DE2932231C2 - Vorrichtung zum Steuern der Leistungsabgabe einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern der Leistungsabgabe einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs, gemäß DE-AS 11 05 233.

Vermindertem Kraftstoffverbrauch kommt in jüngerer Zeit steigende Bedeutung zu. Eine Möglichkeit, den Kraftstoffverbrauch insbesondere von Ottomotoren zu vermindern, liegt darin, im Teillastbereich nicht alle Kolben/Zylinder-Einheiten der Brennkraftmaschine mit Kraftstoff zu beschicken, sondern im Zeitmittel nur so viele Kolben/Zylinder-Einheiten zu befeuern, wie sie für

ίο die geforderte Leistung notwendig sind. Dadurch kann bei voll geöffneter Drosselklappe, d. h. ohne Drosselverluste, die Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine gesteuert werden. Die mit Kraftstoff beschickten Kolben/Zylinder-Einheiten arbeiten mit guter Füllung und entsprechend gutem Wirkungsgrad, wodurch der Gesamtwirkungsgrad der Brennkraftmaschine erhöht ist Ein solches Verfahren bzw. eine Vorrichtung zu seiner Durchführung sind in der DE-OS 27 39 223 beschrieben. Eine Schwierigkeit, die bei solchen Steuerverfahren auftritt, liegt darin, daß die Brennkraftmaschine auf Lastunterschiede mit großen Drehzahländerungen reagiert, was ihren Betrieb in einem Kraftfahrzeug hinsichtlich des Komforts für den Fahrer nachteilig beeinflußt Bei einer bekannten, gattungsgemäßen Vorrichtung (DE-AS 11 05 233) sind Mittel vorgesehen, die einem Drehzahlabfall der Brennkraftmaschine bei unveränderter Stellung des Gaspedals entgegenwirken. Insgesamt weist die mit Aussetzersteuerung ausgerüstete Brennkraftmaschine gemäß der DE-AS 11 05 233 ein entsprechend der Kurbelwelle oder Nockenwelle umlaufendes Bauteil mit einer Steuertrommel auf, die den Betrieb von den einzelnen Arbeitszylindern der Brennkraftmaschine zugeordneten Einspritzventilen entsprechend auf ihr aufgebrachten Kontaktmustern steuert.

Das mit der Steuertrommel versehene Bauteil wird bei einer Betätigung des Gaspedals axial verschoben, wodurch verschiedene Kontaktmuster der Steuertrommel aktiviert werden. Zusätzlich ist das Bauteil mit ienem Fliehkraftregler versehen, welcher das Bauteil bei abnehmender Drehzahl derart verschiebt daß ein einer zunehmenden Betätigung des Gsspedals entsprechendes Kontaktmuster aktiviert wird und umgekehrt.
Die bekannte Vorrichtung arbeitet mit mechanischen Schaltern bzw. Kontakten, welche den Stromfluß zu den Einspritzventilen öffnen bzw. unterbrechen, und ist dadurch verhältnismäßig verschleißanfällig. Des weiteren ist die Anzahl der auf der Steuertrommel unterbringbaren Kontaktmuster begrenzt, so daß nur eine grobstufige Veränderung der Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine möglich ist. Der Drehzahlregler bedeutet zusätzlichen mechanischen Aufwand, der die gesamte Anordnung in ihrem Aufbau verhältnismäßig aufwendig macht. Auch befriedigt das Ansprechverhalten solcher Drehzahlregler, das bei niederen und hohen Drehzahlen deutlich unterschiedlich ist, nicht. Des weiteren besteht dadurch, daß sowohl das Gaspedal als auch der Drehzahlregler auf das Bauteil einwirken, keine klare Zuordnung zwischen die Beeinflussung der Leistungsabgabe vom Gaspedal her und Beeinflussung der Leistungsabgabe vom Fliehkraftregler her.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung dahingehend weiterzubilden, daß weitgehende Verschleißfreiheit und damit hohe Funktionssicherheit bei gleichzeitig genauem Ansprechverhalten erzielt wird.

