DE19928560A1 - Drehmomentregelsystem für Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen mit einer Betätigungsvorrichtung zur variablen Ventilsteuerung - Google Patents
Drehmomentregelsystem für Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen mit einer Betätigungsvorrichtung zur variablen VentilsteuerungInfo
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Abstract
Drehmomentregelsystem für Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen mit einer Betätigungsvorrichtung zur variablen Ventilsteuerung, mit einer Betätigungsvorrichtung zur Steuerung einer Drosselklappe im Ansaugtrakt und mit einer elektronischen Steuereinheit zur Ansteuerung der beiden Betätigungsvorrichtungen, DOLLAR A È bei dem grundsätzlich ein Soll-Druck im Sammler des Ansaugtrakts vorgegeben und mittels der Betätigungsvorrichtung zur Steuerung der Drosselklappe eingestellt wird, und DOLLAR A È bei dem der Drehmomentenwunsch mittels der Betätigungsvorrichtung zur variablen Ventilsteuerung abhängig von dem mittels der Betätigungsvorrichtung zur Steuerung der Drosselklappe eingestellten Druck eingestellt wird.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Drehmomentregelsystem für Brennkraft
maschinen in Kraftfahrzeugen mit einer Betätigungsvorrichtung zur variablen
Ventilsteuerung und auf ein Drehmomentregelsystem für Brennkraftmaschi
nen in Kraftfahrzeugen mit einer Betätigungsvorrichtung zur Steuerung einer
Drosselklappe im Ansaugtrakt.
Eine erste Art eines Drehmomentregelsystems nach dem Stand der Technik
erfolgt über die Dichteänderung des angesaugten Luftvolumens mit Hilfe der
Drosselklappe. Der sich durch die Stellung der Drosselklappe im Sammler
ergebende Unterdruck ist ein Maß für die in den Zylinder gesaugte Luft
masse und damit für das Drehmoment. Die Drosselklappe ist hierbei das
Hauptsteuerorgan.
Bei einer zweiten Art eines Drehmomentregelsystems für Otto-Motoren wird
zukünftig die Luftmasse direkt am Einlaßventil gedrosselt. Hierzu sind bereits
verschiedene elektrisch gesteuerte variable Ventilsteuersysteme bekannt
(EP 0 915 235 A2, WO 98/55 741). Die Drosselklappe wird hier nur aus Si
cherheitsgründen und zur Bereitstellung von Unterdruckbedarf für die Tank
entlüftung verwendet.
Die Verknüpfung beider bekannter Drehmomentregelsysteme in Form von
Drosselsystemen erfolgt bisher nur über eine Umschaltung von einem
System zum anderen. Eine Umschaltung während des Fahrbetriebs kann
jedoch zu Fahrfehlern, Komforteinbußen und im Leerlauf zum Absterben der
Brennkraftmaschine führen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Verknüpfung der eingangs
genannten Drehmomentregelsysteme zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind die Gegenstände der abhängigen Ansprü
che.
Bei dem erfindungsgemäßen Drehmomentregelsystem für Brennkraftma
schinen in Kraftfahrzeugen mit einer Betätigungsvorrichtung zur variablen
Ventilsteuerung, mit einer Betätigungsvorrichtung zur Steuerung einer Dros
selklappe im Ansaugtrakt und mit einer elektronischen Steuereinheit zur An
steuerung der beiden Betätigungsvorrichtungen wird
- - grundsätzlich ein Soll-Druck im Sammler des Ansaugtrakts vorgegeben und mittels der Betätigungsvorrichtung zur Steuerung der Drosselklappe eingestellt und
- - der Drehmomentenwunsch mittels der Betätigungsvorrichtung zur varia blen Ventilsteuerung abhängig von dem mittels der Betätigungsvorrich tung zur Steuerung der Drosselklappe eingestellten Druck eingestellt.
