DE3828687A1 - Leerlauffuellungsregelung fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Leerlauffüllungsregelung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Regelungen werden bekanntlich eingesetzt zur Quantitäts­ steuerung der Frischgasmenge (Verbrennungsluft, Kraftstoff-Luft-Ge­ misch) für Kaltstart, Warmlaufphase der Brennkraftmaschine und Drehzahlregelung im Leerlauf bei warmer Maschine, um die Einflüsse verschiedener Parameter, wie Luft-, ÖL- oder Kühlwassertemperatur, unterschiedliche Reibleistungen bei neuer oder eingelaufener Ma­ schine, unterschiedliche Kraftstoffqualitäten, geodätische Höhe oder unterschiedliche Lasten durch Nebenantriebe, auszugleichen.

Die US-PS 44 91 109, F02M 3/00, beschreibt eine derartige Leerlauf­ füllungsregelung, bei der als Leistungsstellglied der Maschine eine Drosselklappe vorgesehen ist, die einerseits über eine elektro­ nische Steuereinrichtung mit einem vom Fahrer des mit der Maschine ausgerüsteten Fahrzeugs betätigten Gaspedal, andererseits mit der Membran einer Membrandruckdose in Verbindung steht, die über ein Dreiwegeventil in Abhängigkeit von in einem Steuergerät gewon­ nenen Stellsignalen derart mit Atmosphärendruck und/oder Saugrohr­ unterdruck beaufschlagt wird, daß über die Beeinflussung der Drossel­ klappenstellung eine vorgegebene Leerlaufdrehzahl eingeregelt wird. Bei einem Ausfall des Steuergeräts für das Dreiwegeventil, d. h. dann, wenn dieses stromlos wird, stellt es nur eine Verbindung des Druckraums der Druckdose mit der Atmosphäre her, so daß unter der Wirkung des Atmosphärendrucks und einer Druckfeder die Membran der Druckdose die Drosselklappe in eine Schließstellung bewegt, in der nur ein einer Leerlauf-Grundeinstellung entsprechender Strömungsquerschnitt für das Frischgas verbleibt. Dies ist einerseits insofern vorteilhaft, als bei einem Ausfall des Steuergeräts, d.h. Ausbleiben geeigneter Stellbefehle für das Dreiwegeventil, die Drosselklappe nicht in einer hinsichtlich des Leerlaufbetriebs relativ weit geöffneten Stellung stehen bleibt, wodurch ein uner­ wünschtes Hochdrehen der Brennkraftmaschine auftreten kann, sondern andererseits insofern auch nachteilig, als bereits bei geringer Belastung der Maschine diese dann infolge ungenügender Frischgas­ zufuhr stehenbleiben kann. Eine Frischgaszufuhr entsprechend der Leerlauf-Grundeinstellung reicht bereits bei geringen Maschinenbe­ lastungen nicht mehr zum ordnungsgemäßen Betrieb der Maschine aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Leerlauffüllungsrege­ lung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 unter Wahrung der vorteilhaften Eigenschaft des Vermeidens eines Hochdrehens der Maschine bei Ausfall des Steuergeräts (Ausfall der Stromversor­ gung, Auftreten eines Fehlers) so auszubilden, daß ein Stillstand der Brennkraftmaschine bei niedrigen Belastungen infolge unzureichen­ der Frischgaszufuhr in diesem Falle vermieden ist.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeich­ nenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.

Ein Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß sie die gestellte Aufgabe mit einfachen, erprobten Mitteln löst. Während nämlich im Normalbetrieb, d. h. bei einwandfrei arbeitendem Steuergerät, die von diesem gelieferten Stellsignale für den Leerlaufbetrieb der Maschine gleichsam verantwortlich sind, erfolgt bei Ausfall des Steuergeräts eine Umschaltung auf ein weiteres Steuergerät, das auch als Sicherheits-Steuergerät bezeichnet werden kann und dafür sorgt, daß das Drosselorgan, beispielsweise also die zugleich das Leistungsstellglied bildende Drosselklappe oder eine zusätzliche Drossel in einem Bypass, nicht in diejenige Stellung zurückbewegt wird, die der Leerlauf-Grundeinstellung zugeordnet ist; vielmehr erfolgt über das weitere Steuergerät die Einstellung eines Frischgas- Strömungsquerschnitts, der größer ist und einer Drehzahl von bei­ spielsweise 1500 U/min zugeordnet ist.

Im folgenden werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, teilweise im Schnitt, für eine Vergaser­ maschine,

Fig. 2 das Blockschaltbild eines Ausführungsbei­ spiels, bei dem das Drosselorgan zusätz­ lich zum Leistungsstellglied vorhanden ist,

Fig. 3 den Verlauf des Luftdurchsatzes L über dem Strom i für ein Regelventil in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 und

Fig. 4 die Realisierung des Ausführungsbei­ spiels nach Fig. 2.

