DE2523283A1

DE2523283A1 - Steuersystem fuer die leerlaufdrehzahl beim warmlaufen einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2523283A1
Application number: DE19752523283
Authority: DE
Inventors: Charles M Coscia
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1974-06-14
Filing date: 1975-05-26
Publication date: 1976-01-02
Also published as: IT1038969B; JPS512834A; GB1470642A; FR2274792A1; SU634689A3; US3964457A; CA1035024A; FR2274792B1

Description

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D-8023 München-Pullach, Wiener Str. 2; Tel (089) 7d3 3G7i, Telex 5212147 Li as d; Cables: «Patentibus» München

Diplom Ingenieure

Ihr Zeichen: Tag: 13. Mal 1975

Yourref.: ^Date:vl/Pz _ 5225-A

THE BENDIX CORPORATION, Executive Offices, Bendix Center, Southfield, Michigan 48075, Michigan, USA

Steuersystem für die Leerlaufdrehzahl beim Warmlaufen einer Brennkraftmaschine.

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Luftzufuhrsteuerung beim Warmlaufen einer Brennkraftmaschine und insbesondere die Luftzufuhrsteuerung während der Start- und Warmlaufperioden der Maschine, was man als Schnelleerlauf-Steuerung bezeichnen könnte, wobei durch das Steuersystem die Leerlauf-Luftströmung in die Maschine die Leerlaufdrehzahl der Maschine während der Übergangs-Warmlaufperiode steuert.

Es ist die Forderung bereits bekannt, daß eine kalte Brennkraftmaschine mit wesentlich höherer Leerlaufdrehzahl laufen muß, als eine warme Maschine, um dadurch die erhöhte Viscosität und Reibungslasten zu überwinden, die bei einer kalten Maschine auftreten. Dieses Problem wurde bereits zu einem frühen Zeitpunkt bei der Entwicklung von Brennkraftmaschinen gelöst und zwar mit Hilfe einer Einrichtung, die im herkömmlichen Sinn nun als Schnelleer-

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laufsteuerung bezeichnet wird. Diese Steuereinheiten bestehen primär aus offenen Steuerschleifen mit einer Betriebsdauer, die auf die Temperatur der Maschine bezogen ist oder eine feste Zeitperiode andauert. Bereits bekannte Schnelleerlauf-Steuereinrichtungen verwenden thermisch expandierende oder auf Temperatur ansprechende Vorrichtungen, wie beispielsweise Bi-metallfedern, um dadurch die Stellung eines Schnelleerlauf-Nockens einzustellen, der die Leerlaufstellung des Drosselkörpers in dem primären Luftzuführsystem steuert. In der US-Patentschrift 2 420 917 mit dem Titel "Carburetor" ist eine typische Vorrichtung dieses zuvor erwähnten Typs beschrieben. Schnelleerlauf-Steuereinrichtungen des in der genannten Patentschrift behandelten Typs und Abwandlungen dieser Steuereinrichtungen konnten sich weit auf dem Automobilsektor und verwandten Gebieten verbreiten und werden auch heute noch verwendet. Als Alternative zur Steuerung der Stellung des Droselkörpers, um dadurch einen schnellen Leerlauf während der Aufwärmperiode der Maschine zu erreichen, gibt es gemäß dem Stand der Technik verschiedene Systeme, bei denen ein ventilgesteuerter, den Drosselkörper überbrückender Luftkanal zur Anwendung gelangt, über den eine Hilfsluft oder Leerlaufluft in das Ansaugrohr eingeführt wird und zwar an einer Stelle stromabwärts von dem geschlossenen Drosselkörper. In dem US-Patent 3 6*J5 509 ist ein System beschrieben, bei welchem ein elektrisch erwärmtes Rohrventil oder Schieberventil zur Anwendung gelangt, um die Leerlauf-Luftmenge zu steuern, die dem Ansaugrohr als Punktion der Zeit zugeführt wird und zwar auf der Grundlage der Ausgangstemperatur der Maschine, unabhängig von der tatsächlichen Geschwindigkeit, in welcher sich die Maschine erwärmt. Bei einem weiteren aus der US-Patentschrift 3 739 760 bekannten System wird der Leerlauf-Luftstrom thermostatmäßig als Punktion der Maschinentemperatur gesteuert. Bei dem letzterwähnten System kommt auch eine Einrichtung zur Anwendung, um eine proportionale Menge an Brennstoff mit der Leerlaufluftmenge vor dem Eintritt in das Ansaugrohr vorzumischen.

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Es sind auch geschlossene Schleifensysteme zum Steuern einer Maschine bekannt, damit diese auf einer vorbestimmten oder vom Fahrer eingestellten Drehzahl dreht und diese Systeme sind für eine Reihe von Fahrzeugen und auch Flugzeugen im Handel erhältlich. Obwohl die Mehrzahl dieser Maschinendrehzahl-Steuersysteme dafür ausgelegt sind, die Maschinen bei Drehzahlen zu steuern, die sehr viel höher liegt als die Anlaß-Leerlaufdrehzahl, ist in der US-Patentschrift 3 66l 131 vorgeschlagen, daß ein derartiges Drehzahlsteuersystem dazu verwendet werden kann, die Leerlaufdrehzahl der Maschine zu steuern. In der letzterwähnten Patentschrift ist jedoch lediglich die Verwendung einer festen Bezugsgröße für die Steuerung der Leerlaufdrehzahl der Maschine offenbart, wobei dieses System als eine Steuereinrichtung während der Übergangsaufwärmperiode unwirksam ist, bei welcher sich die Leerlaufdrehzahl, die zum Aufrechterhalten des Betriebes der Maschine erforderlich ist, dauernd ändert.