Vorzugsweise wird die Einstellung des Drehmomentenwunsches mittels der
Betätigungsvorrichtung zur Steuerung der Drosselklappe vorgenommen,
wenn die Einstellung des Drehmomentenwunsches mittels der
Betätigungsvorrichtung zur variablen Ventilsteuerung nicht möglich ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird bei einer
Änderung der Vorgabe des Soll-Druckes im Sammler des Ansaugtrakts bei
gleichzeitig konstantem Drehmomentenwunsch eine gegensinnige Ansteue
rung der beiden Betätigungsvorrichtungen im Sinne einer kontinuierlichen
Übergangsfunktion vorgenommen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein maximal
zulässiger Soll-Druck vorgegeben, der dem maximal möglichen Druck im
Sammler des Ansaugtrakts entspricht, der bei voll geöffneten Ventilen ein
stellbar ist.
Durch die Erfindung wird eine Kombination und eine Übergangsfunktion von
zwei verschiedenen Drehmomentregelsystemen in allen Betriebszuständen
geschaffen, wodurch insbesondere in jedem beliebigen Lastzustand der
Brennkraftmaschine beliebige Druckwerte bzw. Differenzdruckwerte im
Sammler des Ansaugtraktes vorgegeben werden können, wobei das
Drehmoment konstant gehalten werden kann.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigt
Fig. 1 ein Zeitdiagramm mit verschiedenen Bereichen für unterschiedliche
Regelstrategien gemäß dem erfindungsgemäßen Drehmomentregel
system
Fig. 2 ein Funktionsblockschaltbild mit der Darstellung der für das erfin
dungsgemäße Drehmomentregelsystem wichtigen Größen.
Die Betätigungsvorrichtung zur variablen Ventilsteuerung, die Betätigungs
vorrichtung zur Steuerung einer Drosselklappe im Ansaugtrakt und die elek
tronische Steuereinheit zur Ansteuerung der beiden Betätigungsvorrichtun
gen sind in der Zeichnung nicht dargestellt.
In Fig. 1 sind als Beispiel verschiedene Bereiche A, B und C möglicher Ver
läufe des Umgebungsdrucks pU, des Soll-Druckes psoll im Sammler des An
saugtraktes einer Brennkraftmaschine und des maximal zulässigen Soll-
Druck (psoll_max) bei entsprechender Einstellung des Drosselklappenwinkels
DK und des Ventilhubes h für unterschiedliche Regelstrategien gemäß dem
erfindungsgemäßen Druckregelsystem dargestellt.
Der Soll-Druck psoll, der sich beispielsweise auf den Sammlerdruck pS
selbst, aber vorzugsweise auf den Differenzdruck (p = pU-pS) zwischen
dem Umgebungsdruck pU und dem Sammlerdruck bezieht, wird beispiels
weise abhängig von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine vorgege
ben. Beispielsweise kann ein grundsätzlicher Soll-Differenzdruck psoll (von z. B.
50 mbar) vorgegeben werden, der insbesondere im Leerlauf der Brenn
kraftmaschine (z. B. auf 500 mbar), während der Tankentlüftung oder im
Vollastbetrieb (z. B. auf 10 mbar) für eine begrenzte Zeit geändert wird.
Grundsätzlich wird der Soll-Druck psoll viel langsamer und seltener geändert
als der Drehmomentenwunsch, der hier in Form einer dem Drehmoment
proportionalen Soll-Luftmasse soll vorliegt. Der Drehmomentenwunsch bzw.
die Soll-Luftmasse soll resultiert hauptsächlich aus der durch den Fahrer
insbesondere über das Fahrpedal vorgegebenen Leistungsanforderung.
Die Erfindung geht von der allgemein gültigen Formel = × ρ aus, wobei
ρ = f(PS) bzw. ρ = f(p), mit p = pU-pS
Demnach gilt: ≅ × p
angesaugte Luftmasse
angesaugtes Luftvolumen
ρ Dichte
pS Sammlerdruck
pU Umgebungsdruck
p Differenzdruck
angesaugte Luftmasse
angesaugtes Luftvolumen
ρ Dichte
pS Sammlerdruck
pU Umgebungsdruck
p Differenzdruck
Daher kann die Soll-Luftmasse soll über die Einstellung des Drosselklap
penwinkels DK durch eine Dichte- bzw. Drucksteuerung (hier Steuerung von
p) und/oder über die Einstellung des Ventilhubes h durch eine Volumen
steuerung (hier Steuerung von ) geregelt werden.
Bereiche A (Fig. 1):
Hier wird die Soll-Luftmasse soll bei konstantem Druck p = psoll im Sammler über die Einstellung des Ventilhubes h durch eine Volumensteuerung gere gelt.
