DE19929880A1 - Verfahren und Vorrrichtung zur Bereitstellung von Unterdruck in einem Fahrzeug - Google Patents

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bereitstellen von Unterdruck in einem Fahrzeug vorgeschlagen, wobei eine Unterdruckpumpe abhängig von dem herrschenden Unterdruck aktiviert beziehungsweise deaktiviert wird. Ferner ist vorgesehen, die Pumpe bei Vorliegen bestimmter Betriebszustände der Antriebseinheit des Fahrzeugs zu aktivieren und eine Diagnose der Pumpe und der Anschlußleitungen des Vakuumspeichers durchzuführen.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bereitstellung von Unterdruck in einem Fahrzeug.

In Kraftfahrzeugen werden Einrichtungen eingesetzt, die mit Unterdruck betrieben werden. Als Beispiel sei ein Brems­ kraftverstärker genannt. In der Regel wird bei heutigen Fahrzeugen der Unterdruck durch den im Saugrohr einer Brenn­ kraftmaschine herrschenden Unterdruck bereitgestellt. Bei modernen Brennkraftmaschinen, insbesondere bei direktein­ spritzenden Ottomotoren oder bei Dieselmotoren, bzw. bei al­ ternativen Antriebskonzepten wie Elektromotoren, steht die Unterdruckbereitstellung aus dem Saugrohr der Brennkraftma­ schine nicht oder nicht immer zur Verfügung. So wird z. B. bei Ottomotoren mit Katalysatoren während einer Betriebspha­ se der Katalysator durch Spätziehen des Zündwinkels und Er­ höhung der Luftzufuhr geheizt. In diesem Fall steht unter Umständen kein ausreichender Saugrohrunterdruck mehr zur Verfügung. Der eventuell nach dem Start aufgebaute Unter­ druck im Druckspeicher der mit Unterdruck betriebenen Ein­ richtung ist nach kurzem Betrieb dieser Einrichtung, bei Bremskraftverstärkern nach wenigen Bremsvorgängen, aufge­ braucht, so daß die Einrichtung nicht mehr oder nur einge­ schränkt zur Verfügung steht. Im Beispiel ist keine Brems­ kraftverstärkung mehr wirksam. Ferner hat die Unterdruckent­ nahme aus dem Saugrohr Auswirkungen auf die Motorsteuerung. Durch diese Druckentnahme gibt es Fehler in der Erfassung der Luftmasse und somit Abweichungen im Luft- /Kraftstoffgemisch. Diese Abweichungen können zum Beispiel bei einer Katalysatorheizung mittels Sekundärlufteinblasung zum Zusammenbruch der die Heizung bewirkenden Thermoreaktion führen oder zur Anzeige eines Fehlers in der λ-Regelung. In Anwendungsfällen mit direkteinspritzenden Ottomotoren ergibt sich ein zusätzlicher Verbrauchsnachteil, wenn zur Erzeugung von Unterdruck vom Schichtbetrieb in den Homogenbetrieb um­ geschaltet werden muß. Generell besteht bei allen mechanisch getriebenen Vakuumpumpen sowohl bei der Verwendung in Ben­ zinbrennkraftmaschinen als auch in Diesel- oder Elektromoto­ ren die Schwierigkeit, daß bei stehendem Motor kein Unter­ druck geliefert werden kann und somit die mit Unterdruck be­ triebenen Einrichtungen nicht zur Verfügung stehen (zum Bei­ spiel Bremskraftunterstützung).

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren bzw. eine verbesserte Vorrichtung zur Bereitstellung von Un­ terdruck anzugeben.

Dies wird durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängi­ gen Patentansprüche erreicht.

In diesem Zusammenhang ist beispielsweise aus der DE-A 33 22 176 bekannt, eine Vakuumpumpe durch einen elektrischen Antriebsmotor anzutreiben. Ferner wird dort ein Druckschal­ ter vorgeschlagen, der bei einem bestimmten Druckunterschied zwischen atmosphärischem Druck und dem im Vakuumkreis herr­ schenden Druck die Vakuumpumpe ein- beziehungsweise aus­ schaltet. Diese Vakuumpumpe dient unter anderem zur Versor­ gung eines Bremskraftverstärkers mit Unterdruck, wobei die Ausgangsleitung der Vakuumpumpe über eine Rückschlagventil­ anordnung an der Leitung angebracht ist, die zur Unterdruck­ versorgung des Druckspeichers eines Bremskraftverstärkers aus dem Saugrohr einer Brennkraftmaschine dient.

Vorteile der Erfindung

Die Bereitstellung von Unterdruck und damit die Verfügbar­ keit von mit Unterdruck betriebenen Einrichtungen, bei­ spielsweise von Bremskraftverstärkern, wird verbessert. Ins­ besondere wird Unterdruck auch dann bereitgestellt, wenn der Antriebsmotor keinen Unterdruck liefert oder aufgrund der negativen Auswirkungen auf die Motorsteuerung eine solche Lieferung nicht erwünscht ist. Besonders vorteilhaft in die­ sem Zusammenhang ist, daß Unterdruck auch bei stehendem Mo­ tor und/oder in Betriebszuständen, in denen kein ausreichen­ der Unterdruck infolge zusätzlicher Steuerungsmaßnahmen vor­ handen ist, bereitgestellt wird.