Die Leerlaufdrehzahl irgendeiner gegebenen Brennkraftmaschine ist primär eine Funktion von drei Parametern und zwar der Luft, des Brennstoffs und der Belastung. Bei den bekannten Systemen mit schnellen Leerlauf-Steuereinrichtungen wird die Belastung der Maschine während der Aufwärmperiode lediglich als eine Funktion der Temperatur der Maschine betrachtet und zwar unabhängig von der nachfolgenden mechanischen Last, die während der Aufwärmperiode an der Maschine hängt. Ein typisches Beispiel einer veränderlichen Belastung läßt sich auf dem Automobilsektor finden, bei welchem vor dem Aufwärmen der Maschine auf ihre normale Betriebstemperatur der Fahrer die Maschine mit dem Getriebe kuppelt und schließlich auch mit den Antriebsrädern kuppelt, während die Maschine noch kalt ist und sich noch in ihrem Schnelleerlaufbetrieb befindet. Um zu verhindern, daß die Maschine abgewürgt wird, muß gemäß der Lehre des Standes der Technik die Schnellleerlaufsteuerung so eingestellt werden, daß dabei der höchsten vorkommenden Maschinenbelastung Rechnung getragen wird, die wesentlich höher liegt, als diejenige, die zum Aufrechterhalten des

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Betriebes der Maschine ohne die zusätzliche Last erforderlich ist. Als Ergebnis sind diese Offenschleifen-Systeme unwirksam und verschwenderisch und tragen auch noch zu der bereits übermäßig großen Abgasverunreinigung bei.

Darüberhinaus befassen sich die Drehzahlsteuersysteme nach dem Stand der Technik lediglich mit der Belastung und nicht mit den Aufwärm-Anforderungen der Maschine.

Die vorliegende Erfindung richtet sich auf eine Schnelleerlaufsteuereinrichtung mit geschlossener Schleife, die kontinuierlich die Leerlauf-Luftabgabe an die Maschine während der Aufwärmperiode steuert, um die Leerlaufdrehzahl der Maschine auf einem bestimmten Drehzahlwert als Punktion der Maschinentemperatur zu

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halten. Da/sich beim Gegenstand der Erfindung um ein System mit geschlossener Schleife handelt, werden bei dem Hilfsluft-Zuführsystem automatisch Änderungen der Maschinenbelastung kompensiert, ob diese nun innerhalb der Maschine selbst oder außen an der Maschine angehängt werden, und es werden ebenso Änderungen in der Leerlaufdrehzahl kompensiert, die zum Aufrechterhalten des Betriebes der Maschine als Punktion der Betriebstemperatur derselben erforderlich sind.

Das System nach der Erfindung ist ein sogenanntes elektronisches HiIfsluft-Zufuhrsystem mit geschlossener Schleife (CLEAD-System), um schnell und genau eine Hilfsluftmenge einer Brennkraftmaschine zuzuführen, so daß dadurch das Starten der Maschine und die Pahreigenschaften während der Aufwärmperiode optimal gestaltet werden, dabei jedoch der Brennstoffverbrauch und die unerwünschten Abgase während der kritischen Phase des Betriebes der Maschine minimal gestaltet werden. Bei dem System nach der Erfindung gelangt ein Bezugssignalgenerator zur Anwendung, der ein die gewünschte Leerlaufdrehzahl der Maschine als Punktion der Maschinentemperatur angebendes Signal erzeugt, weiter ein Maschinendrehzahl-PiWLer, der ein die tatsächliche Drehzahl der

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Maschine wiedergebendes Signal erzeugt, eine Vergleichsstufe, welche die tatsächliche Drehzahl der Maschine mit der gewünschten Maschinendrehzahl vergleicht und ein Steuersignal erzeugt, und schließlich ein Servomechanismus, der auf das Steuersignal anspricht und den Luftströmungs-Steuermechanismus betätigt und bestrebt ist, die Differenz zwischen der gewünschten Maschinendrehzahl und der tatsächlichen Maschinendrehzahl zu reduzieren.

Die Maschinentemperatur-Fühler und Drehzahlfühler die bei dem System nach der Erfindung verwendet werden, können aus herkömmlichen Temperatur- und Drehzahlfühlern bestehen, wie sie bei elektronischen Einspritzsteuersystemen (EPI) zur Anwendung gelangen j das System nach der Erfindung läßt sich jedoch auch bei herkömmlichen nicht mit einem EFI-System ausgestatteten Maschinen mit einigen Modifikationen einsetzen. Der Luftströmungs-Steuermechanismus kann irgendeine herkömmliche Form haben, wie er beim Stand der Technik Verwendung findet oder kann aus speziellen Vorrichtungen bestehen, wie sie noch beschrieben werden sollen.