Hier wird die Soll-Luftmasse soll bei konstantem Druck p = psoll im Sammler über die Einstellung des Ventilhubes h durch eine Volumensteuerung gere gelt.
Mittels der Betätigungsvorrichtung zur Steuerung der Drosselklappe wird
zunächst ein dem Soll-Differenzdruck psoll entsprechender Drosselklappen
winkel (DK) eingestellt und konstant gehalten.
Anschließend wird unter Beibehaltung des eingestellten Soll-Differenz
druckes psoll die Soll-Luftmasse soll mittels der Betätigungsvorrichtung zur
variablen Ventilsteuerung, hier durch Steuerung des Ventilquerschnittes über
den Ventilhub h, eingestellt.
Bereich C (Fig. 1):
Hier wird die Soll-Luftmasse soll, bei konstantem Volumen = const. über die Einstellung des Drosselklappenwinkels DK durch eine Dichte- bzw. Drucksteuerung eingestellt, wobei im vorliegenden Fall gleichzeitig ein neuer Soll-Differenzdruck psoll bei gleichbleibender Soll-Luftmasse soll vorgege ben wird.
Hier wird die Soll-Luftmasse soll, bei konstantem Volumen = const. über die Einstellung des Drosselklappenwinkels DK durch eine Dichte- bzw. Drucksteuerung eingestellt, wobei im vorliegenden Fall gleichzeitig ein neuer Soll-Differenzdruck psoll bei gleichbleibender Soll-Luftmasse soll vorgege ben wird.
Im Notlauf, wenn beispielsweise die Ventile blockiert sind, oder im ungedros
selten Ventilbetrieb, wenn die Ventile vollständig geöffnet sind bzw. der Ven
tilhub h maximal ist, wird der Drehmomentenwunsch bzw. die Soll-Luftmasse
soll mittels der Betätigungsvorrichtung zur Steuerung des Drosselklappen
winkels DK vorgenommen. Denn in diesem Fall ist die Einstellung des
Drehmomentenwunsches soll mittels der Betätigungsvorrichtung zur varia
blen Ventilsteuerung nicht möglich.
Bereiche B (Fig. 1):
Hier wird bei einer Änderung der Vorgabe des Soll-Druckes psoll im Sammler des Ansaugtrakts unter Beibehaltung der Soll-Luftmasse soll, d. h. bei kon stant bleibendem Drehmomentenwunsch, eine gegensinnige Ansteuerung der beiden Betätigungsvorrichtungen im Sinne einer kontinuierlichen Über gangsfunktion vorgenommen. Wird z. B. der Soll-Druck psoll, erhöht, muß die Betätigungsvorrichtung zur Steuerung der Drosselklappe in Schließrichtung betätigt werden. Der Drosselklappenwinkel DK wird demnach verkleinert (Drucksteuerung). Möglichst gleichzeitig muß die Betätigungsvorrichtung zur variablen Ventilsteuerung den Ventilhub h vergrößern (Volumensteuerung). Die Wirkung der Dichte- bzw. Drucksteuerung (p-Steuerung) auf die Luft masse muß von der Volumensteuerung (-Steuerung) kompensiert wer den, um einen kontinuierlichen Übergang, hier z. B. von Bereich A zu Be reich C, zu erhalten.
Hier wird bei einer Änderung der Vorgabe des Soll-Druckes psoll im Sammler des Ansaugtrakts unter Beibehaltung der Soll-Luftmasse soll, d. h. bei kon stant bleibendem Drehmomentenwunsch, eine gegensinnige Ansteuerung der beiden Betätigungsvorrichtungen im Sinne einer kontinuierlichen Über gangsfunktion vorgenommen. Wird z. B. der Soll-Druck psoll, erhöht, muß die Betätigungsvorrichtung zur Steuerung der Drosselklappe in Schließrichtung betätigt werden. Der Drosselklappenwinkel DK wird demnach verkleinert (Drucksteuerung). Möglichst gleichzeitig muß die Betätigungsvorrichtung zur variablen Ventilsteuerung den Ventilhub h vergrößern (Volumensteuerung). Die Wirkung der Dichte- bzw. Drucksteuerung (p-Steuerung) auf die Luft masse muß von der Volumensteuerung (-Steuerung) kompensiert wer den, um einen kontinuierlichen Übergang, hier z. B. von Bereich A zu Be reich C, zu erhalten.