Von besonderem Vorteil ist, daß eine negative Beeinflussung eines Katalysatorheizvorgangs und die damit negativen Aus­ wirkungen auf die Abgasemissionen des Fahrzeugs bei Brenn­ kraftmaschinen vermieden wird.

Besonders vorteilhaft ist, daß die Bereitstellung von Unter­ druck auf zwei verschiedenen, redundanten Wegen erfolgt, zum einen über die Brennkraftmaschine, zum anderen über die Pum­ pe.

Vorteilhaft ist ferner, daß die Vakuumpumpe nur bei Bedarf auf zusätzliche Bereitstellung von Unterdruck eingeschaltet wird. Dadurch ergeben sich erhebliche Vorteile bei der Kon­ struktion der Vakuumpumpe, die keinen erhöhten Sicherheits­ anforderungen und keiner erhöhten Lebensdauer unterworfen ist.

Besonders vorteilhaft, weil besonders kostengünstig, ist ei­ ne Lösung, die auf einen Drucksensor verzichtet.

Von besonderem Vorteil ist ferner die Integration der An­ steuerung der Vakuumpumpe in eine Steuereinheit zur Steue­ rung des Antriebsmotors, da dann die Übertragung der zur Durchführung der Ansteuerung erforderlichen Steuerungssigna­ le des Antriebsmotors an andere Steuereinheiten entfällt.

Vorteilhaft ist ferner die Zusammenfassung der Vakuumpumpe mit Motor, der Ventile, der elektrischen Schaltmittel, ggf. des Drucksensors und von Drosseln in weiteren Unterdrucklei­ tungen zur weiteren Verbrauchern in einem einfach einzubau­ enden Modul.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Be­ schreibung von Ausführungsbeispielen beziehungsweise aus den abhängigen Patentansprüchen.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Fig. 1 zeigt dabei ein Übersichtsschaltbild der Anordnung eines Va­ kuummoduls mit Vakuumpumpe und ihrer Ansteuerung, während in den Fig. 2 bis 4 anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele die bevorzugte Realisierung der Ansteuerung der Vakuumpumpe als Rechnerprogramm anhand von Fluß- bzw. Ablaufdiagrammen skizziert ist.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

In Fig. 1 ist ein Modul 10 dargestellt, welches zur Unter­ druckversorgung von mit Unterdruck betriebenen Einrichtungen im Kraftfahrzeug dient. Als Beispiel für eine derartige Ein­ richtung ist ein Bremskraftverstärker 12 skizziert. Ferner sind Druckspeicher 14 anderer Einrichtungen zum Beispiel ei­ ner Lenkhilfe, etc. dargestellt. Eine Steuereinheit 16 sowie eine Brennkraftmaschine 18, welche über ein Ansaugrohr 20 verfügt, sind ebenfalls dargestellt. Das Saugrohr 20 der Brennkraftmaschine 18 ist über eine Druckleitung 22 und ein Rückschlagventil 24 an den Druckspeicher 12 angeschlossen. Ferner ist eine weitere, von der Leitung 22 abgehende Lei­ tung 26 vorgesehen, die zu weiteren Druckspeichern 14 führt, und in die eine Drossel 28 eingesetzt ist. Der Druck in der Unterdruckleitung 22 wird in einem Ausführungsbeispiel durch einen Drucksensor 30 erfaßt, der über die elektrische Lei­ tung 32 ein den Druck in der Druckleitung 22 repräsentieren­ des Signal an die elektronische Steuereinheit 16 übermit­ telt. Ferner ist eine Vakuumpumpe 34 skizziert, die über ei­ nen elektrischen Antriebsmotor 36 angetrieben wird. Von der Vakuumpumpe 34 geht eine Druckleitung 38 über ein Rück­ schlagventil 40 zur Druckleitung 22. Der elektrische An­ triebsmotor 36 ist über eine mechanische Verbindung 38 mit der Pumpe 34 verbunden. Er wird über die elektrische Leitung 42 mit Versorgungsspannung VB beaufschlagt, wenn das Schal­ telement 44, welches in der Zuführungsleitung 42 eingesetzt ist, geschlossen ist. Das Schaltelement 44 wird im bevorzug­ ten Ausführungsbeispiel durch ein Relais 46 betätigt, wel­ ches über die elektrische Leitung 48 von der elektronischen Steuereinheit 16 betätigt wird.