Es ist Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Hilfsluft-Zuführsystem zu schaffen, welches die Leerlaufdrehzahl der Maschine während der Übergangsaufwärmperiode steuert. Durch die Erfindung soll auch ein System mit geschlossener Schleife geschaffen werden, mit dem die Leerlaufdrehzahl einer Maschine als Funktion der Maschinentemperatur gesteuert werden kann. Auch soll durch die Erfindung ein System mit geschlossener Schleife geschaffen werden, welches während der Leerlaufphase die Leerlaufdrehzahl der Maschine als Funktion der Maschinentemperatur steuert und zwar ungeachtet der internen oder externen sekondären Belastung der Maschine (d. h. das angekuppelte automatische Getriebe). Auch ist es Aufgabe der Erfindung ein System mit geschlossener Schleife zu schaffen, welches die tatsächliche Drehzahl der Maschine mit einer gewünschten Maschinendrehzahl vergleicht, um ein Steuersignal zu erzeugen, welches eine Änderung in der Luft-

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zufuhr anzeigt, die erforderlich ist, damit die Maschine auf einer gewünschten Drehzahl leerläuft. Auch soll das System nach der Erfindung vollständig automatisch arbeiten. Schließlich soll durch die Erfindung ein Luftsteuersystem mit geschlossener Schleife geschaffen werden, welches sowohl bei Brennkraftmaschinen mit einem elektronischen Einspritzsteuersystem als auch ohne ein solches System verwendet werden kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild des Hilfsluft-Zuführsystems mit geschlossener Schleife;

Fig. 2 das Hilfsluft-Zuführsystem mit geschlossener Schleife, welches einen Schnelleerlauf-Nocken betätigt, der die Leeriaufposition des Drosselkörpers in dem primären Luftzuführsystem steuert;

Fig. 3 das Hilfsluft-Zuführsystem mit geschlossener Schleife, welches die Luftströmung durch einen Leerlaufüberbrüekungskanal steuert;

Fig. 4 eine alternative Ausführungsform des Systems gemäß Figur 3; und

Fig. 5 das Hilfsluft-System mit geschlossener Schleife mit einer hydraulischen Kopplungseinrichtung.

In Figur 1 ist ein Blockschaltbild des elektronischen Hilfsluftzuführsystems mit geschlossener Schleife gezeigt, welches im folgenden als CLEAD-System bezeichnet werden soll. Die Maschine 10 saugt von einer externen Quelle Luft an, die gewöhnlich durch die Atmosphäre gebildet ist und zwar über ein primäres Luftzuführsystem 12, welches vom Fahrer betätigt wird. Die zum Auf-

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rechterhalten des Betriebes der Maschine erforderliche Luft bei geschlossener Drosselklappe oder beim Leerlauf, die im folgenden als "Leerlaufluft" bezeichnet Werden soll, wird durch das Leerlaufluft-Zuführsystem 13 gesteuert. Das Leerlaufluft-Zuführsystem kann in dem primären Luftzuführsystem integriert angeordnet sein oder von diesem unabhängig angeordnet sein und steuert die Leerlaufdrehzahl der Maschine. Das Leerlaufluft-Zuführsystem umfaßt einen Servomechanismus, der eine Vorrichtung betätigen kann, welche die Stellung der Drosselklappe in dem primären Luftzuführsystem (ausgezogene Linie) steuert, wie dies hinsichtlich des US-Patentes 2 420 917 erläutert wurde, oder kann ein Ventil in einem die Drosselklappe überbrückenden Luftkanal steuern (strichlierte Linie), wie dies hinsichtlich der US-Patentschriften 3 645 509 und 366I I3I erläutert wurde.

Die Maschine wird über eine Brennstoffsteuervorrichtung 14 mit Brennstoff versorgt und zwar aus einer Brennstoffversorgungsquelle 16, wie beispielsweise einem Benzintank bei einem Kraftfahrzeug. Die Brennstoffzuführsteuerung 14 kann aus einem elektronischen Brennstoffeinspritzsteuersystem (EPI) bestehen, bei welchem Abtaster der Maschine zur Anwendung gelangen, ebenso ein elektronischer Brennstoffsteuer-Rechner, der die erforderliche Brennstoffmenge aus den abgetasteten Betriebsparametern der Maschine inklusive der von der Maschine aufgenommenen Luftmenge berechnet, weiter mit Brennstoffeinspritzventilen, einer Brennstoffpumpe und weiteren Zubehörteilen, die notwendigerweise bei diesem Typ eines Brennstoffzuführsystems vorhanden sind, oder daß Brennstoffzuführsteuersystem kann aus einem herkömmlicheren Vergaser bestehen und dessen Zubehörteile, die in dem primären Luftzuführsystem integriert angeordnet sein können oder kann aus irgendeinem anderen Typ des Brennstoffzuführsystems bestehen, welches bekannt ist. Die kombinierte Luft- und Brennstoffströmung in die Maschine und die Belastung der Maschine sind für die tatsächliche oder resultierende Maschinendrehzahl bestimmend.

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An die Maschine ist ein Maschinendrehzahlfühler 18 angeschlossen, der ein die Drehzahl der Maschine wiedergebendes Signal erzeugt. Der Drehzahlfühler kann irgendeine Form haben, die allgemein Verwendung findet, wie beispielsweise ein Tachometer oder Fühler, der dem Verteiler zugeordnet ist oder einen mechanisch bewegten Teil zugeordnet ist, wie beispielsweise dem Schwungrad oder dem Starterantriebsrad. Die genaue Form oder Quelle der Drehzahlinformationen spielt für den Gegenstand der Erfindung keine Rolle. Der Maschine ist auch ein Temperaturfühler 20 zugeordnet, der ein die Maschinentemperatur wiedergebendes Signal erzeugt. Dieses Temperatursignal kann ein elektrisches Signal sein oder aus einer mechanischen Bewegung bestehen. Es kann irgendein Maschinentemperaturfühler verwendet werden, der bekannt ist und der diese Funktionen durchführen kann. Die festgestellte Temperäur kann die Temperatur des Maschinenblocks, des Kühlmittels der Maschine oder selbst die Temperatur des Öls der Maschine sein.