Eine Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 gekennzeichnet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet zunächst vollelektronisch, was einerseits ihre Verschleißanfälligkeit vermindert und andererseits die mögliche Vielzahl von Mustern erheblich erhöht. Die beim Gegenstand der DE-AS 11 05 233 vorhandene vieldeutige Zuordnung zwischen Gaspedalsteilung und Drehzahl einerseits sowie abgerufenem Muster andererseits ist beim Erfindungsgegenstand ersetzt durch eine »hierarchische« Zuordnung, wobei das jeweils angesteuerte Muster unmittelbar durch die Stellung des Gaspedals ι ο bestimmt ist und die Drehzahl nur dann berücksichtigt wird, wenn die Stellung des Gaspedals während einer Zeitdauer At unverändert bleibt. Dies geschieht mit Hilfe des erfindungsgemäß vorgesehenen Impulsgebers und Komparator.

Die Patentansprüche 2 bis 4 sind auf vorteilhafte Ausführungsformen der Vorrichtung gerichtet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematicher Zeichnungen beispielsweise erläutert. Es stellt dar:

F i g. I ein Kennlinienfeld einer mittels einer Drosselklappe gesteuerten Brennkraftmaschine,

F i g. 2 ein Kennlinienfeld einer mit Aussetzerbetrieb gesteuerten Brennkraftmaschine,

Fig.3 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung zum Steuern der Brennkraftma- schine mit Aussetzerbetrieb,

Fig.4 ein Blockschaltbild einer Abänderung der Ausführungsform gemäß F i g. 3 und

F i g. 5 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Steuerung des intermittie- renden Betriebes.

Fig. 1 zeigt ein an sich bekanntes Kennlinienfeld einer mittels einer Drosselklappe gesteuerten Brennkraftmaschine. Die Ordinate gibt die Last bzw. das Drehmoment an; auf der Abszisse ist die Drehzahl 3s angegeben. Parameter der einzelnen Kurven ist der Öffnungswinkel der Drosselklappe, von α, zu tx_max hin zunehmend. Die Kennlinien fallen mit abnehmender öffnung der Drosselklappe nach zunehmenden Drehzahlen hin zunehmend ab.

Fig.2 zeigt das Kennlinienfeld einer intermittierend arbeitenden Brennkraftmaschine, d. h. einer Brennkraftmaschine, bei der die Drosselklappe voll geöffnet ist und die Kraftstoffbeschickung einzelner Kolben-Zylinder-Einheiten in einer Folge derart unterbrochen ist, daß mit zunehmender Betätigung des Gaspedals die Anzahl der arbeitenden Zylinder relativ zur Anzahl der nicht arbeitenden Zylinder zunimmt. Jeder Stellung « des Gaspedals entspricht dabei ein vorbestimmtes Unterbrechungsmuster; beispielsweise werden bei halb betätigtem Gaspedal im zeitlichen Mittel ebenso viele Kolben-Zylinder-Einheiten befeuert wie nicht befeuert. Drosselverluste treten dadurch nicht auf; das Kennlinienfeld besteht aus einer Schar etwi. parallel verschobener Kurven.

In jedem der Kennlinienfelder ist für einen Arbeitspunkt A die Änderung der Drehzahl angegeben, die bei unveränderter Stellung des Gaspedals bei Änderung der Last um AL erfolgt

Wie aus F i g. 1 ersichtlich, erfolgt bei einer Laständerung AL nur eine verhältnismäßig geringe Drehzahländerung.