Das in Fig. 1 dargestellte Vakuummodul sieht eine elektro­ motorisch getriebene Vakuumpumpe vor, die durch ein elektro­ nisches Steuergerät, welches speziell zum Betreiben der Va­ kuumpumpe, ein Steuergerät zur Steuerung der Antriebsein­ heit, der Bremsen, etc. des Fahrzeugs sein kann, eingeschal­ tet wird. Die Aktivierung findet statt, wenn festgestellt wird, daß kein ausreichender Unterdruck zum Betrieb der mit Unterdruck betriebenen Einrichtungen des Fahrzeugs verfügbar ist. Dazu wird gemäß einer ersten Ausführungsform ein am Va­ kuumspeicher angeschlossener Differenzdrucksensor, der als stetiger Sensor oder als Schalter ausgestaltet sein kann, eingesetzt. Das elektronische Steuergerät 16 schaltet dabei den Motor 36 und damit die Vakuumpumpe über das Relais 46 ein, wenn der gemessene Differenzdruck einen vorbestimmten Schwellenwert unterschreitet. Anstelle des Differenzdrucks wird in einer anderen Ausführung der absolute Druck ausge­ wertet. Ferner wird in einer Ausführung zusätzlich eine Dia­ gnose des Unterdrucksystems vorgenommen, wobei bei angesteu­ erter Vakuumpumpe geprüft wird, ob sich ein Unterdruck auf­ baut oder nicht. Baut sich kein Unterdruck auf beziehungs­ weise ist der Unterdruckaufbau nicht genügend, wird eine Fehlermeldung für den Fahrer und/oder den Kundendienst ge­ setzt. Zusätzlich können in diesem Fall zur Sicherstellung des Bremsunterdrucks Betriebszustände im Nullastbetrieb der Brennkraftmaschine verboten werden, bei denen sich kein Un­ terdruck aufbauen kann. Dies kann z. B. das Verbieten von Katheizen durch Zündwinkelspätziehung oder bei Benzindi­ rekteinspritzung das Verbieten von Schichtbetrieb und Um­ schaltung auf gedrosselten homogen-mager oder homogenen λ = 1- Betrieb sein.

Es kann ferner der korrekte Anschluß der Druckleitung zum Saugrohr diagnostiziert werden. Dazu wird bei nicht einge­ schalteter Vakuumpumpe geprüft, ob bei Absinken des Saug­ rohrdrucks unter den gemessenen Druck im Druckspeicher, die­ ser ebenfalls sinkt.

Um die Vakuumpumpe möglichst selten zu betätigen und auf diese Weise die Sicherheitsstandards und die Lebensdauerei­ genschaften der Pumpe zu minimieren, ist vorgesehen, daß die Unterdruckbereitstellung bei einem Ottomotor wie heute über den Saugrohrunterdruck erfolgt. Dadurch wird ein bestmögli­ cher Wirkungsgrad des Gesamtsystems erreicht. Über eine Rückschlagventilanordnung wird die Unterdruckerzeugung durch die elektrische Vakuumpumpe zusätzlich nur dann eingeschal­ tet, wenn über den Drucksensor festgestellt wird, daß der Motor keinen ausreichenden Unterdruck bereitstellt. Die Rückschlagventilanordnung ist dabei derart, daß ein Entwei­ chen des Unterdrucks über die Pumpe und/oder ins Saugrohr vermieden ist.

Anstelle der Ankopplung der Vakuumpumpe an die Druckleitung 22 über Rückschlagventile wird in einer anderen Ausführung ein Drei-Wege-Ventil verwendet, welches vom Steuergerät 16 angesteuert wird und mit dem zwischen der Druckentnahme aus dem Saugrohr und der über die Vakuumpumpe umgeschaltet wird. Dadurch wird eine unerwünschte Druckentnahme aus dem Saug­ rohr verhindert.

In einem Ausführungsbeispiel wird die Vakuumpumpe nicht von einem eigenen Steuergerät oder einem anderen Steuergerät des Fahrzeugs, sondern von einem Steuergerät, welches die An­ triebseinheit steuert, angesteuert. Dadurch wird eine Ver­ einfachung der Erweiterung der Aktivierungs- beziehungsweise Deaktivierungsbedingungen für die Vakuumpumpe ermöglicht. Zusätzlich zu der obengenannten Druckabhängigkeit der An­ steuerung der Vakuumpumpe wird diese aktiviert, wenn das Mo­ torsteuerungssystem eine Betriebssituation erkennt, in der eine durch die Unterdruckbereitstellung zusätzliche Luftzu­ fuhr in das Saugrohr störend wäre. Die durch die Unterdruck­ bereitstellung im Saugrohr entstehende zusätzliche Luftzu­ fuhr ist in der Regel nicht bekannt, so daß sie über die herkömmlichen Luftmassenerfassungsmittel nicht ermittelt wird und störend auf die Motorsteuerung einwirkt. Eine sol­ che Bedingung ist beispielsweise dann gegeben, wenn der Ka­ talysator im Rahmen eines Thermoreaktorkonzepts, beispiels­ weise durch Sekundärluftzufuhr, aufgeheizt wird oder bei be­ stimmten Diagnosefunktionen, z. B. der Diagnose des Kraft­ stoffversorgungssystems, bei der die Korrekturgröße der Lambdaregelung auf das Erreichen unzulässiger Grenzen über­ wacht wird, was durch die ungemessene Luftzufuhr bei häufi­ gen Bremsvorgängen der Fall sein kann.

Durch die Realisierung der Pumpenansteuerung im Steuergerät des Motors wird eine entsprechende Datenübertragung zu einem anderen Steuergerät (z. B. Bremsensteuergerät, Pumpensteuer­ gerät, etc.) vermieden.