Das die Maschinentemperatur wiedergebende Signal wird zu einem Bezugsdrehzahl-Signalgenerator 22 geleitet, der in Abhängigkeit von dem Temperatursignal ein Bezugs-Drehzahlsignal erzeugt, welches einen auf der Temperatur der Maschine und der Drehzahl der . Maschine basierenden vorbestimmten Wert aufweist, wobei diese Drehzahl dazu erforderlich ist, um den Betrieb der Maschine bei dieser Temperatur aufrechtzuerhalten.

Das Beζugsdrehzahlsignal aus dem Bezugsdrehzahl-Signalgenerator 22 und das tatsächliche Maschinendrehzahlsignal aus dem Drehzahlfühler 18 werden in der Vergleichsstufe 2H verglichen, die ein Steuersignal erzeugt, welches die Differenz und die Richtung bzw. Vorzeichen der Differenz zwischen den zwei Drehzahlsignalen wiedergibt. Das Steuersignal gelangt zu dem Leerlauf-Luftzuführsystem 13» welches die Leerlaufluftströmung in die Maschine steuert. Das Leerlaufluft-Zuführsystem 13 erhöht oder vermindert die Leerlaufluftströmung in einer Richtung, derart, daß dabei die Differenz zwischen dem Bezugsdrehzahlsignal und dem tatsäch-

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lichen Drehzahlsignal auf Null reduziert wird. Auf diese Weise wird der schnelle Leerlaufbetrieb der Maschine während der Startperiode und der Übergangsaufwärmperiode durch das CLEAD-System aufrechterhalten und zwar auf einer Drehzahl, die von der Temperatur der Maschine bestimmt wird und von der Belastung unabhängig ist. Wenn sich daher die Belastung der Maschine ändert, so ändert das CLEAD-System die Leerlaufluftströmung, um die Leerlaufdrehzahl der Maschine auf einer Leerlaufdrehzahl zu halten, die erforderlich ist, damit die Betriebsweise der Maschine bei der festgestellten Maschinentemperatur aufrechterhalten wird.

Die Realisierung bzw. Ausführung des CLEAD-Systems bei existierenden und zukünftigen Brennkraftmaschinen kann verschiedenartig sein. Das in Figur 2 gezeigte System läßt sich direkt bei Maschinen mit Vergaser oder elektronischer Brennstoffeinspritzung verwenden, die einen Schnelleerlaufnocken besitzen, der die Stellung der Drosselklappe in dem primären Luftzuführsystem steuert. Es ist auch ein Abschnitt 26 des primären Luftzuführsystems gezeigt, der einen Luftkanal 28 aufweist, welcher Umgebungsluft in die Maschine leitet. Eine Drosselklappe 30 ist an der Drosselwelle 32 befestigt und dreht sich mit dieser und kann durch den Fahrer mit Hilfe eines Gaspedals 34 betätigt werden, wobei ein Verbindungsgestänge 36 vorgesehen ist, durch welches der Betätigungsarm 38 gedreht wird, der an der Drosselwelle 32 befestigt ist und diese in geeigneter Weise dreht. Durch Niederdrücken des Gaspedals 34 dreht sich der Betätigungsarm 38 um eine Achse, die konzentrisch zur Drosselwelle 32 verläuft und dreht die Drosselklappe 30 in die strichliert gezeichnete Stellung 30', so daß dadurch die Luftströmung in die Maschine erhöht wird und die Drehzahl der Maschine zunimmt. Die Leerlaufstellung der Drosselklappe wird durch eine Einstellschraube 40 eingestellt, die über ein Gewinde in das Ende des Betätigungsarmes 38 eingesetzt ist und zwar gegenüber dem Ende, welches an der Drosselwelle 32 befestigt ist und welches an- die Fläche des Schnelleerlaufnockens 42 angreift. Die Einstellschraube 40 wird in Angriff mit der

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Nockenfläche gehalten und zwar über eine nachgebende oder federnde Einrichtung, wie eine Feder 44, die den Betätigungsarm 38 in eine Drehrichtung drückt und zwar in Richtung auf die Nockenfläche. Die Stellung der Schnelle^laufnocke 42 wird durch einen in zwei Richtungen antreibbaren elektrisch angetriebenen Motor 46 gesteuert, der mechanisch an die Nooke angeschlossen ist. Die Nocke 4 2 kann direkt an der Ausgangswelle 48 des Motors 46 befestigt sein und kann sich mit dieser drehen oder kann mit Hilfe eines mechanischen Gestänges befestigt sein, welches symbolisch durch die strichlierte Linie 50 angedeutet ist. Die Stelle der Ausgangswelle 48 des Motors wird durch das Steuersignal gesteuert, welches durch die Vergleichsstufe 24 durch einen Verstärker 52 verstärkt erzeugt wird. Es sind eine Reihe von elektrischen Schaltungen für die Betätigung des elektrischen Motors in Abhängigkeit von Steuersignalen bekannt, die für den Zweck der Erfindung dienlich sind, wie beispielsweise die in dem Patent 3 661 83I beschriebene, so daß diese Einrichtung nicht näher erläutert werden braucht. Beispielsweise kann der Motor 46 aus einem Schrittmotor desjenigen Typs bestehen, der in einer Richtung weiterschaltet und zwar in Abhängigkeit von einem positiven Signal und der in die entgegengesetzte Drehrichtung weiterschaltet in Abhängigkeit von einem negativen Signal oder umgekehrt. Der Verstärker 52 würde dann nur dazu verwendet werden, ein positives oder negatives Signal in Abhängigkeit von einem Pehlersignal zu erzeugen, welches durch die Vergleichsstufe oberhalb einer vorbestimmten Größe erzeugt wird. Bei anderen Typen von Schrittmotoren, die impulsform!ge Signale oder Signale an vorbestimmten Eingangsleitungen erfordert, würde der Verstärker 52 dazu erforderlich sein, um die erforderlichen Impulssignale oder Signale zu erzeugen, die den geeigneten Anschlüssen in Abhängigkeit von dem Steuersignal zugeführt werden.