Betrachtet man zunächst Fig. 1, so wird das Saugrohr 1 in üblicher Weise von dem durch den Pfeil angedeuteten Frischgas in Abhängigkeit von dem Strömungsquerschnitt durchströmt, den die schwenkbare Drosselklappe 2 in Abhängigkeit von ihrer jeweiligen Schwenkstellung zuläßt. Die Drosselklappe 2 steht in nicht dargestellter, da bekann­ ter Weise entweder direkt oder über eine elektronische Steuerein­ richtung mit dem Gaspedal in Verbindung, das von dem Fahrer des mit der Maschine ausgerüsteten Fahrzeugs betätigt wird. Die Drossel­ klappe 2 ist in ihrer Schließstellung gezeichnet, so daß Leerlaufbe­ trieb vorliegt; die Frischgaszufuhr zur Brennkraftmaschine wird bei vollständig geschlossener Drosselklappe 2 durch das in einer Umgehungsleitung 3 zu dieser liegende, fest eingestellte Ventil 4 bestimmt. Es handelt sich dabei um eine Grundeinstellung für die Leerlaufdrehzahl, die beispielsweise bei 700 bis 800 U/min liegt.

Zur Berücksichtigung verschiedener, eingangs aufgezählter Maschinen­ parameter erfolgt eine Leerlauffüllungsregelung, wobei als eigent­ liches Stellglied die Drosselklappe 2 ausgenutzt wird. Drehfest mit der Antriebswelle derselben verbunden ist der fingerartige Hebel 5, der über die an ihrem Ende abgekröpfte Stange 6 in Abhängig­ keit von der Stellung der Membran 7 in der Membrandose 8 verschwenkt wird. Die Druckkammer 9 der Membrandose 8 kann über Ventile 10 und 11, deren elektromagnetische Betätigungseinrichtungen bei 10′ und 11′ angedeutet sind, mit der Atmosphäre (Leitung 12) und/oder einem unterdruckführenden Saugrohrbereich (Leitung 13) so verbunden werden, daß die Drosselklappe 2 einen den jeweiligen Betriebsbedin­ gungen im Leerlauffall entsprechenden Frischgas-Strömungsquerschnitt im Saugrohr 1 freigibt.

Die Ansteuerung der Ventile 10 und 11 bzw. ihrer Betätigungseinrich­ tungen 10′ und 11′ erfolgt normalerweise über das Steuergerät 14, das in an sich bekannter und daher hier nicht zu beschreibender Weise aus ihm zugeführten, in der Figur durch Pfeile angedeuteten Sensorsignalen für verschiedene Betriebsparameter der Maschine Stellsignale für die Ventile 10 und 11 erzeugt, die die jeweils erforderliche Drosselklappenstellung über eine entsprechende Ein­ stellung des Drucks im Druckraum 9 der Druckdose 8 zur Folge haben. Erfordern die vorliegenden Betriebsparameter der Maschine, insbeson­ dere ein Absinken der Drehzahl, ein weiteres Öffnen der Drossel­ klappe 2, so wird das Steuergerät 14 in erster Linie an das Ventil 11 dieses weiter öffnende Signale liefern, die eine Verringerung des Drucks im Druckraum 9 zur Folge haben; das Entgegengesetzte, d. h. die Erzeugung von öffnenden Stellsignalen für das Ventil 10, tritt ein, wenn die Leerlaufdrehzahl einen gewünschten Wert über­ schreitet.

Wenn jedoch das Steuergerät 14 keine oder fehlerhafte Stellsignale für die Ventile 10 und 11 liefert, besteht die Gefahr, daß die Drosselklappe 2 ihre gezeichnete Schließstellung einnimmt, die Maschine also nur noch über die Umgehungsleitung 3 mit Frischgas versorgt wird, obwohl von ihr eine gewisse Leistung verlangt wird. Dies beruht darauf, daß die Ventile 10 und 11 so ausgelegt sind, daß Ventil 11 bei Ausbleiben von Stellsignalen seine Schließstellung, dagegen Ventil 10 seine Öffnungsstellung einnimmt, so daß ohne zusätzliche Maßnahmen sich in dem Druckraum 9 Atmosphärendruck aufbaut und demgemäß die Membran 7 in der Figur nach unten bewegt wird.

