DE3243016A1

DE3243016A1 - Method for controlling the temperature of the intake air for internal combustion engines

Info

Publication number: DE3243016A1
Application number: DE19823243016
Authority: DE
Inventors: Wolfgang 7064 Remshalden Schilling; Helmut 7000 Stuttgart Schlachter
Original assignee: Knecht Filterwerk GmbH
Current assignee: Knecht Filterwerk GmbH
Priority date: 1982-11-20
Filing date: 1982-11-20
Publication date: 1984-05-24
Also published as: DE3243016C2

Abstract

In the case of a method for controlling the temperature of the intake air for internal combustion engines by mixing cold and preheated air in an intake duct system by means of a control valve electrically adjustable as a function of the temperature of the mixture air, electrical signals are generated according to a certain formation principle, predefinable as desired, as a function of a predeterminable mixture air temperature tolerance and the maximum adjustment travel of the control valve, which signals are used for the electromotive adjustment of the control valve. At the same time the control valve is adjusted in such a way that the relevant electric motor is currentless with the control valve in any rest position. The motor is also currentless when the control valve is fully opened or closed.

Description

Verfahren zur Regelung der Temperatur der Process for regulating the temperature of the

Ansaugluft für Verbrennungsmotoren Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Temperatur der Ansaugluft für Verbrennungsmotoren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Intake air for internal combustion engines The invention relates to a method for regulating the temperature of the intake air for internal combustion engines according to the generic term of claim 1.

Eine derartige Regelung der Temperatur der Ansaugluft ist bereits aus der DE-AS 20 17 983 bekannt. Hierbei erfolgt die Verstellung der Steuerklappe durch einen elektrisch in Abhängigkeit der Mischlufttemperatur geheizten Wachsthermostaten.Such regulation of the temperature of the intake air is already in place from DE-AS 20 17 983 known. The control flap is adjusted here by an electrically heated wax thermostat depending on the mixed air temperature.

Der so geheizte Wachsthermostat ist in seiner Reaktion auf Temperaturänderungen äußerst träge. Diese Einrichtung ist daher für die Regelung der Ansaugluft für Verbrennungsmotoren in keiner Weise hinsichtlich ihrer Funktion befriedigend.The wax thermostat heated in this way is in its reaction to temperature changes extremely sluggish. This device is therefore used to regulate the intake air for internal combustion engines in no way satisfactory in terms of their function.

Zur Verstellung der Steuerklappe sind im übrigen Membranmotoren bekannt. Die Betätigung der Membranmotoren erfolgt dabei durch eine Unterdruckleitung, deren freies Ende im Mischluftstrom einem Bimetallstreifen gegenüber steht. Der letztere ist dabei so angeordnet, daß er die Unterdruckleitung mehr oder weniger verschließt. Eine solche Vorrichtung ist jedoch nicht nur recht umständlich in ihrem Aufbau, sondern auch in ihrem Ansprechverhalten träge, ungenau sowie anfällig gegen Störungen.Membrane motors are also known for adjusting the control flap. The actuation of the membrane motors takes place through a vacuum line, whose free end faces a bimetal strip in the mixed air stream. The latter is arranged so that it more or less closes the vacuum line. However, such a device is not only very cumbersome in its construction, but also sluggish, imprecise and susceptible to interference in their response behavior.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein insbesondere reaktionsschnelleres und sichereres Regelverfahren zu schaffen.Proceeding from this, the invention is based on the object of a particular to create more responsive and safer control procedures.

Gelöst wird diese Aufgabe im wesentlichen bereits durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1.This task is essentially already solved by the features of the characterizing part of claim 1.

Die Ist-Temperatur T. der Mischluftwird durch einen Temperaturfühler erfaßt und in ein elektrisches Signal A (Ti) umgesetzt. Die Soll-Temperatur Ts für die Mischluft wird in Form einer elektrischen Größe B(TS) vorgegeben. Darüberhinaus wird für die Soll-Temperatur ein Toleranzbereich (Z=Tsmax-Tsmin) ebenfalls als elektrische Größe vorgegeben. Die elektrischen Größen A(Ti) bzw. B(TS) von Ist- und Soll- Temperatur der Mischluft werden miteinander verglichen. Eine vorhandene Differenz ist ein Maß für den tatsächlich vorhandenen Unterschied zwischen Soll- und Ist- Temperatur. Dieser Unterschied wird in Form eines elektrischen Signals C weitergegeben und mit einem die momentane Stellung der Steuerklappe in umgeformter GröBe wiedergebenden Signal D verglichen.The actual temperature T. of the mixed air is determined by a temperature sensor detected and converted into an electrical signal A (Ti). The target temperature Ts for the mixed air is specified in the form of an electrical quantity B (TS). Furthermore a tolerance range (Z = Tsmax-Tsmin) is also used as an electrical one for the target temperature Size given. The electrical quantities A (Ti) or B (TS) of the actual and target temperature the mixed air are compared with each other. An existing difference is a measure for the actual difference between the target and actual temperature. This difference is passed on in the form of an electrical signal C and with one to reproduce the current position of the control flap in transformed size Signal D compared.