Für den Fachmann ist es offensichtlich, daß der Motor 46 auch aus einem reversiblen Elektromotor mit hohem Drehmoment bestehen kann, dessen Ausgangswelle direkt mit der Nocke 42 verbunden ist

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oder über ein Schneckengetriebe oder ein anderes mechanisches Gestänge oder Verbindung an dieser angeschlossen ist. Derartige elektrisch betätigte Servosysteine sind gut bekannt und die bei dem CLEAD-System verwendbaren Systeme sind zu zahlreich, um sie im einzelnen zu beschreiben.

Es kann wünschenswert sein, das CLEAD-System während der Ankurbelung der Maschine außer Bereitschaft zu setzen. Dies kann mit Hilfe eines solenoidbetätigten Schalters 54 erreicht werden, der zwischen dem Verstärker 52 und dem Motor 46 angeordnet ist und von der von der Maschine angetriebenen elektrischen Stromversorgung betätigt wird. Dadurch wird das CLEAD-System während der Ankurbelungsperiode deaktiviert und wird nur dann aktiv, nachdem die Maschine gestartet wurde. Gemäß einer alternativen Möglichkeit können in dem System Grenzschalter oder mechanische Anschläge vorgesehen sein, welche die Drehung der Nooke in die maximale Schnelleerlauf-Stellung während der Ankurbelungsperiode begrenzen. Auch andere Schaltungsanordnung für die Einstellung der Schnelleerlaufnocke in eine bestimmte Stellung oder zur Deaktivierung des CLEAD-Systems während der Ankurbelung sind für den Fachmann offensichtlich. Es kann auch wünschenswert sein, das CLEAD-System dann zu entregen bzw. zu deaktivieren, wenn die Betriebsart der Maschine von der Anlaßleerlaufbetriebsart abweicht. Dies kann durch einen Schalter, wie dem Schalter 56 verwirklicht werden, der ebenfalls zwischen dem Verstärker 52 und dem Motor 56 angeordnet ist und der durch das Gaspedal 34 betätigt wird. Wenn der Fahrer das Gaspedal niederdrückt, so nimmt die Drehzahl der Maschine in Abhängigkeit von der zunehmenden Luftströmung zu und die Vergleichsstufe stellt eine Maschinendrehzahl fest, die größer ist als die Bezugs-Schnelleerlaufdrehzahl und erzeugt ein Steuersignal, durch welches die Schnellleerlaufnocke in die Minimum- oder Warmmaschinen-Luftströmungsstellung gedreht wird. Der vom Gaspedal betätigte Schalter 56 kann eine solche falsche Auslösung oder falsches Ansprechen durch Abtrennen des Motors 46 verhindern. Die Nooke wird dann in iher

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ursprünglichen Stellung gehalten.

Der Fachmann erkennt auch, daß der Schalter 56 durch einen Druckfühler aktiviert werden kann, der den Druck im Ansaugrohr der Maschine abtastet oder durch ein Signal aktiviert werden kann, welches von den elektronischen Brennstoffsteuer-Rechner abgeleitet wird, der bei Maschinen mit elektronischer Brennstoffeinspritzung vorhanden ist. Es sei auch darauf hingewiesen, daß die elektronische Torsteuerung entweder innerhalb des Verstärkers 52 oder durch eine Hilfsschaltung realisiert werden kann, um das CLEAD-System zu entregen oder außer Bereitschaft zu setzen, wenn die Maschine angekurbelt wird oder sich nicht in dem Leerlaufbetrieb befindet. Es gibt eine Vielzahl von Möglichkeiten, gemäß welchen das CLEAD-System entregt werden kann und diese hängen von der Konfiguration des primären Luftzuführsystems der Maschine ab und ebenso von den zur Verfügung stehenden Hilfs-Pühlern, so daß der Fachmann eine große Anzahl von Möglichkeiten hat, diese Funktionen zu realisieren.