Eine Minimierung der Pumpenlaufzeit während der Katalysator­ heizphase wird ferner dadurch erreicht, daß die Pumpe nach dem erstmaligen Unterdruckaufbau ausgeschaltet wird und nur dann wieder eingeschaltet wird, wenn während der Katalysa­ torheizphase der gemessene Unterdruck im wenigstens einen Speicher der wenigstens einen mit Unterdruck betriebenen Einrichtung eine vorgegebene Schwelle unterschreitet oder sich dem über einen Drucksensor gemessenen oder über ein Mo­ dell berechneten Saugrohrunterdruck in der Antriebseinheit bis auf einen Schwellenwert angenähert hat. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die Pumpe immer rechtzeitig wieder eingeschaltet wird, bevor es zu einer Druckentnahme aus dem Saugrohr und somit zu einer störenden Leckluftzufuhr zur Brennkraftmaschine kommt.

Anstelle des Drucksensors wird in einer weiteren, kostengün­ stigen Ausführung ein Modell zur Abschätzung des Drucks am Druckspeicher eingesetzt. Die Abschätzung des Drucks im Un­ terdruckspeicher wird dabei durch Integration der Abweichung des Saugrohrdrucks vom Umgebungsdruck abgeleitet. In dieser Ausführung wird wie oben dargestellt die Vakuumpumpe immer dann angesteuert, wenn anzunehmen ist, daß während der Kata­ lysatorheizphase eine Druckentnahme aus Saugrohr stören wür­ de. Ferner wird in dieser Ausführung die Vakuumpumpe immer dann eingeschaltet, wenn davon ausgegangen wird, daß nicht genügend Unterdruck im Unterdruckspeicher vorhanden ist. Ei­ ne Aktivierung der Vakuumpumpe erfolgt daher beispielsweise bei Drehzahl 0 der Antriebseinheit oder wenn mehrere Brems­ vorgänge oder ein Bremsvorgang bestimmter Länge in Betriebs­ zuständen mit nicht ausreichendem Saugrohrunterdruck, zum Beispiel während der Katalysatorheizphase, stattgefunden ha­ ben. Während der Katalysatorheizphase, während der Zündwin­ kel nach spät verstellt ist (Momentenreserve), wird bei zu geringem Saugrohrunterdruck die Zündwinkeleinstellung beibe­ halten und zum Unterdruckaufbau die Vakuumpumpe eingeschal­ tet. Die Katalysatorheizung kann also fortgeführt werden.

Neben einem Bremskraftverstärker sind im Fahrzeug weitere Einrichtungen vorhanden, die mit Unterdruck betrieben wer­ den. Als Beispiel sei ein unterdruckunterstütztes Ventil für die Saugrohrumschaltung genannt. Diese weiteren Einrichtun­ gen weisen ebenfalls Druckspeicher 14 auf, die von der Vaku­ umpumpe und/oder dem Antriebsmotor über eine Druckleitung 26 mit Unterdruck versorgt werden. In einer Ausführung ist beim Anschluß eines zusätzlichen Vakuumspeichers an den Speicher des Bremskraftverstärkers eine Drosselstelle 28 vorgesehen, welche den zusätzlichen Vakuumspeicher vom Speicher des Bremskraftverstärkers entkoppelt. Beim Abfall des Schlauches 26 zu dem zusätzlichen Speicher vom Vakuummodul 10 kann ge­ nügend Druck im Speicher des Bremskraftverstärkers durch ei­ nen Dauerbetrieb der Vakuumpumpe aufrecht erhalten werden, so daß selbst in diesem Fall die Bremskraftunterstützung weiterhin wirkt. Mit dieser Lösung wird die Unterdruckver­ sorgung aller Einrichtungen des Fahrzeugs, die mit Unter­ druck betrieben werden, mittels der Vakuumpumpe über eine Unterdruckleitung möglich.

In vorteilhafter Weise werden ferner Undichtigkeiten im Va­ kuumsystem erkannt, wenn bei nicht betätigter Bremse und ggf. nicht geschalteten Zusatzvakuumverbrauchern ein häufi­ ges Einschalten der Vakuumpumpe erforderlich ist, um den Un­ terdruck zu halten.

In einem Ausführungsbeispiel sind die erforderlichen Kompo­ nenten Drucksensor, Rückschlagventile, Vakuumpumpe, Motor, Welle und gegebenenfalls Drosselstelle in einem Modul als einzige Einbaueinheit zusammengefaßt. Dadurch wird eine ein­ fache Montage des vorgefertigten Moduls im Fahrzeug möglich.

Die Aktivierung beziehungsweise Deaktivierung der Vakuumpum­ pe im obengenannten Sinn wird in einem bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiel als Rechnerprogramm einer Steuereinheit reali­ siert. Diese Steuereinheit kann ein separates Steuergerät zur Pumpenansteuerung sein oder ein neben der Motorsteuerung im Fahrzeug vorhandenes Steuergerät. Bei diesen Lösungen werden die zur Aktivierung und Deaktivierung der Vakuumpumpe notwendigen Informationen und Signale von der Motorsteuer­ einheit zugeführt. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel jedoch wird die Deaktivierung beziehungsweise Aktivierung der Vaku­ umpumpe direkt vom Motorsteuergerät aus vorgenommen. Die Realisierung als Rechnerprogramm ist anhand der Flußdiagram­ me der Fig. 2 bis 4 dargestellt.