Gemäß Fig.2 führt eine kleine Verminderung der Last zu einer großen Drehzahlerhöhung. Eine Vergrößerung der Last führt dazu, daß sich kein stabiler Arbeitspunkt mehr einstellt, die Brennkraftmaschine wäre ohne Veränderung der Gaspedalstellung nicht in der Lage so viel Drehmoment zu entwickeln, wie für die größere Last erforderlich ist. Der Fahrer muß somit bei Lastschwankungen bei der Steuerung der Brennkraftmaschine gemäß Fig. 2 mit dem Gaspedal deutlich stärker reagieren als bei der Drosselklappensteuerung gemäß Fig. 1, um etwa konstaite Geschwindigkeit aes Fahrzeugs beizubehalten.

F i g. 3 zeigt das Blockschaltbild einer Schaltung, mit der sich diese Schwierigkeit beheben läßt:

Die Brennkraftmaschine 6 ist übe.· eine Sammelleitung 8 an ein Steuergerät 10 angeschlossen, welches den Betrieb der Kolben-Zylinder-Einheiten der Brennkraftmaschine 6 entsprechend vorbestimmten Programmen bzw. Unterbrechungsmustern steuert. Diese Steuerung ist an sich bekannt und wird daher nicht näher beschrieben.

Das Steuergerät 10 ist über eine Leitung 12 mit einer Addier-/Subtrahierstufe 14 verbunden, deren einer Eingang mit dem Ausgang eines Analog-/Digitalwandlers 16 und deren anderer Eingang mit dem Ausgang eines Zählers 18 verbunden ist.

Ein Sensor 20 für die Siebung oc. eines Gaspedals 22 ist mit dem Eingang des Analog-/Digitalwandlers 16 und mit dem Eingang eines zweistufigen Schieberegisters 24 verbunden, dessen beide Stufen mit den Eingängen eines Komparators 26 verbunden sind. Ein Takteingang des Komparators 26 und der Schiebeeingang des Schieberegisters 24 sind mit einem Taktgeber 28 verbunden, der zusätzlich mit dem Schiebeeingang eines weiteren, zweistufigen Schieberegisters 30 verbunden ist, dessen Eingang mit einem Drehzahlmesser 32 verbunden ist.

Die Ausgänge des Schieberegisters 30 sind einem weiteren Komparator 34 zugeführt. Der Komparator 26 weist eine Taktleitung 36 auf, welche mit dem Takteingang des Komparators 34 verbunden ist. Der Komparator 34 hat drei Ausgänge, die über Leitungen 38, 39 und 40 mit drei Eingängen des Zählers 18 verbunden sind.

Die Funktion der beschriebenen Anordnung ist folgende: Der Sensor 20 erzeugt ein der Stellung α des Gaspedals entsprechendes Signal, welches nach Digitalwandlung im Analog-/Digitalwandler 16 der Addier-/ Subtrahierstufe 14 und dem Eingang des Schieberegisters 24 zugeführt wird. Solange der Zählstand des Zählers 118 »0« ist, wird das digitale, der Stellung & entsprechende Signal dem Steuergerät 10 zugeführt, welches den Betrieb der Brennkraftmaschine mit dem entsprechendem, in ihm gespeicherten Programm steuert.

Der Taktgeber 28 steuert das Verschieben des Signals von der ersten Stufe in die zweite Stufe des Schieberegisters 24 und gleichzeitig den Betrieb des Komparators 26. Die Taktzeit beträgt beispielsweise A t.

Solange die Stellung des Gaspedals zum Zeitpunkt t unterschiedlich von der zum Zeitpunkt t-At ist, gibt der Komparator 26 über die Leitung 42 an den Zähler 18 ein Rücksetzüignal, welches den Zähler 18 auf 0 zurücksetzt.