Ein alternatives Ausführungsbeispiel des CLEAD-Systems, welches in Verbindung mit einem primären Luftzuführsystem verwendet werden kann, welches einen die Drosselklappe überbrückenden Hilfsluft-Kanal aufweist, um die Zuführung von Schnelleerlauf-Luft zu steuern, ist in Figur 3 gezeigt. In dieser Figur ist ein Abschnitt 58 des primären Luftzuführsystems gezeigt, welches einen primären Luftkanal 60 besitzt. Die Luftströmung durch den Luftkanal 60 wird durch eine Drosselklappe 30 gesteuert, die von dem Gaspedal 3*1 bzw. vom Fahrer betätigt wird und zwar über geeignete Gestänge, wie dies unter Hinweis auf Figur 2 dargelegt würde. Anstelle einer Schnelleerlauf-Nocke, welche die Stellung der Drosselklappe in der Leerlaufs te llung steuert, fcesitzt der Abschnitt 50 des primären Luftzuführsystems einen die Drosselklappe überbrückenden Kanal 62, der Luft von oberhalb der Drosselklappe auf der druckmäßig hochliegenden Seite des Luftzuführsystems zu einer Stelle unterhalb der Drosselklappe auf der druckmäßig

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niedrigliegenden Seite des Luftzuführsystems, welches zur Maschine führt, leitet. Die Luftströmung durch den überbrückungs-Luftkanal 62 wird durch ein Ventil gesteuert, welches in Form einer öffnung 64 in einer drehbaren Welle 66 dargestellt ist, die von einem Elektromotor 46 angetrieben wird. Eine maximale Luftströmung durch den überbrückungsluftkanal 62 wird dann erzielt, wenn die öffnung 64 mit dem Luftkanal ausgerichtet ist, und eine minimale Luftströmung wird ensicht, wenn die Achse der öffnung quer zum überbrückungs luftkanal verläuft. Die Drehstellung der Welle 66 und der öffnung 64 bestimmt daher die Luftströmung durch den Überbrückungs-Luftkanal. Der Betrieb des CLEAD-Systems ist grundsätzlich der gleiche, wie der in Verbindung mit Figur 2 erläuterte Betrieb. In Figur 3 ist jedoch eine andere Möglichkeit veranschaulicht, gemäß welcher das CLEAD-System die Ankurbelungs- und Nichtleerlaufbetrlebsphasen für die Maschine steuert. Bei dieser Ausführungsform Ist angenommen, daß der Motor 46 wenigstens awei Eingänge aufweist. Ein Eingangssignal auf der Leitung 68 treibt den Motor in einer Richtung an, gemäß welcher die Luftströmung durch den Kanal 62 zunimmt, während ein Eingangssignal auf der Leitung 70 den Motor in einer Richtung antreibt, gemäß welcher die Luftströmung durch den Kanal 62 abnimmt. Der Verstärker 52 erzeugt in Abhängigkeit von einem Fehlersignal aus der Vergleichsstufe 24 ein Steuersignal auf entweder der Leitung 68* oder 70*» welches,nach dem Durchgang durch die Schalter 72 und 74 zu der Leitung 68 oder 70 gelangt. Der Schalter 72 ist ein Grenzschalter irgendeiner herkömmlichen Ausführungsform, der durch die Nocke 76 betätigt wird, die als Stift gezeichnet ist und an die drehbare Welle 66 befestigt ist und sich mit dieser dreht. Die Nocke 76 betätigt den Schalter In die Offenstellung, wenn die öffnung 64 axial mit dem Luftkanal 62 ausgerichtet ist. Wenn daher während der Ankurbelung der Maschine das tatsächliche Drehzahlsignal der Maschine kleiner Ist, als das Bezugsdrehzahlsignal, so erzeugt die Vergleichsstufe 24 ein Steuersignal, durch welches der Verstärker ein Signal auf der Leitung 68* erzeugt. Das Signal auf der Leitung 68* gelangt

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durch den Schalter 72 und treibt den Motor 46 an, so daß dadurch die öffnung 64 in die Offenstellung gedreht wird. Wenn die öffnung 64 die offene Stellung erreicht, so öffnet der Schalter 72 und der Motor 46 wird gestopt. Nachdem die Maschine gestartet hat, tastet das CLEAD-System eti tatsächliches Maschinendrehzahlsignal ab, welches größer ist als das Bezugsdrehzahlsignal und der Verstärker 52 erzeugt auf der Leitung 70' ein Signal, welches nach dem Hindurchlaufen durch den Schalter 74 den Motor 46 in entgegengesetztem Drehsinn antreibt und danach die Luftströmung durch die Kanäle 62 in der geschilderten Weise reguliert.

Der Schalter 74 besteht aus einem Druckschalter, der den Druck in dem Luftzuführsystem unterhalb der Drosselplatte 30 abtastet und arbeitet, daß er öffnet, wenn der Druck unterhalb der Drosselklappe oberhalb eines vorbestimmten absoluten Druckes liegt. Wenn daher der Fahrer des Fahrzeugs das Gaspedal 34 niederdrückt, und die Drosselklappe 30 öffnet, so steigt der absolute Druck in dem Ansaugrohr stromabwärts von der Drosselklappe oberhalb des vorbestimmten Wertes an und der Schalter 74 öffnet. Bei dieser Betriebsart bzw. Betriebsphase der Maschine ist jedoch das tatsächliche Maschinen-Drehzahlsignal größer als das Bezugsdrehzah!signal und der Verstärker 52 erzeugt nur ein Signal auf der Leitung 70^r. Der Motor 46 wird daher entregt und die Stellung der Welle 66 bleibt unverändert. Auf diese Weise ist das CLEAD-System nur während der Leerlaufbetriebsphase betriebsbereit, für welche das System gedacht ist.

