E-Gasanlage für eine Brennkraftmaschine nur diejenigen Teile dargestellt, die für das Verständnis der Erfindung not­ wendig sind.

In dem Blockschaltbild ist ein Fahrpedal 1 mit einem Fahrpe­ dalstellungsgeber 2 mechanisch verbunden. Der Fahrpedalstel­ lungsgeber 2 enthält mindestens ein Potentiometer, dessen Wi­ derstand sich proportional mit der Auslenkung des Fahrpedals 1 verändert. Aus Gründen der Sicherheit (Redundanz) können auch zwei Potentiometer verwendet werden, deren Ausgangs­ signale plausibilisiert werden. Ein am Ausgang des Fahrpedal­ stellungsgebers 2 vorliegendes Fahrerwunschsignal FWS dient als eine Eingangsgröße einer elektronischen Steuerungsein­ richtung 3. Diese Steuerungseinrichtung leitet daraus einen Sollwert für die Auslenkung der Drosselklappe 4 ab und be­ rechnet ein elektrisches Ansteuersignal ANS für einen als Stellglied für die Drosselklappe 4 dienenden Drosselklappen­ steller 5. Dieser besteht beispielsweise aus einem Gleich­ strommotor, dessen Drehbewegung über ein Getriebe auf die Welle der Drosselklappe 4 übertragen wird. Ein Drosselklap­ penstellungsgeber 6, der mechanisch mit der Drosselklappe 4 verbunden ist, stellt einen Istwertgeber dar und gibt ein Drosselklappenstellungssignal DKS, das die Auslenkung der Drosselklappe 4 repräsentiert, an die Steuerungseinrichtung 3 ab. Mit Hilfe eines in der Steuerungseinrichtung 3 enthalte­ nen Reglers 7 wird die Differenz zwischen dem Sollwert und dem Istwert ausgeregelt.

Die Steuerungseinrichtung 3 der E-Gasanlage ist vorzugsweise in ein Steuergerät 8 der Brennkraftmaschine integriert, das alle Funktionen der Brennkraftmaschine regelt bzw. steuert. Hierzu werden dem Steuergerät 8 eine Vielzahl mittels ent­ sprechender Sensoren aufgenommener Eingangsignale ES zuge­ führt. Über Ausgangssignale AS werden die einzelnen Aktoren und Komponenten angesteuert, die zum Betrieb der Brennkraft­ maschine notwendig sind, wie beispielsweise Zünd- und Ein­ spritzanlage.

Zum Erkennen, ob der Fahrer die Brennkraftmaschine mit Vollast betreiben will, wird das Fahrerwunschsignal FWS aus­ gewertet. Hierzu ist in einem Speicher 11 der Steuerungsein­ richtung 3 ein Kennfeld KF abgelegt, in dem abhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine verschiedene Grenzwerte für die aus dem Fahrerwunschsignal abgeleiteten Sollwerte gespei­ chert sind. Beispielsweise kann als Sollwert eine Prozentzahl verwendet werden, die ausdrückt, wie weit der Fahrer das Gas­ pedal in Bezug auf die maximal mögliche Auslenkung nieder­ drückt. Überschreitet der Sollwert bei der aktuell gemessenen Drehzahl den vorgegebenen Grenzwert, so wird auf Vollast er­ kannt.

Bei einfacher aufgebauten E-Gasanlagen ist es aber auch mög­ lich, zur Erkennung des Vollastwunsches das Signal eines, am Fahrpedal 1 oder am Fahrpedalstellungsgeber 2 angeordneten Vollastschalters auszuwerten. Wird das Fahrpedal 1 über einen bestimmten Winkel ausgelenkt, so schließt ein Kontakt des Vollastschalters und diese Information wird in der Steue­ rungseinrichtung 3 ausgewertet.

Die Vollaststellung der Drosselklappe 4 wird durch Auswerten des Drehwinkels derselben ermittelt. Ein im Drosselklappen­ stellungsgeber 6 enthaltenes Potentiometer gibt das vom Dreh­ winkel der Drosselklappe 4 abhängige Signal DKS an die Steue­ rungseinrichtung 3. Überschreitet dieses Signal einen ab­ stimmbaren Wert, der einem bestimmten Auslenkwinkel der Dros­ selklappe 4 entspricht, so wird auf Vollaststellung der Dros­ selklappe erkannt.

Es ist aber auch möglich zur Vollasterkennung nicht allein auf den Auslenkwinkel der Drosselklappe abzustellen, sondern auf Vollast erst zu schließen, wenn zusätzlich noch die Dreh­ zahl der Brennkraftmaschine oberhalb eines vorgegebenen Grenzwertes liegt, die Kühlmitteltemperatur einen Mindestwert überschritten hat und die Fahrzeuggeschwindigkeit erstmalig einen Grenzwert überschritten hat.