Fig. 2 zeigt eine erste Ausführung der oben beschriebenen Vorgehensweise. Das dargestellte Programm wird mit Einschal­ ten der Versorgungsspannung des entsprechenden Steuergeräts eingeleitet. Danach findet ein erster Unterdruckaufbau statt. Im Schritt 99 wird die Pumpe aktiviert und danach im Schritt 100 der gemessene oder aufgrund eines Modells abge­ schätzte Druck am Druckspeicher der mit Unterdruck betriebe­ nen Einrichtung eingelesen. Er wird im darauffolgenden Schritt 102 mit einem vorgegebenen Sollwert Psoll vergli­ chen. Solange der gemessene Druck kleiner als der Sollwert ist, wird die Pumpe aktiv gehalten und weiter Druck aufge­ baut. Hat gemäß Schritt 102 der gemessene oder geschätzte Druck P den Solldruck Psoll erreicht, wird gemäß Schritt 104 die Pumpe deaktiviert. Danach ist der erstmalige Unterdruck­ aufbau abgeschlossen. In einem Ausführungsbeispiel trägt ne­ ben der Pumpe auch die Brennkraftmaschine zum Unterdruckauf­ bau bei.

Nach dem erstmaligen Unterdruckaufbau wird gemäß Schritt 106 überprüft, ob ein Betriebszustand vorliegt, in dem eine nicht bekannte Luftzufuhr in das Saugrohr der Brennkraftma­ schine störend wäre. Dies ist zum Beispiel dann der Fall, wenn eine thermoreaktive Katalysatoraufheizfunktion aktiv ist oder bestimmte Diagnosefunktionen. Ist dies nicht der Fall, wird der Unterdruck auf der Basis des gemessenen oder geschätzten Drucksignals aufrecht erhalten. Daher wird im Schritt 108 der Druck P am Unterdruckspeicher eingelesen und gemäß Schritt 110 mit dem Sollwert Psoll verglichen. Ist der gemessene Druck unter den Solldruck gefallen, wird gemäß Schritt 112 die Pumpe aktiviert, befindet sich der gemessene Druck über dem Solldruck, so wird die Pumpe deaktiviert (Schritt 114). Dabei ist bei dem Vergleich in Schritt 110 eine Hysterese eingebaut, um ein unnötiges Aktivieren und Deaktivieren der Pumpe zu vermeiden. Nach Schritt 112 bezie­ hungsweise 114 wird das Programm mit Schritt 106 erneut durchlaufen.

Wird im Schritt 106 erkannt, daß ein wie oben dargestellter Betriebszustand vorliegt, wird im Schritt 116 der Unterdruck sowie der Saugrohrdruck im Saugrohr der Brennkraftmaschine eingelesen. Letzterer wird gemessen oder aufgrund eines Mo­ dells berechnet. Im darauffolgenden Abfrageschritt 118 wird der gemessene Unterdruck mit dem Saugrohrdruck verglichen und/oder der gemessene Unterdruck mit einem vorgegebenen Mi­ nimaldruck Pmin. Wird in Schritt 118 erkannt, daß der Unter­ druck sich dem Saugrohrdruck bis auf einen bestimmten Wert Δ genähert hat oder daß der Unterdruck unter den Minimaldruck gefallen ist, wird die Pumpe gemäß Schritt 112 aktiviert. Ist die in Schritt 118 überprüfte Bedingung nicht erfüllt, wird gemäß Schritt 114 die Pumpe deaktiviert beziehungsweise bleibt deaktiviert.

In einem anderen Beispiel wird bei Ja-Ergebnis der Abfrage 106 anstelle der Schritte 116 und 118 die Vakuumpumpe dau­ ernd eingeschaltet, entsprechend der gestrichelten Linie 119.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Fig. 3 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Unterdruck im Druck­ speicher der mit Unterdruck betriebenen Einrichtung auf der Basis eines Modells abgeschätzt. Ein Ablaufdiagramm zeigt die grundsätzlichen Zusammenhänge.

Der Unterdruck im Vakuumspeicher wird durch einen Integrator 204 modelliert, sein Ausgangssignal stellt den Druck im Va­ kuumspeicher dar. Sein Eingangssignal repräsentiert die Un­ terdruckentnahmeanteile durch Bremsvorgänge sowie Unter­ druckaufbauanteile durch den Saugrohrunterdruck oder die Va­ kuumpumpe dar. Es ein gemessener oder über eine Modellbil­ dung aus dem gemessenen Luftmassensignal berechnete Saug­ rohrdruck PS und ein den Umgebungsdruck PAMB repräsentieren­ des Drucksignal zugeführt. Auf der Basis dieser beiden Drucksignale wird erkannt, ob ein ausreichender Unterdruck im Speicher vorhanden ist oder nicht. Dabei wird der Druck im Druckspeicher durch ein nachfolgend beschriebenes, einfa­ ches Modell nachgebildet.