Unabhängig von den Bereichen A, B und C wird stets ein maximal zulässiger
Soll-Druck psoll_max vorgegeben, der dem maximal möglichen Druck im
Sammler des Ansaugtrakts entspricht, der bei voll geöffneten Ventilen
(Ventilhub h maximal) allein durch die Drosselklappe DK einstellbar ist.
Voraussetzung für die erfindungsgemäßen Regelstrategien ist, daß die Ab
hängigkeit des Ventilquerschnittes, des Ventilhubes und/oder der Ventilsteu
erzeiten vom Differenzdruck (abhängig von der Art der variablen Ventilsteue
rung) bekannt und in der elektronischen Steuereinheit abgespeichert ist, und
daß ggf. gleichzeitig die Einlaß- und Auslaß-Spreizung bei der variablen
Ventilsteuerung angepaßt werden kann.
In Fig. 2 ist ein möglicher Logikteil der elektronischen Steuereinheit darge
stellt, durch den das erfindungsgemäße Drehmomentenregelsystem reali
sierbar ist.
In einer Drehmomenten-Struktur 1 wird aus dem Fahrerwunsch die Soll-
Luftmasse soll bestimmt. Abhängig von der Soll-Luftmasse soll und der
Drehzahl n der Brennkraftmaschine wird über ein Kennfeld 2 der maximal
zulässiger Soll-Druck psoll_max vorgegeben. In einem Minimal-Auswahlblock 3
wird der Soll-Druck psoll, durch den maximal zulässigen Soll-Druck psoll_max
begrenzt. Abhängig von dem Soll-Druck psoll und der Soll-Luftmase soll
werden über das Drosselklappenmodell 4 und das Ventilquerschnittsmodell
5 die Betätigungsvorrichtungen zur Einstellung des Drosselklappenwinkels
DK sowie des Ventilhubes h angesteuert. Wirkungsabhängigkeiten bei der
Einstellung des Drosselklappenwinkels DK und des Ventilhubes h sind in
den Modellen 4 und 5 enthalten.
Claims (4)
1. Drehmomentregelsystem für Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen mit
einer Betätigungsvorrichtung zur variablen Ventilsteuerung, mit einer Be
tätigungsvorrichtung zur Steuerung einer Drosselklappe im Ansaugtrakt
und mit einer elektronischen Steuereinheit zur Ansteuerung der beiden
Betätigungsvorrichtungen,
- - bei dem grundsätzlich ein Soll-Druck (psoll) im Sammler des Ansaugtrakts vorgegeben und mittels der Betätigungsvorrichtung zur Steuerung der Drosselklappe (DK) eingestellt wird, und
- - bei dem der Drehmomentenwunsch (soll) mittels der Betätigungsvor richtung zur variablen Ventilsteuerung abhängig von dem mittels der Be tätigungsvorrichtung zur Steuerung der Drosselklappe (DK) eingestellten Druck (psoll, p, p, pS) eingestellt wird.
2. Drehmomentregelsystem nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Einstellung des Drehmomentenwunsches (soll) mittels der
Betätigungsvorrichtung zur Steuerung der Drosselklappe (DK) vorge
nommen wird, wenn die Einstellung des Drehmomentenwunsches (soll)
mittels der Betätigungsvorrichtung zur variablen Ventilsteuerung nicht
möglich ist.
3. Drehmomentregelsystem nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß bei einer Änderung der Vorgabe des Soll-Druckes
(psoll) im Sammler des Ansaugtrakts bei gleichzeitig konstantem
Drehmomentenwunsch (soll) eine gegensinnige Ansteuerung der beiden
Betätigungsvorrichtungen im Sinne einer kontinuierlichen Übergangs
funktion vorgenommen wird.
4. Drehmomentregelsystem nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß ein maximal zulässiger Soll-Druck (psoll_max)
vorgegeben wird, der dem maximal möglichen Druck im Sammler des An
saugtrakts entspricht, der bei voll geöffneten Ventilen einstellbar ist.
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