Aus der vorangegangenen Beschreibung ergibt sich daher, daß andere Arten einer Ventilanordnung zur Steuerung der Luftströmung durch den Kanal 72 verwendet werden können. Figur 4 zeigt einen Solenoid für eine linear* Bewegung anstatt einer Drehbewegung, der die gleiche Funktion wie das Ventil gemäß Figur 3 ausführt. Die elektronischen Komponenten des CLEAD-Systems sind weggelassen, um die Zeichnung einfach zu halten, sie sind jedoch grundsätzlich die gleichen, wie bei dem System gemäß der Figur 2 oder 3» Luft wird durch die Brennkraftmaschine durch den Abschnitt 58

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des primären Luftzuführsysterns mit einem primären Luftkanal 60 angesaugt. Die Hilfsluft, welche die Leerlaufdrehzahl der Maschine bestimmt, wird um die Drosselklappe 30 durch den Luftüberbrückungskanal 62 geleitet. Die Luftströmung durch den Luftumgehungskanal wird durch einen Stift 76' gesteuert, der linear durch einen elektrisch betätigten Solenoid 78 bewegt wird, um entweder den Luftumgehungskanal 62 zu öffnen oder zu schließen. Der Solenoid 78 in Figur 4 ist in der betätigten Phase bzw. Zustand gezeigt und der Stift 76' ist aus dem Kanal 62 zurückgezogen, so daß Luft durch den Umgehungsluftkanal um das Drosselventil herum strömen kann. Im betätigten Zustand bewegt der Solenoid 78 linear den Stift 76' nach rechts und verschließt den Luftkanal 62, so daß dadurch die Umleitung bzw. überbrückungsluftströmung beendet wird. Der Solenoid 78 wird in Abhängigkeit von den Signalen aus dem Verstärker 52 betätigt.

Der Solenoid 78 kann ein proportional arbeitender Solenoid sein, so daß die Verschiebung des Stiftes 76' in den Kanal 62 hinein proportional zum Signal verläuft, welches aus dem Verstärker empfangen wird oder kann aus einem Einschalt- bzw. Ausschalttyp bestehen, wobei die Luftströmung durch den Arbeitszyklus des Solenoids gesteuert wird, d. h. durch die ^MEin^tl-Zeit gegenüber der "Aus^i-Zeit. Bei dieser letzteren Situation arbeitet das Luftansaugrohr der Maschine stromabwärts von der Drosselklappe als Großvolumen-Druck-Integrator, wodurch die Wirkungen einer pulsierenden Eingangsgröße reduziert werden.

Wenn der Ein-Aus-Solenoidtyp zur Anwendung gelangt, erzeugt der Verstärker ein hochfrequentes Impulssignal, welches den Solenoid betätigt und welches eine "Ein"-Zeit gegenüber einer "Aus^II-Zeit aufweist, die proportional zur Luftstömung ist, welche zum Aufrechterhalten der gewünschten Drehzahl der Maschine erforderlich ist, die durch das Bezugssignal bestimmt ist. Es wurde eine Vielzahl von analogen und digitalen Schaltungen entwickelt und zwar für automatisierte Werkzeugmaschinen, die verwendet werden können,

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um diese Punktion durchzuführen.

Anstelle einer direkten Betätigung des Solenoids, ob nun die Schnelleerlauf-Steuereinrichtung die Form einer Schnelleerlaufnocke hat, wie dies unter Hinweis auf Figur 2 erläutert wurde, oder ein überbrückungsluftkanal gemäß den Figuren 3 und 4 zur Anwendung gelangt, kann eine hydraulische oder pneumatische Kopplungseinrichtung verwendet werden, wie sie in der US-Patentschrift 3 661 131 beschrieben ist, um die Leerlaufluftströmung zu steuern. Figur 5 veranschaulicht eine Ausführungsform einer hydraulischen Kopplungseinrichtung, bei der der Brennstoffdruck dazu verwendet wird, um die gewünschte Betätigungsbewegung hervorzurufen, die durch einen Solenoid gesteuert wird. Die Kopplungs-Betätigungsvorrichtung umfaßt einen Zylinder 80, der Brennstoff unter Druck aus einem Brennstofftank 82 mit Hilfe der Brennstoffpumpe 84 der Maschine und über einen Einlaßkanal 86 empfängt. Der Brennstoff wird in einem Brennstofftank von einem Auslaßkanal 88 zurückgeleitet. Der Brennstoffdruck in dem Zylinder 80 wird mit Hilfe eines Ventils 90 gesteuert, welches in dem Einlaßkanal 86 angeordnet ist und ebenso durch eine Drosselöffnung in einem Auslaßkanal 88. Die Stellung des Ventils 90 wird durch eine Solenoidbetätigungsvorrichtung 94 gesteuert. Da die Brennstoffströmung durch die öffnung 92 eine Funktion der Größe der Auslaßöffnung und des Druckes des Brennstoffes in dem Zylinder ist, wird-durch Änderung der Eingangsbrennstoff-Durchsatzmenge durch öffnen oder Schließen des Ventils 90 der Brennstoffdruck in dem Zylinder 80 geändert. Ein Kolben 96 in dem Zylinder 80, der dem Brennstoffdruck ausgesetzt ist, wird nach rechts bei der gezeigten Kopplungseinrichtung gedrückt und zwar in Abhängigkeit von einer Zunahme im Brennstoffdruck gegen die Kraft eines Federteiles, wie beispielsweise der Feder 98, die an einem Ende durch ein Gehäuse 100 festgehalten ist, welches fest mit dem Zylinder 80 verbunden ist. Die Bewegung einer Betätigungswelle kann dazu verwendet werden, entweder den Betätigungsarm 108 gemäß Figur 5 zu drehen, um die Welle 76' gemäß Figur 4 in Lage zu

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bringen oder es können andere Mittel vorgesehen sein, um die Leerlaufluftströmung in die Maschine zu steuern, wie sie an früherer Stelle erläutert wurden.