Der Integrator wird zunächst bei einem Signal aus der K115 ein resetiert. Sein Ausgang PDS-ist wird dadurch zu Null und der Vergleich 10 mit dem Solldruck PDS-sollVP liefert ein Signal kleiner 0, das über das Hystereseglied 252, den In­ verter 254 und das Oderglied 256 zum Einschalten der Vakuum­ pumpe führt. Gleichzeitig wird auf den Eingang des Integra­ tors das Druckerhöhungssignal durch die Vakuumpumpe DPVP ge­ schaltet. Dies führt (auch bei Drehzahl Null) zum Anstieg von PDS-ist bis auf PDS-soll + DPHYS und dadurch zum Ab­ schalten der VP (Verknüpfungsstelle 258). Die VP wird über 256 auch während Katheizen (Bedingung B-Kath aktiv) einge­ schaltet, um Störungen der Gemischbildung zu verhindern.

Zunächst wird in der Verknüpfungsstelle 200 die Abweichung zwischen Saugrohrdruck PS und Umgebungsdruck PAMB gebildet. Der Saugrohrdruck kann dabei über einen Drucksensor gemessen oder über ein Saugrohrmodell berechnet werden. Die Abwei­ chung DPS wird einer weiteren Verknüpfungsstelle 202 zuge­ führt, in der von der Abweichung DPS das Ausgangssignal PDS_IST des Integrators (Konstante KI) 204 abgezogen wird. Die Differenz zwischen der Druckabweichung und dem Integra­ torstand wird in einer Multiplikationsstelle 206 mit einem Faktor FDPDS gewichtet, welcher näherungsweise die Zeitkon­ stante des Druckspeichers in Verbindung mit der Drosselstel­ le für die Druckentnahme darstellt. Die gewichtete Größe dient dem Integrator 204 als weiteres Eingangssignal. Das Ausgangssignal des Integrators PDS_IST wird in der zweiten Verknüpfungsstelle 208 mit einem Sollwert PDS_Soll vergli­ chen. PDS-soll ist der Wert (z. B. 500 hPa), der über den Saugrohrunterdruck erreicht werden soll, er liegt höher als der Wert PDS-SollVP (z. B. 450 hPa), bei dessen Unterschrei­ tung die Vakuumpumpe eingeschaltet wird. Liegt der Modell­ druck PDS_IST um einen Hysteresewert DPHYS über dem Soll­ druck, wird der Ausgang des Hystereseglieds 209 zu Null und die Druckdifferenz dpds.FDPDS wird vom Eingang des Integra­ tors abgekoppelt (Schaltelement 210). In diesem Fall wurde über den Saugrohrunterdruck genügend Druck im Druckspeicher aufgebaut, so daß die Vakuumpumpe nicht eingeschaltet werden muß. Liegt der Istwert dagegen unter dem Sollwert, wird als weitere Bedingung, die durch den Schwellenschalter 212 und die Und-Verbindung 214 gegeben ist, das Differenzsignal dpds.FDPDS nur dann auf den Eingang des Integrators aufge­ schaltet, wenn dieses Signal größer Null ist, d. h. wenn der gemessene oder berechnete Saugrohrdruck unter dem Modell­ druck im Druckspeicher liegt, da nur dann eine Evakuierung stattfinden kann. Der Integrator kann also über diesen Pfad nur erhöht werden, wenn der gemessene oder berechnete Saug­ rohrdruck unter dem Modelldruck im Druckspeicher liegt und der Istdruck im Druckspeicher kleiner als der Solldruck ist. Sinkt der Modelldruck im Druckspeicher über die nachfolgend beschriebene Druckentnahme durch Bremsvorgänge unter den Wert PDS-soll-VP ohne daß er vorher durch den Saugrohrunter­ druck angehoben wird, wird die VP wie oben beschrieben ein­ geschaltet und läuft bis der Hysteresewert DPHYSVP über­ schritten wird. Dieser wird vorzugsweise so gewählt, daß der Endmodelldruck gleich ist wie für den druckgespeisten Pfad, das heißt PDS-ist+DPHYS = PDS-istVP+DPHYSVP.