Besteht Gleichheit zwischen der Stellung »(t) und ot(t-At), so erzeugt der Komparator 26 ki der Leitung 36 ein Aktivierungssignal für den Komparator 34. Der Komparator 34 stellt die Relation zwischen den in den beiden Stufen des Schieberegisters 30 gespeicherten Drehzahlwerten n(t—At) und n(t) fest. Je nach der Relation zwischen den beiden Werten erzeugt der Komparator in einer der drei Leitungen 38, 39 und 40 ein Signal. Die Leitung 38 führt ein Signal, wenn n(t—At)<n(t). Die Leitung 39 führt ein Signal, wenn n(t—At)=n(t). Die Leitung 40 führt ein Signal, wenn n(t- At)> n(t\

Bei einem Signal in der Leitung 38 vermindert sich der Zählstand des Zählers 18 um 1. Beim Signal in der Leitung 39 bleibt der Zählstand unverändert. Bei einem Signal in der Leitung 40 erhöht sich der Zählstand um I. Entsprechend wird dem Steuergerät 10 bei sich trotz ι gleichbleibender Stellung α des Gaspedals 22 vergrößernder Drehzahl ein Wert zugeführt, welcher einer weniger betätigten Stellung α—Δα des Gaspedals entspricht, so daß sich die von der Brennkraftmaschine abgegebene Leistung vermindert und die Drehzahl der _l(l Brennkraftmaschine sinkt. Umgekehrt erfolgt bei abnehmender Drehzahl eine Steuerung der Brennkraftmaschine mit einem einer stärkeren Betätigung des Gaspedals entsprechenden Signal, wodurch sich die Drehzahl der Brennkraftmaschine erhöht. Die Brennkraftmaschine behält somit bei gleichbleibender Stellung des Gaspedals ihre Drehzahl im wesentlichen bei, wodurch für den Fahrer ein erhöhter Bedienungskomfort erzielt ist.

Es versteht sich, daß die gesamte Anordnung getaktet arbeitet, wobei die vom Taktgeber 28 zu den verschiedenen Geräten führenden Leitungen nicht eingezeichnet sind. Die Taktfrequenz, mit der das Steuergerät 10, die Addier-/Subtrahierstufe 14, der Zähler 18 und der Wandler 16 angesteuert werden, kann unterschiedlich von der den anderen Bauteilen zugeführten Taktfrequenz sein.

Eine Eigenart der beschriebenen Anordnung liegt darin, daß bei einer Veränderung der Stellung « des Gaspedals 22 nach einer Zeitdauer gleichbleibender Stellung λ des Gaspedals ein Zustand eintreten kann, bei dem die Leistung der Brennkraftmaschine trotz zunehmender Betätigung des Gaspedals 22 abnimmt und umgekehrt. Der Grund dafür liegt darin, daß das Steuergerät 10 bei gleichbleibender Stellung at des Gaspedals 22 bei zunehmender Last mit einem Wert angesteuert wird, der einer zunehmenden Gaspedalstellung λ entspricht. Der Zähler 18 kann dabei auf einen verhältnismäßig großen Zählstand kommen, wenn die Last stark zunimmt. Wird der Zähler 18 nun bei einer Betätigung des Gaspedals 22 auf 0 zurückgesetzt, so ist zunächst der Ausgangswert des Wandlers 16 kleiner als die Summe aus dem vor der Betätigung des Gaspedals vorhandenen Ausgangswert des Wandlers 16 zuzüglich des Standes des Zählers 18. Diese in der Addier-/Subtrahierstufe gebildete Summe bestimmt jedoch die Ansteuerung des Steuergerätes 10.

Um die genannte Schwierigkeit zu vermeiden, isi gemäß F i g. 4 eine zusätzliche Schaltung vorgesehen:

Der Komparator 26' weist dort nicht lediglich eine Leitung 42 (F i g. 3) auf, die den Zähler 18 (F i g. 3) bei einer Veränderung der Stellung « des Gaspedals löscht, sondern weist zwei Ausgangsieitungen 46 und 48 auf, wobei die Ausgangsleitung 46 ein Signal führt wenn ot(t)>oi(t—At) und die Ausgangsleitung 48 ein Signal führt wenn ot(t)<ot(t—At).