Die Umformung der Größe der Winkelstellung der Steuerklappe in das Signal D erfolgt über ein frei vorgebbares Bildungsgesetz, das in einem die Steuerklappenstellung in eine elektrische Größe umwandelnden Umformer variabel eingearbeitet ist. Das Bildungsgesetz ist dabei eine Funktion aus den Winkelwerten der Steuerklappenstellung und den Temperaturwerten in dem frei vorgebbaren Toleranzbereich Z der Mischlufttemperatur. Die Funktion kann z.B. eine Gerade 0 sein, wie sie in Fig.1, die ein Diagramm mit den auf der Abszisse aufgetragenen Temperaturwerten aus dem Toleranzbereich Z und auf der Ordinate aufgetragenen Winkelwerten der möglichen Steuerklappenstellungen zeigt, dargestellt ist.The transformation of the size of the angular position of the control flap into the Signal D takes place via a freely definable formation law, which in one the control flap position is incorporated into an electrical variable converting converter. That Formation law is a function of the angle values of the control flap position and the temperature values in the freely definable tolerance range Z of the mixed air temperature. The function can e.g. be a straight line 0, as shown in Fig. 1, which is a diagram with the temperature values from the tolerance range Z and plotted on the abscissa Angular values of the possible control flap positions plotted on the ordinate shows is shown.

Die Funktion der Geraden ist bei einem vorgegebenen Toleranzbereich Z1 für die Soll-Temperatur zwischen den Grenztemperaturen Tsmax 1 und Tsmin 1 sowie bei einer möglichen Verstellbarkeit der Steuerklappe zwischen den Winkelni max und cS min durch die beiden Punkte mit den Koordinaten α max/Tsmin und i min/Tsmax 1 festgelegt. Je nach Vorgabe des Toleranzbereiches nimmt diese Gerade eine andere Lage ein, indem sie jeweils durch die entsprechenden punkte mit geänderten Koordinaten CC min/Tsmin und g ma-=/Tsmax gebildet wird. Bei Verwendung der Punkte mit den Koordinaten oC max/Tsmin 2 und o& min/Tsmax 2 ergibt sich die Gerade P, die für einen gegenüber Z1 eingeschränkten Toleranzbereich Z2 gilt. Die das Bildungsgesetz für die Darstellung des Steuerklappenwinkels bildende Funktion kann wie beschrieben linear sein, oder aber auch exponentiell. Lediglich ihre Endpunkte müssen durch die obengenannten Koordinaten festgelegt sein. Durch die einmal für eine Regeleinrichtung getroffene Festlegung eines Bildungsgesetzes durch Vorgabe einer bestimmten Funktion mit den zuvor genannten Randbedingungen ist jedem Winkels α der Steuerklappe ein bestimmter Temperaturwert innerhalb des Toleranzbereiches Z in Form einer elektrischen Größe zugeordnet. Ist die Gerade O als Funktion gewählt, so entsprechen z.B. den Winkeln « i und ii die Temperaturen Tk bzw. Tkk.The function of the straight line is given a specified tolerance range Z1 for the target temperature between the limit temperatures Tsmax 1 and Tsmin 1 as well as with a possible adjustability of the control flap between the anglesi max and cS min through the two points with the coordinates α max / Tsmin and i min / Tsmax 1 set. Depending on the specification of the tolerance range, this straight line takes a different one Position one by going through the corresponding points with changed coordinates CC min / Tsmin and g ma - = / Tsmax is formed. When using the points with the coordinates oC max / Tsmin 2 and o 'min / Tsmax 2 results in the straight line P, which for one opposite Z1 restricted tolerance range Z2 applies. Which the education law for the representation The function forming the control flap angle can be linear, as described, or but also exponentially. Only their endpoints need to go through the above Coordinates. By the one made for a control device Establishing an education law by specifying a specific function with the The above-mentioned boundary conditions is a specific one for each angle α of the control flap Temperature value within the tolerance range Z in the form of an electrical variable assigned. If the straight line O is selected as a function, the angles correspond, for example «I and ii the temperatures Tk and Tkk, respectively.