Wird der Integrator sowohl durch Saugrohrunterdruck, als auch durch die Vakuumpumpe gespeist, erhöht er sich entspre­ chend schneller auf den Endwert und die Pumpe wird früher abgeschaltet. Die Druckentnahme aus dem Unterdruckspeicher wird dadurch nachgebildet, daß die folgenden Größen, gewich­ tet mit dem vorhandenen Modelldruck im Speicher, vom Ein­ gangssignal des Integrators abgezogen werden: Ein konstanter dauernd wirkender Anteil DPVERL, um einen geringen Druckver­ lust durch Undichtheiten nachzubilden, ein konstanter, grö­ ßerer Wert, der abgezogen wird, solange der Bremsschalter betätigt ist, um Modulationen im Bremsdruck und die resul­ tierende Druckentnahme nachzubilden und ein noch größerer Wert, der nur nach Betätigen des Bremsschalters für eine ge­ wisse Zeit abgezogen wird, um die beim Betätigen der Bremse erfolgende Druckentnahme nachzubilden. Um diese Werte zu be­ rücksichtigen, wird der Status des Bremslichtschalters S_BL zugeführt. Ist der Status gleich 1, d. h. das Bremspedal be­ tätigt, was im Vergleicher 216 erkannt wird, wird das Schal­ telement 218 geschlossen und der zweite obengenannte Wert DPBRD in einer Verknüpfungsstelle 220 aufgeschaltet. Dieses Signal wird einer weiteren Verknüpfungsstelle 222 zugeführt, in dem der Druckverlustwert DPVERL aufgeschaltet wird. Diese Signale werden einer Wichtungsstelle 224 zugeführt, der fer­ ner der Modelldruck PDS_Ist zugeführt wird. Der gewichtete Modelldruck wird dann in der Verknüpfungsstelle 226 vom Ein­ gangssignal des Integrators abgezogen. Dadurch wird die Druckentnahme berücksichtigt. Der Verknüpfungsstelle 220 wird ferner wie oben dargestellt ein weiterer Wert DPBRT zu­ geführt, der bei positiver und/oder negativer Flanke des Bremslichtschaltersignals aufgeschaltet wird. Im Vergleicher 128 wird eine Flanke des Bremslichtschaltersignals erkannt und dann ein Zeitzähler 230 gestartet. Dieser gibt für die Zeit T ein Signal ab, welches einen vorgegebenen Wert DPBRT der Verknüpfungsstelle 220 aufschaltet. Ist die Zeit nach Betätigen des Bremsschalters abgelaufen, wird die Wichtung in der Wichtungsstelle 232 derart beeinflußt, daß der Wert DPBRT nicht mehr aufgeschaltet wird.

Das beschriebene Modell ist einfach und kann in anderen Aus­ führungen noch detaillierter ausgeführt werden. Die verwen­ deten Größen sind fest vorgegeben und werden je nach Anwen­ dungsfall appliziert. Charakteristisch am Modell ist, daß der Modellunterdruck im Vakuumspeicher durch den Saugrohrun­ terdruck und die Vakuumpumpe erhöht und durch Bremsvorgänge verringert werden kann und daß die Vakuumpumpe eingeschaltet wird, wenn der Modellunterdruck geringer ist als ein vorge­ gebener Wert. Das Integral der Abweichung zwischen Saugrohr­ druck und Umgebungsdruck.

Wie oben erwähnt bietet die druckabhängige Steuerung der Va­ kuumpumpe auch die Möglichkeit, das Unterdrucksystem zu dia­ gnostizieren. Eine bevorzugte Vorgehensweise ist anhand des Flußdiagramms der Fig. 4 dargestellt. Nach Start des Dia­ gnoseprogramms zu vorgegebenen Zeitpunkten wird im ersten Schritt 300 überprüft, ob die Pumpe gerade angesteuert wird. Ist dies nicht der Fall, wird das Programm beendet und zum nächsten Zeitpunkt erneut durchlaufen. Wird die Pumpe ange­ steuert, was auf der Basis des Ausgangszustandes des Steuer­ gerätes festgestellt wird, wird der Unterdruck P gemäß Schritt 302 zu wenigstens 2 unterschiedlichen Zeitpunkten eingelesen. Daraufhin wird im Schritt 304 überprüft, ob eine Druckänderung durch die Pumpe stattgefunden hat beziehungs­ weise ob die Druckänderung innerhalb eines vorbestimmten To­ leranzbandes liegt. Ist dies nicht der Fall, wird von einem Fehler ausgegangen, der gemäß Schritt 306 angezeigt wird, entspricht die Druckänderung den Erwartungen, wird von einem funktionsfähigen System ausgegangen, das Programm beendet und zum nächsten Zeitpunkt erneut durchlaufen.

Claims (21)

1. Verfahren zum Bereitstellen von Unterdruck in einem Fahr­ zeug, mit einer Pumpe (34), welche wenigstens eine mit Un­ terdruck betriebene Einrichtung (12) im Fahrzeug mit Unter­ druck versorgt, wobei der Unterdruck im Bereich der Einrich­ tung ermittelt wird und die Pumpe aktiviert wird, wenn der ermittelte Unterdruck einen vorgegebenen Schwellenwert un­ terschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterdruckpum­ pe ferner abhängig vom Betriebszustand der Antriebseinheit des Fahrzeugs aktiviert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebszustand zum Einschalten der Unterdruckpumpe dann vorliegt, wenn davon auszugehen ist, daß nicht genügend Un­ terdruck durch die Antriebseinheit vorhanden ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebszustand dann vorliegt, wenn die Drehzahl der An­ triebseinheit 0 ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor eine Brennkraftmaschine ist und der Betriebszustand dann vorliegt, wenn bei nicht ausreichendem Saugrohrunterdruck mehrere Bremsvorgänge oder ein Bremsvor­ gang länger als eine vorbestimmte Dauer erfolgt sind.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor eine Brennkraftmaschi­ ne ist und der Betriebszustand dann vorliegt, wenn eine durch die Unterdruckentnahme aus dem Saugrohr erzeugte zu­ sätzliche Luftzufuhr auf die Abgaszusammensetzung der Brenn­ kraftmaschine störend sich auswirkt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebszustand dann vorliegt, wenn ein Katalysator geheizt oder wenn Diagnosefunktionen durch­ geführt werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Unterdruckpumpe über Rückschlagventile an eine Druckversorgungsleitung vom Saug­ rohr einer Brennkraftmaschine zum Druckspeicher der mit Un­ terdruck betriebenen Einrichtung angekoppelt ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterdruck mittels eines Absolut­ drucksensors gemessen wird, der den Absolutdruck im Druck­ speicher mißt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterdruck mittels eines Differenz­ drucksensors gemessen wird, der die Druckdifferenz zwischen Speicher und Umgebung mißt.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivierung der Unterdruckpumpe in einem separaten Pumpensteuergerät, oder einem Steuergerät im Fahrzeug, insbesondere einem Motorsteuergerät, stattfindet.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während einer Katalysatorheizphase mit Sekundärluft die Unterdruckpumpe dauernd eingeschaltet ist.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterdruckpumpe während einer Kata­ lysatorheizphase dann eingeschaltet wird, wenn der Druck bis auf einen vorgegebenen Schwellenwert an den Saugrohrdruck der Brennkraftmaschine herankommt.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck durch ein Druckmodell in Ab­ hängigkeit von Ersatzgrößen wie Umgebungsdruck und Saugrohr­ druck, und/oder angenommene Größen für Druckentnahme bei Bremsvorgängen und Druckaufbau durch die Vakuumpumpe be­ stimmt wird.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe einschaltet wird, wenn der Mo­ delldruck geringer als ein vorgegebener Wert geworden ist.