Bei einfacher aufgebauten E-Gasanlagen kann die Vollaststel­ lung der Drosselklappe mit einem Vollastschalter detektiert werden. Wird die Drosselklappe über einen bestimmten Winkel ausgelenkt, so schließt ein Kontakt des Vollastschalters und diese Information wird in der Steuerungseinrichtung 3 ausge­ wertet.

Darüberhinaus ist es möglich, bei der Auswertung des Drossel­ klappenwinkels zur Vollasterkennung weitere Betriebsparame­ tern der Brennkraftmaschine zu berücksichtigen, um beispiels­ weise eine Momentenreduzierung für die Antriebsschlupfrege­ lung auszuführen.

Ergibt sich sowohl aus der Auswertung des Fahrerwunsches, als auch aus der Auswertung der Drosselklappenstellung eine Vollasterkennung, so wird eine Vollastanreicherung des der Brennkraftmaschine zuzuführenden Luft-Kraftstoffgemisches ausgelöst. Hierzu ist in der Steuerungseinrichtung 3 eine UND-Verknüpfungsschaltung 12 vorgesehen, an dessen einem Ein­ gang ein vom Fahrerwunsch abgeleitetes Vollasterkennungs­ signal und an dessen weiterem Eingang ein von der Drossel­ klapppenstellung abgeleitetes Vollasterkennungssignal an­ liegt. Nur wenn beide Signale jeweils Vollast signalisieren, liegt am Ausgang der UND-Verknüpfungsschaltung 12 ein Si­ gnal an, das zu einem Block zur Einspritzzeitberechnung 9 weitergeleitet wird. In diesem Block wird dann die in her­ kömmlicher Weise aus einem Lastparameter, z. B. Luftmasse oder Saugrohrdruck und der Drehzahl der Brennkraftmaschine berech­ nete Basis- oder Grundeinspritzzeit korrigiert. Zur Erzielung eines maximalen Drehmomentes wird neben weiteren Korrektur­ faktoren, die den aktuellen Betriebszutand der Brennkraftma­ schine berücksichtigen, eine Kraftstoffanreicherung über die Verlängerung der Einspritzzeit durchgeführt. Die so berechne­ te Einspritzzeit stellt bei konstantem Differenzdruck zwi­ schen Kraftstoffdruck und Saugrohrdruck ein Maß für die Kraftstoffmenge pro Kolbenhub dar. Diese Kraftstoffmenge wird beispielsweise mittels einer Einspritzanlage 10 in das Saug­ rohr der Brennkraftmaschine eingespritzt.

Claims (5)

1. Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine, mit

• - einem Fahrpedal (1) und einem dem Fahrpedal zugeordneten Fahrpedalstellungsgeber (2), der ein Fahrerwunschsignal (FWS) abgibt,
• - einer Drosselklappe (4) und einem der Drosselklappe zuge­ ordneten Drosselklappenstellungsgeber (6), der ein Drossel­ klappenstellungssignal (DKS) abgibt und
• - aus dem Fahrerwunschsignal (FWS) und dem Drosselklappen­ stellungssignal (DKS) jeweils eine Bedingung zur Erkennung der Vollast der Brennkraftmaschine abgeleitet wird und eine Vollastanreicherung des der Brennkraftmaschine zu zuführen­ den Luft-Kraftstoffgemisches ausgelöst wird, wenn sowohl über das Fahrerwunschsignal (FWS) als auch über das Dros­ selklappenstellungssignal (DKS) eine Vollasterkennung vor­ liegt, dadurch gekennzeichnet,
  daß die Brennkraftmaschine mit einer E-Gasanlage ausgestat­ tet ist und das Fahrerwunschsignal (FWS) Eingangsgröße ei­ nes Kennfeldes (KF) ist, in dem abhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine Grenzwerte zur Erkennung der Vollast abgelegt sind und bei Überschreiten eines Grenzwertes auf Vollast erkannt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erkennung der Vollast das Ausgangssignal eines am Fahrpe­ dalstellungsgeber (2) angeordneten Vollastschalters ausge­ wertet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erkennung der Vollast zumindest der Drehwinkel der Drossel­ klappe (4) erfaßt und mit einem vorgegebenem Grenzwert verglichen wird und bei Überschreiten des Grenzwertes auf Vollast erkannt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auch dann auf Vollast erkannt wird, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine oberhalb eines vorgegebenen Grenzwertes liegt und/oder die Kühlmitteltemperatur einen Mindestwert überschritten hat und/oder die Fahrzeuggeschwindigkeit erstmalig einen Grenzwert überschritten hat.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erkennung der Vollast das Ausgangssignal eines am Drossel­ klappenstellungsgebers (6) angeordneten Vollastschalters ausgewertet wird.