Aus dem Vergleich der Signale C und D resultiert ein Vergleichssignal E, das bei ungleichen Signalen von C und D einem Elektromotor zur Verstellung der Steuerklappe Energie zuführt und zwar in der Weise, daß das Ergebnis aus der Differenz aus Soll-Temperatur T c Ist-Temperatur Ti 5 ( # Ti = T5 Ti) der Mischluft in Richtung auf das Ergebnis des aus T5 und der sich mit dem Bildungsgesetz aus der tatsächlichen Steuerklappen-Winkelstellung umgerechneten Temperatur ergebenden Differenza Tk = T5 Tk angenähert wirdt durch entsprechende Verstellung der Steuerklappe. Durch die Verstellung nimmt die Klappe eine neue Winkelstellung ii ii ein, wodurch gleichzeitig die Mischluft-Temperatur eine neue Ist-Temperatur Tii erhält. Diese neue Temperatur Tii wird nun wiederum als Signal C mit dem neuen Signal D verglichen. Sind wie in dem Diagramm nach Fig.1 die Ergebnisse aus z Tii und d T gleich, so ist eine Lage der Steuerklappe erreicht, bei her unter den gerade an den Eintrittsöffnungen des Ansaugkanalsystems herrschenden Temperatur- und Strömungsbedingungen die Mischluft-Temperatur im Soll-Temperaturbereich Z liegt. In dieser Situation erhält der Stellmotor der Steurklappe ein Signal E, das ihm keine Verstellenergie zuführt, d.h. der Stellmotor ist in diesem Zustand stromlos.A comparison signal results from the comparison of signals C and D E, which in the event of unequal signals from C and D, an electric motor to adjust the Control flap supplies energy in such a way that the result from the difference from target temperature T c actual temperature Ti 5 (# Ti = T5 Ti) of the mixed air in the direction of on the result of the from T5 and the deal with the education law from the actual Temperature resulting in difference in control flap angle position Tk = T5 Tk is approached by adjusting the control flap accordingly. As a result of the adjustment, the flap assumes a new angular position ii ii, as a result of which at the same time the mixed air temperature receives a new actual temperature Tii. These The new temperature Tii is again compared with the new signal D as signal C. If, as in the diagram according to FIG. 1, the results from z Tii and d T are the same, then a position of the control flap is reached, with her under the straight at the inlet openings the temperature and flow conditions prevailing in the intake duct system determine the mixed air temperature is in the target temperature range Z. In this situation, the servomotor receives the Control flap a signal E that does not supply it with any adjustment energy, i.e. the servomotor is de-energized in this state.

Die Toleranzbereiche Z können mit dem erfindungsgemäßen Regelverfahren auf Temperaturdifferenzen von weniger als 1,5°C und vorzugsweise sogar auf Werte zwischen 0,5 und 1,00 C eingeschränkt werden.The tolerance ranges Z can be adjusted with the control method according to the invention to temperature differences of less than 1.5 ° C and preferably even to values between 0.5 and 1.00 C.

Bei den bisher beschriebenen Ist-Temperaturen T. der Mischluft lagen diese jeweils innerhalb des vorgegebenen Toleranzbereiches Z. Für den Fall, daß diese - wie üblich - auch außerhalb dieses Bereiches zu liegen kommen, ist die Regeleinrichtung zweckmäßigerweise mit einer sogenannten Begrenzungsstufe für das Signal C versehen. Diese Begrenzungsstufe ist Gegenstand des Anspruchs 3.The actual temperatures T. of the mixed air described so far were each within the specified tolerance range Z. In the event that this - as usual - also come to lie outside this range, is the control device expediently provided with a so-called limiting stage for the signal C. This limitation level is the subject of claim 3.

Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung enthält Anspruch 4, der eine Notregelung für den Fall eines totalen Ausfalls des die Ist-Temperatur erfassenden elektrischen Meßwiderstandes widergibt. Bei Ausfall dieses Meßwiderstandes der für das elektrische Signal A (Ti) die Einnahme eines Wertes nach Null oder unendlich bedeutet, soll das sich daraus einstellende Signal C dafür sorgen, daß die Steuerklappe ganz auf Warmluft "Zu" gestellt wird, um dadurch eine mögliche Uberhitzung des Motors zu vermeiden.Another useful embodiment includes claim 4, the one Emergency control in the event of a total failure of the device that detects the actual temperature electrical measuring resistor reflects. If this measuring resistor fails for the electrical signal A (Ti) taking a value towards zero or infinity means, the resulting signal C should ensure that the control flap quite is set to warm air "closed" to avoid possible overheating of the engine.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt, in der neben der bereits erläuterten Fig. 1 gezeigt ist in Fig. 2 eine schematische Darstellung des Ansaugsystems mit Regeleinrichtung, und in Fig. 3 ein Blockschaltbild der Regeleinrichtung.An embodiment is shown in the drawing, next to the already explained FIG. 1 is shown in FIG. 2 is a schematic representation of the intake system with control device, and in FIG. 3 a block diagram of the control device.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ansaugsystem strömt durch den Kaltluftstutzen 1 Kaltluft und durch den Warmluftstutzen 2 vom Motor kommend Warmluft. Aus den genannten beiden Stutzen 1,2 strömt die Luft in einen gemeinsamen Kanal 3. Von dort gelangt sie durch eine Filtereinrichtung 4 als sogenannte Mischluft durch den Kanal 5 in den Vergaser des Motors. Das Verhältnis von Kaltluft zu Warmluft-Mengenstrom kann durch eine Steuerklappe 6 verändert werden. Zu diesem Zweck ist die Steuerklappe zwischen dem Strömungsquerschnitt der Stutzen 1 und 2 derart verstellbar, daß dadurch bei Verkleinerung des einen Strömungsquerschnittes gleichzeitig der andere vergrößert wird und umgekehrt. Angetrieben wird die Steuerklappe durch einen elektrischen Verstellmotor 7. Die Winkellage der Steuerklappe 6 zwischen den Strömungsquerschnitten der Stutzen 1 und 2 gibt ein Winkel ob an. Bei α = 0 ist die Warmluftzufuhr und beict = 450 ist die Kaltluftzufuhr jeweils vollständig geschlossen. Die Ist-Temperatur T. der Mischluft wird mit einem elektrischen Temperaturfühler 8 ermittelt und der Regeleinrichtung9zugeführt.In the intake system shown in Fig. 2 flows through the cold air nozzle 1 cold air and warm air coming from the engine through the warm air connection 2. From the above the air flows into a common channel 3 between the two nozzles 1, 2 it through a filter device 4 as so-called mixed air through the channel 5 in the carburetor of the engine. The ratio of cold air to hot air volume flow can can be changed by a control flap 6. The control flap is for this purpose between the flow cross-section of the nozzle 1 and 2 adjustable in such a way that thereby When one flow cross-section is reduced, the other is increased at the same time will and vice versa. The control flap is driven by an electric adjusting motor 7. The angular position of the control flap 6 between the flow cross-sections of the nozzle 1 and 2 indicate an angle ob. With α = 0 the warm air supply is and beict = 450 the cold air supply is completely closed. The actual temperature T. the mixed air is determined with an electrical temperature sensor 8 and the Control device 9 supplied.

Für die Regelung vorgegeben ist ein Mischluft-Temperatur-Toleranzbereich Z zwischen Tsmin 1 = 24O C und Tsmax T = 25,50C -. 1 mit Z1 = 1,50C. In der Regeleinrichtung 9 wird eine mittlere 'Pemperatur T5 = 24+ (25,5 -24) = 24,75°C über einen elektrisch 2 Soll-Wertgeber als Signal B (Ts) eingegeben. Das von dem Temperaturfühler 8 kommende die Ist-Temperatur T. der Mischluft repräsentierende Signal A (Ti) wird in einem Vergleicher 10 verglichen und als Signal C ausgegeben.A mixed air temperature tolerance range is specified for the control Z between Tsmin 1 = 24O C and Tsmax T = 25.50C -. 1 with Z1 = 1.50C. In the control device 9 a mean 'P temperature T5 = 24+ (25.5 -24) = 24.75 ° C via an electrical 2 Set value transmitter entered as signal B (Ts). That from the temperature sensor 8 coming signal A (Ti) representing the actual temperature T. of the mixed air is compared in a comparator 10 and output as signal C.