15. Verfahren zum Bereitstellen von Unterdruck in einem Fahr­ zeug, mit einer Pumpe (34), welche wenigstens eine mit Un­ terdruck betriebene Einrichtung (12) im Fahrzeug mit Unter­ druck versorgt, wobei der Unterdruck im Bereich der Einrich­ tung ermittelt wird und die Pumpe aktiviert wird, wenn der ermittelte Unterdruck einen vorgegebenen Schwellenwert un­ terschreitet, insbesondere nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Diagnose des Un­ terdrucksystems erfolgt, indem bei angesteuerter Pumpe eine Änderung des Unterdrucks überwacht wird und wenn die Druckänderung bei angesteuerter Pumpe der erwarteten Ände­ rung nicht entspricht, der Fehler dem Fahrer oder Kunden­ dienst angezeigt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem erkannten Fehler der Vakuumpumpe Maßnahmen der Motor­ steuerung eingeleitet werden, die den Unterdruck auch ohne Pumpe sicherstellen, z. B. Verbot von Katheizmaßnahmen durch Zündwinkelspätziehung oder Umschaltung auf gedrosselten Ho­ mogenbetrieb bei Benzindirekteinspritzung.

17. Verfahren zum Bereitstellen von Unterdruck in einem Fahr­ zeug, mit einer Pumpe (34), welche wenigstens eine mit Un­ terdruck betriebene Einrichtung (12) im Fahrzeug mit Unter­ druck versorgt, wobei der Unterdruck im Bereich der Einrich­ tung ermittelt wird und die Pumpe aktiviert wird, wenn der ermittelte Unterdruck einen vorgegebenen Schwellenwert un­ terschreitet, insbesondere nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fehler des Unter­ drucksystems angezeigt wird, wenn bei nicht betätigter Brem­ se oder nicht geschalteten Zusatzverbrauchern ein häufiges Einschalten der Vakuumpumpe zum Halten des Unterdrucks er­ kannt wird.

18. Verfahren zum Bereitstellen von Unterdruck, dadurch gekenn­ zeichnet, daß wenn der Saugrohrdruck niedriger ist als der Druck um Vakuumspeicher und dann kein Absinken des Speicher­ drucks erkannt wird, auf einen Fehler in der Anschlußleitung zum Saugrohr geschlossen wird.

19. Vorrichtung zum Betreiben einer Unterdruckpumpe in einem Fahrzeug, mit einer elektromotorisch angetriebenen Unter­ druckpumpe (34), welche Unterdruck für wenigstens eine mit Unterdruck arbeitenden Einrichtung (12) im Fahrzeug bereit­ stellt, mit einem Steuergerät (16), welches ein Maß für den herrschenden Unterdruck ermittelt und welches bei Unter­ schreiten eines vorgegebenen Schwellenwertes durch den er­ mittelten Unterdruck die Pumpe aktiviert, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Steuergerät (16) bei Vorliegen wenigstens eines vorgegebenen Betriebszustandes der Antriebseinheit des Fahrzeugs die Pumpe zusätzlich aktiviert.

20. Vorrichtung zur Bereitstellung von Unterdruck in einem Fahr­ zeug, mit einer Unterdruckpumpe (34), Rückschlagventile (24, 38), über die die Unterdruckpumpe an eine Druckversorgungs­ leitung (22) vom Saugrohr einer Brennkraftmaschine ange­ schlossen ist, mit einem Elektromotor (36), einem Einschalt­ mittel (44, 46), wobei diese Komponenten zu einem Modul (10) als Einbaueinheit zusammengefaßt sind, wobei an das Modul ein Steuergerät zum Schalten des Einschaltmittels ange­ schlossen werden kann.

21. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ferner an die Vakuumpumpe weitere Vaku­ umverbraucher angeschlossen sind, wobei diese über eine Drossel vom Speicher eines Bremskraftverstärkers entkoppelt sind.