Obwohl verschiedene Ausführungsformen des CLEAD-Systems erläutert wurden, so ist die Erfindung offensichtlich nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Der Fachmann kann zur Durchführung der gewünschten Punktion eine Vielzahl von abgeänderten Ausführungsformen realisieren. Die erläuterten Ausführungsbeispiele dienen daher lediglich zur Erläuterung der Art und Weise, auf welche die Steuerung der Leerlaufluftströmung während der Aufwärmperiode erfindungsgemäß durchgeführt wird.

Sämtliche in der Beschreibung erkennbaren und in den Zeichnungen dargestellten technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.

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Claims

- 18 PATENTANSPRÜCHE

.!.'Steuersystem für die Leerlauf-Luftzufuhr in eine Brennkraftmaschine, um die Leerlaufdrehzahl dieser Brennkraftmaschine auf einem Wert bzw. Geschwindigkeit zu halten, die durch die Maschinentemperatur bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das System folgende Merkmale und Einrichtungen aufweist:

Einen Temperaturfühler (20) zum Erzeugen eines Temperatursignals, welches die Maschinentemperatur wiedergibt; eine ein Bezugssignal erzeugende Einrichtung (22), welche das Temperatursignal zum Erzeugen eines Bezugs-Drehzahlsignals empfängt, welches die gewünschte Mas chin en dreh zahl wiedergibt, die zum Aufrechterhalten des Betriebes der Maschine als eine Punktion der Maschinentemperatur erforderlich ist; einen Drehzahlfühler (18), der ein die tatsächliche Drehzahl der Maschine wiedergebendes Signal erzeugt; eine Vergleichseinrichtung (24, 52), welche das Bezugs-Drehzahlsignal und das tatsächliche Drehzahlsignal empfängt und ein Steuersignal erzeugt, welches die Leerlaufluftströmung wiedergibt, die zum Aufrechterhalten der Leerlaufdrehzahl der Maschine auf einer Drehzahl erforderlich ist, welche durch die Maschinentemperatur vorbestimmt ist; und eine das Steuersignal empfangende Einrichtung (13), um die Leerlaufluftströmung in die Maschine und damit die Leerlaufdrehzahl der Maschine während der Übergangsaufwärmperiode der Maschine zu steuern.
2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung (24, 52) folgende Einrichtungen enthält ;

Eine Vergleichsstufe (24), welche das tatsächliche Drehzahlsignal mit dem Bezugs-Drehzahlsignal vergleicht und ein Fehlersignal erzeugt, welches die Größe und die Richtung bzw. Vorzeichen der Differenz zwischen den zwei Signalen angibt; und einen Verstärker (52), der auf das Pehlersignal zum Erzeugen des Steuersignals anspricht.

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3. Steuersystem nach Anspruch 1 und 2 für eine Brennkraftmaschine 'mit einem vom Fahrer des betreffenden Fahrzeugs betätigbaren, durch eine Drosselklappe gesteuerten Luftζuführsystem, wobei die Leerlaufluftströmung durch die Drosselklappe in dem Luftzuführsystem gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die die Leerlauf luftströmung steuernde Einrichtung (13) derart ausgelegt ist und arbeitet, daß sie die Leerlaufstellung der Drosselklappe (30) in Abhängigkeit von dem Steuersignal in einer Richtung einstellt und die Leerlaufluftströmung ändert, so daß die Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehzahlsignal und dem Bezugsdrehzahlsignal reduziert wird.
4. Steuersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Fahrer betätigbare und durch eine Drosselklappe steuerbare Luftzuführsystem (12) eine Schnelleerlaufnocke (42) enthält, um die Leerlaufstellung der Drosselklappe (30) zu steuern, und daß die Steuereinrichtung (13) für die Leerlaufluftströmung einen Servomechanismus (46) enthält, um die Drehlage der Leerlaufnocken (42) in Abhängigkeit von dem Steuersignal zu steuern.
5. Steuersystem nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das vom Fahrer betätigbare und durch eine Drosselklappe steuerbare Luftzuführsystem (12) einen linear einstellbaren mechanischen Anschlag (102) enthält, um die Leerlaufstellung der Drosselklappe (30) zu steuern,, daß die Steuereinrichtung (I3) für die Leerlaufluftströmung einen Servomechanismus (80 - 100) enthält, um die lineare Stellung des mechanischen Anschlags (102) in Abhängigkeit von dem Steuersignal zu steuern.
6. Steuersystem nach den Ansprüchen 1 und 2 für eine Brennkraftmaschine mit einem von dem Fahrer des betreffenden Fahrzeugs betätigbaren und durch eine Drosselklappe steuerbaren Luftzuführsystems, wobei ein die Drosseleinrichtung bzw. Drosselklappe überbrückender Kanal vorgesehen ist, um die Leerlaufluftströmung in die Maschine einzuleiten, dadurch gekennzeichnet, daß die

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Steuereinrichtung (13) für die Leerlauf luftströmung eine Ventilanordnung (6*1, 66; 76, 78) für die Steuerung der Leerlauf luftströmung durch den die Drossel überbrückenden Kanal (62) in Abhängigkeit von dem Steuersignal enthält, wobei die Steuerung derart erfolgt, daß die Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehzahlsignal und dem Bezugsdrehzahlsignal reduziert wird.

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