DE19928560C2 - Drehmomentregelsystem für Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen mit einer Betätigungsvorrichtung zur variablen Ventilsteuerung - Google Patents

Drehmomentregelsystem für Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen mit einer Betätigungsvorrichtung zur variablen Ventilsteuerung

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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 Luftvolumenstroms mit Hilfe der Drosselklappe. Der sich durch die Stellung der Drosselklappe im Sammler ergebende Unterdruck ist ein Maß für den in den Zylinder gesaug­ ten Luftmassenstrom und damit für das Drehmoment. Die Drosselklappe ist hierbei das Hauptsteuerorgan. Der Unterdruck im Sammler wird im ff. kurz mit Druck bezeichnet.
Bei einer zweiten Art eines Drehmomentregelsystems für Otto-Motoren wird zukünftig der Luftmassenstrom direkt am Einlaßventil gedrosselt. Hierzu sind bereits verschiedene elektrisch gesteuerte variable Ventilsteuersysteme bekannt (EP 0 915 235 A2, WO 98/55741). Die Drosselklappe wird hier nur aus Sicherheitsgründen und zur Bereitstellung von Unterdruckbedarf für die Tankentlüftung 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.
Zum technischen Umfeld wird weiterhin auf die DE 198 47 851 A1 verwie­ sen, in der ein Steuerverfahren für die Ansaugluftmenge eines Verbren­ nungsmotors offenbart ist, bei dem sowohl eine Drosselklappe als auch ein System zur variablen Ventilansteuerung eingesetzt werden.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Verknüpfung der eingangs genannten Drehmomentregelsysteme zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vor­ teilhafte Weiterbildungen sind die Gegenstände der abhängigen Ansprüche.
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 Betätigungs­ vorrichtung 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 Dreh­ moment 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 eines dem Drehmoment proportionalen Soll-Luftmassenstroms soll vorliegt. Der Drehmomenten­ wunsch bzw. der Soll-Luftmassenstrom 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 = (pS) bzw. ρ = (p), mit p = pU - pS
Demnach gilt:
≅ × p
angesaugter Luftmassenstrom
angesaugter Luftvolumenstrom
ρ Dichte
pS Sammlerdruck
pU Umgebungsdruck
p Differenzdruck
Daher kann der Soll-Luftmassenstrom soll über die Einstellung des Drossel­ klappenwinkels DK durch eine Dichte- bzw. Drucksteuerung (hier Steuerung von p) und/oder über die Einstellung des Ventilhubes h durch eine Volumensteuerung (hier Steuerung von ) geregelt werden.
Bereiche A (Fig. 1)
Hier wird der Soll-Luftmassenstrom soll bei konstantem Druck p = psoll im Sammler über die Einstellung des Ventilhubes h durch eine Volumensteue­ rung geregelt.
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 der Soll-Luftmassenstrom soll mittels der Betätigungsvorrich­ tung zur variablen Ventilsteuerung, hier durch Steuerung des Ventilquer­ schnittes über den Ventilhub h, eingestellt.
Bereich C (Fig. 1)
Hier wird der Soll-Luftmassenstrom 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 gleichbleibendem Soll-Luftmassenstrom soll vorgegeben 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. der Soll-Luftmas­ senstrom soll mittels der Betätigungsvorrichtung zur Steuerung des Drossel­ klappenwinkels DK vorgenommen. Denn in diesem Fall ist die Einstellung des Drehmomentenwunsches soll mittels der Betätigungsvorrichtung zur variablen Ventilsteuerung nicht möglich.
Bereiche B (Fig. 1)
Hier wird bei einer Änderung der Vorgabe des Soll-Druckes psoll im Sammler des Ansaugtrakts unter Beibehaltung des Soll-Luftmassenstroms soll, d. h. bei konstant bleibendem Drehmomentenwunsch, eine gegensinnige Ansteu­ erung der beiden Betätigungsvorrichtungen im Sinne einer kontinuierlichen Übergangsfunktion vorgenommen. Wird z. B. der Soll-Druck psoll erhöht, muß die Betätigungsvorrichtung zur Steuerung der Drosselklappe in Schließ­ richtung betätigt werden. Der Drosselklappenwinkel DK wird demnach ver­ kleinert (Drucksteuerung). Möglichst gleichzeitig muß die Betätigungsvor­ richtung zur variablen Ventilsteuerung den Ventilhub h vergrößern (Volu­ mensteuerung). Die Wirkung der Dichte- bzw. Drucksteuerung (p-Steue­ rung) auf den Luftmassenstrom muß von der Volumensteuerung (- Steuerung) kompensiert werden, um einen kontinuierlichen Übergang, hier z. B. von Bereich A zu Bereich 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 (Ven­ tilhub 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 der Soll- Luftmassenstrom soll bestimmt. Abhängig von dem Soll-Luftmassenstrom 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 dem Soll- Luftmassenstrom soll werden über das Drosselklappenmodell 4 und das Ventilquerschnittsmodell 5 die Betätigungsvorrichtungen zur Einstellung des Drosselklappenwinkels DK sowie des Ventilhubes h angesteuert. Wirkungs­ abhängigkeiten 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 Betätigungs­ vorrichtung zur Steuerung einer Drosselklappe im An­ saugtrakt und mit einer elektronischen Steuereinheit zur Ansteuerung der beiden Betätigungsvorrichtungen,
bei dem grundsätzlich ein Soll-Druck (psoll) im Sammler des Ansaugtrakts vorgegeben und mit­ tels der Betätigungsvorrichtung zur Steuerung der Drosselklappe (DK) eingestellt wird, und
bei dem der Drehmomentenwunsch (soll) mit­ tels der Betätigungsvorrichtung zur variablen Ventilsteuerung abhängig von dem mittels der Be­ tätigungsvorrichtung zur Steuerung der Drossel­ klappe (DK) eingestellten Druck (psoll, p, p, pS) eingestellt wird.
2. Drehmomentregelsystem nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des Dreh­ momentenwunsches (soll) mittels der Betätigungsvor­ richtung zur Steuerung der Drosselklappe (DK) vorge­ nommen wird, wenn die Einstellung des Drehmomen­ tenwunsches (soll) mittels der Betätigungsvorrichtung zur variablen Ventilsteuerung nicht möglich ist.
3. Drehmomentregelsystem nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Ände­ rung der Vorgabe des Soll-Druckes (psoll) im Sammler des Ansaugtrakts bei gleichzeitig konstantem Drehmo­ mentenwunsch (soll) eine gegensinnige Ansteuerung der beiden Betätigungsvorrichtungen im Sinne einer kontinuierlichen Übergangsfunktion vorgenommen wird.
4. Drehmomentregelsystem nach einem der Patentan­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein maxi­ mal zulässiger Soll-Druck (psoll_max) vorgegeben wird, der dem maximal möglichen Druck im Sammler des Ansaugtrakts entspricht, der bei voll geöffneten Venti­ len einstellbar ist.
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