Der Zähler 18' weist zwei Ausgangsleitungen 50 und 52 auf, wobei die Ausgangsleitung 50 ein Signal führt, wenn der Zählstand kleiner 0 ist und die Ausgangsleitung 52 ein Signal führt wenn der Zählstand größer 0 ist Die Ausgangsleitung 46 und die Ausgangsleitung 50 sind an die Eingänge eines UND-Gliedes 54 geführt, die Ausgangsleitung 48 und die Ausgangsleitung 52 sind an die Eingänge eines UND-Gliedes 56 geführt Die Ausgänge beider UND-Glieder sind einem ODER-Glied 58 zugeführt, dessen Ausgang mit einem Halteeingang 60 und über ein Invertierglied 62 mit einem Löscheingang 64 des Zählers 18' verbunden sind.

Die Funktion der beschriebenen Anordnung ist über die der F i g. 3 hinausgehend folgende:

Der Zähler 18' stehe nach einer Zeitdauer gleichbleibender Gaspedalstellung auf einem positiven Zählstand. Wird das Gaspedal nun zunehmend betätigt, d. h. ist ιχ(ΐ)>Λ(ΐ-Δί), so führt die Leitung 46 ein Signal. Das UND-Glied 54 wird somit durchlässig, da auch die Leitung 50 ein Signal führt. Der Ausgang des ODER-Glieds 58 führt ein Signal, so daß der Halteeingang 60 des Zählers 18' aktiviert wird und der Zählstand des Zählers 18' nicht gelöscht wird, sondern weiterhin der Gaspedalstellung aufaddiert wird. Beim Gasgeben erfolgt also keine Leistungseinbuße der Brennkraftmaschine. Wird das Gaspedal zurückgenommen, so führt die Leitung 48 ein Signal. Das UND-Glied 54 und das UND-Glied 56 sind signallos, so daß auch der Ausgang des ODER-Gliedes 58 signallos bleibt. Der Löscheingang 64 des Zählers 18' wird aktiviert, der Zählstand wird gelöscht.

insgesamt wird mit der beschriebenen Schaltung erreicht, daß nach einer Zeitdauer gleichbleibender Gaspedalstellung bei zunehmender Gaspedalbetätigung keine Leistungseinbuße erfolgt und bei Gaswegnahmen die Brennkraftmaschine nicht unerwartet mit erhöhter Leistungsabgabe läuft.

F i g. 5 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform der Anordnung zum Steuern der Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine 6. Soweit dort gleiche Bezugszeichen wie in F i g. 3 verwendet werden, entspricht die Schaltung der Anordnung gemäß F i g. 3. Der Drehzahlmesser 32 ist über einen Analog-/Digitalwandler 70 mit einem Eingang eines Komparator 72 verbunden, der Ausgang des AnalogVDigitalwandlers 16 ist mit einem Drehzahlspeicher 74 verbunden, dessen Ausgang mit dem anderen Eingang des Komparators 72 verbunden ist. Im Drehzahlspeicher sind den verschiedenen Stellungen α des Gaspedals 22 entsprechende Soll-Drehzahlen gespeichert d.h. einer zunehmenden Betätigung des Gaspedals entspricht eine zunehmende Drehzahl der Brennkraftmaschine 6. Der Komparator 72 weist zwei Ausgänge auf, wobei der erste Ausgang über eine Leitung 76 mit einem Eingang eines Zählers 18" und der andrere Ausgang über eine Leitung 78 mit einem zweiten Eingang des Zählers 18" verbunden ist Der Ausgang des Zählers 18" ist mit der Addier-/Subtrahierstufe 14 verbunden.

Die Leitung 76 führt ein Signal, wenn die vom Drehzahlmesser 32 gemessene Ist-Drehzahl n, der Brennkraftmaschine 6 kleiner ist als die im Drehzahlspeicher 74 programmierte, zur jeweiligen Stellung λ des Gaspedals 22 gehörende Soll-Drehzahl n* Die Leitung 78 führt ein Signal, wenn m> n,.