Die Steuerklappenstellunci wird in einem Signalumformer 11 zu einem elektrischen Signal D' verarbeitet. Dieses Signal D' wird sodann einem weiteren Umformer 12 zugeführt, in dem es nach einem anhand von Fig.1 weiter oben beschriebenen Bildungsgesetz auf ein Signal D transformiert wird. Bei der Transformation nach der Funktion der Geraden 0 entspricht eine Klappenstellung i i=20° C einertransformiertEnTemperatur Tk = 24,6°C. Die Ist-Temperatur beträgt T. = 24,50C. Die Differenz z Ti= T5 -Ti = 0,250C wobei dieser Wert proportional ist dem Wert C = B(TS) -A(Ti). The control flap position is in a signal converter 11 to one electrical signal D 'processed. This signal D 'is then a further Converter 12 is supplied, in which it is described further above with reference to FIG Formation law is transformed to a signal D. When transforming to the function of the straight line 0 corresponds to a damper position i i = 20 ° C at a transformed temperature Tk = 24.6 ° C. The actual temperature is T. = 24.50C. The difference z Ti = T5 -Ti = 0.250C where this value is proportional to the value C = B (TS) -A (Ti).

Die Differenz a Tk=Ts Tk= 0,150C, wobei dieser Wert wiederum proportional D ist. Da ein Vergleicher 13, dem die Signale D und C zugeführt werden, zeigt, daß z Tk = D kleiner als z Ti = C ist, und # T. an u Tk heranzuführen ist, ergibt sich ein Winkelstellungswert αii, dem eine transformierte Temperatur Tkk = Tii, der neuen Isttemperatur der Mischluft, entspricht. In diesem Zustand gemäß dem Punkt R ist der Stellmotor 7 stromlos.The difference a Tk = Ts Tk = 0.150C, this value again being proportional D is. Since a comparator 13 to which the signals D and C are supplied shows that z Tk = D is smaller than z Ti = C, and # T. is to be brought up to u Tk, results an angular position value αii to which a transformed temperature Tkk = Tii, corresponds to the new actual temperature of the mixed air. In this state according to the point R the servomotor 7 is de-energized.

Eine Begrenzungsstufe 14 sorgt dafür, daß aus dem Vergleicher 10 kommende Signale C, wenn sie aus einer Temperaturdifferenz herrühren, die größer oder kleiner der Temperaturdifferenz des Toleranzbereiches Z = T5 max -T min = 25,5 - 240C= 1,50C 5 sind, jeweils auf denjenigen Grenzwert Cmax bzw. C min des Toleranzbereiches beschränkt werden, der dem Wert des Signals C am nächsten kommt. Dadurch ist sichergestellt, daß die Steuerklappe 6 in ihren Endlagen jeweils kraft- und stromlos an ihren Gegenlagern anliegt.A limitation stage 14 ensures that coming from the comparator 10 Signals C if they result from a temperature difference that is greater or less the temperature difference of the tolerance range Z = T5 max -T min = 25.5 - 240C = 1.50C 5 are limited to the limit value Cmax or C min of the tolerance range that comes closest to the value of signal C. This ensures that the control flap 6 in its end positions is de-energized and de-energized at its counter bearings is present.

Claims

A n 5 p r u c h e 1. Procedure for regulating the temperature of the intake air for internal combustion engines, especially for motor vehicles, by mixing cold and preheated air in an intake duct system with the help of a dependency the temperature of the mixed air electrically adjustable control flap by the features (a) the mixed air target temperature is by a temperature range (Tolerance range Z) can be specified, (b) the angular position of the control flap is determined and according to an arbitrarily predeterminable formation law to an electrical signal D processed, (c) the law of formation is a function that is dependent on in Temperatures in the tolerance range Z and the angular positions of the control flap, (d) the actual temperature of the mixed air is determined with a once arbitrary Temperature value within the tolerance range Z compared and the comparison result converted into an electrical signal C, (e) the signals C and D are interrelated compared, (f) 1. when C = D, there is no energy supply to the servomotor the control flap, i.e. the servomotor remains de-energized in this state 2. at C # D the servomotor of the control flap receives an energy supply so that the control flap can assume a position in which the actual mixed air temperature T. is within the tolerance range Z comes to rest, the direction of adjustment is determined so that the value C dem Value D is approximated.

2. The method according to claim 1, characterized in that g e k e n n z e i c hn e t, that the limit temperatures in the tolerance range Z for the mixed air target temperature apart by a maximum of 1.5 "C, preferably 0.5 to 1" C.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that g e k e n n -z e i c It should be noted that the signal C is fed to a limiting stage before the comparison with D in which it is checked whether it is within a predetermined tolerance range corresponding size range and in which it is, if it is outside this range is limited to the end value of the range to which it is closest.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized g e it is not indicated that the actual temperature T.

the mixed air with a temperature-dependent electrical resistance is measured and that with resistance values of 0 or infinite the signal C on such a value is given that at each value D the flap in a defined End position is brought.