Die Funktion der Anordnung ist folgende:
Bei einer Betätigung des Gaspedals 20 wird im Steuergerät 10 ein zur jeweiligen Stellung « des Gaspedals gehörendes Unterbrechungsmuster angesteuert entsprechend dem der Betrieb der Brennkraftmaschine 6 gesteuert wird. Liegt die Drehzahl /fc die die Brennkraftmaschine 6 dabei erreicht unterhalb der im Drehzahlspeicher 74 gespeicherten Soll-Drehzahl, so erscheint in der Leitung 76 ein Signal, welches den Zählstand des Zählers 18" bei jedem Taktimpuls erhöht so daß auf ein einer zunehmenden Last entsprechendes Muster im Steuergerät 10 umgeschaltet wird und sich die Drehzahl der Brennkraftmaschine 6 erhöht Liegt n, über η* so vermindert ein in der Leitung 78 erscheinendes Signal den Zählstand des Zählers 18", so daß die Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine 6

vermindert wird.

Bei der beschriebenen Anordnung handelt es sich also in gewisser Weise um eine Regelung, die unmittelbar die Drehzahl der Brennkraftmaschine entsprechend der Stellung des Gaspedals regelt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Steuern der Leistungsabgabe einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine, deren Arbeitszylinder getrennt voneinander entsprechend einer Aussetzungssteuerung nach von der Stellung eines Gaspedals abhängigen Mustern mit einer von der Stellung des Gaspedals im wesentlichen unabhängigen Kraftstoffmenge beschickt werden, wobei die Anzahl der im Zeitmittel beschickten relativ zur Anzahl der unbeschickten Arbeitszylinder mit zunehmender Betätigung des Gaspedals zunimmt, mit einer Steuereinrichtng, welche einen Sensor für die Stellung des Gaspedals bzw. die Drehzahl der Brennkraftmaschine, einen Speicher mit den Mustern sowie ein<:n Impulsgeber zur Ansteuerung der Arbeitszylinder entsprechend den Mustern aufweist und bei konstant bleibender Stellung des Gaspedals und dabei abnehmender Drehzahl der Brennkraftmaschine ein einer stärkeren Betätigung des Gaspedals entsprechendes Muster bzw. bei zunehmender Drehzahl ein einer schwächeren Betätigung des Gaspedals entsprechendes Muster aktiviert, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung als elektronische Steuereinrichtung ausgebildet ist und ein Steuergerät (10) enthält, welches mit dem die Stellung des Gaspedals (22) abtastenden Sensor (20) verbunden ist und die Kraftstoffbeschickung der Arbeitszylinder entsprechend der Stellung des Gaspedals mit den in ihm gespeicherten Mustern steuert, und daß ein Impulsgeber (24, 26, 28) vorgesehen ist, der bei über eine Zeitdauer At unveränderter Stellung des Gaspedals einen Komparator (34) aktiviert, welcher Komparator bei abnehmender Drehzahl der Brennkraftmaschine ein einer stärkeren Betätigung des Leistungsstellorgans entsprechendes Muster im Sieuergerät (10) und bei zunehmender Drehzahl ein einer schwächeren Betätigung des Gaspedals entsprechendes Muster aktiviert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Komparator (34) an eine Addier-/Subtrahierstufe (14) angeschlossen ist, welche zwischen das Steuergerät (10) und den Sensor (20) für die Stellung des Gaspedals (22) geschaltet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Eingang der Addier-/Subtrahierstufe (14) ein Zähler (18; 18') verbunden ist, dessen Zählstand bei bei gleichbleibender Gaspedalstellung abnehmender Drehzahl zunimmt und bei bei gleichbleibender Gaspedalstellung zunehmender Drehzahl abnimmt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Logikschaltung (54, 56, 58) vorgesehen ist, welche den Zähler (18') bei zunehmender Stellung des Gaspedals und Zählstand <0 sowie bei abnehmender Stellung des Gaspedals und Zählerstand > 0 rücksetzt.