Dem wirkt die Erfindung dadurch entgegen, daß ein weiteres Steuerge­ rät 15 vorhanden ist, das bei einem derartigen Ausfall des Steuer­ geräts 14 die Erzeugung von Stellsignalen für die Ventile 10 und 11 übernimmt. Wie bei 16 angedeutet, wird das weitere Steuergerät 15 gleichsam als Sicherheitssteuergerät beispielsweise über Kontakte 17 und 18 nur dann wirksam gemacht, wenn eine Kontrollschaltung des Steuergeräts 14 einen Ausfall bzw. ein fehlerhaftes Arbeiten dessel­ ben feststellt. Dabei kann es sich, wie gesagt, um einen Stromausfall im Steuergerät 14 oder aber um eine falsche Arbeitsweise desselben handeln, die über Plausibilitätskriterien festgestellt wird. Nur dann, wenn ein derartiger Ausfall des Steuergeräts 14 festgestellt wird, werden die Kontakte 17 und 18 in ihre Schließlage gebracht, so daß jetzt die vom weiteren Steuergerät 15 erzeugten Stellsignale zu den Betätigungseinrichtungen 10′ und 11′ der Ventile 10 und 11 gelangen. Gegebenenfalls kann zusätzlich auch eine Unterbrechung der Leitungen dieser Betätigungseinrichtungen zum Steuergerät 14 erfolgen.

An dieser Stelle sei eingefügt, daß verständlicherweise die Kon­ takte 17 und 18 auch durch andere Einrichtungen ersetzt werden können. Beispielsweise ist es möglich, die Erzeugung von Stellsi­ gnalen im weiteren Steuergerät 15 erst dann zu veranlassen, wenn ein Ausfall des Steuergeräts 14 signalisiert wird.

Entscheidend ist jedoch die Tatsache, daß das weitere Steuergerät 15, dem in diesem Ausführungsbeispiel übrigens ebenfalls in Fig. 1 durch Pfeile angedeutete Sensorsignale für verschiedene Maschinen­ parameter zugeführt werden, Stellsignale für die Ventile 10 und 11 erzeugt, die einen solchen Druck im Druckraum 9 der Membrandose 8 zur Folge haben, daß die Drosselklappe 2 in eine Öffnungsstellung geschwenkt wird, die eine Leerlaufdrehzahl oberhalb der durch das Ventil 4 vorgegebenen Grunddrehzahl zur Folge hat. Dadurch kann die Maschine trotz Ausfalls des Steuergeräts 14 unter Wahrung der vorteilhaften Vermeidung eines unerwünschten Hochlaufs auch bei kleiner Belastung weiterlaufen.

Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 2 schema­ tisch wiedergegeben. In diesem Falle dient die Drosselklappe 20 im Saugrohr 21 ausschließlich als Leistungsstellglied im Lastbereich, das wiederum in direkter oder indirekter Verbindung mit einem nicht gezeichneten Gaspedal steht. In dem Bypass 22 zur Drossel­ klappe 20 liegt das Regelventil 23, dessen elektromagnetische Betätigungseinrichtung 23′ mit Stellsignalen vom Steuergerät 24 beaufschlagt wird. Weiterhin erkennt man im Zuge des Bypass 22 das Dreiwege-Ventil 25, das im normalen Leerlaufbetrieb, d.h. unter dem Einfluß der vom Steuergerät 24 erzeugten Stellsignale für das Regelventil 23, die Druckanschlüsse 26 und 27 über den Bypass 22 und damit über das Regelventil 23 verbindet. Dagegen wird der weitere Bypass 28 in diesem Falle durch das Dreiwege-Ven­ til 25 gesperrt. Die Folge ist also jetzt eine Leerlaufregelung in Abhängigkeit von den im Steuergerät 24 gewonnenen Stellsignalen für das Regelventil 23.

Bei Ausfall des Steuergeräts 24 wird das weitere Steuergerät 29 aktiviert, dessen Stellsignale zur elektromagnetischen Betätigungs­ einrichtung 25′ des Dreiwegeventils 25 gelangen und dieses in seine andere Lage bringen, in der der Bypass 22 unterbrochen und der weitere Bypass 28 durchgeschaltet ist. Der Bypass 28 ist nun seinerseits so dimensioniert bzw. das Ventil 25 gibt in dieser Lage einen solchen Strömungsquerschnitt frei, daß trotz Ausfalls des Steuergeräts 24 auch bei in Sperrstellung befindlichem Regel­ ventil 23 eine gegenüber der Grundeinstellung erhöhte Leerlaufdreh­ zahl gesichert ist.

In Fig. 3 ist der Verlauf des Luftdurchsatzes L in Abhängigkeit von dem durch den Strom i gegebenen Stellsignal für das Regelven­ til 23 wiedergegeben. Die Regelkennlinie des Ventils 23 ist mit 30 bezeichnet. Man erkennt, daß der durch den Bereich 31 angedeutete Luftbedarf der warmen Brennkraftmaschine ohne Last bei dem der Grundeinstellung entsprechenden Luftdurchsatz L 1 liegt. Wenn wie beim Stand der Technik beim Ausfall des Steuergeräts 24 das Regel­ ventil 23 in seine Schließstellung bewegt werden würde, in der ein noch kleinerer Luftdurchsatz L 0 (Leckmengen) vorliegt, wäre selbst im lastlosen Betrieb die Gefahr des Stillstands der warmen Maschine gegeben. Aus diesem Grunde wird bei Ausfall des Steuergeräts 24 durch den jetzt über das Ventil 25 freigegebenen weiteren By­ pass 28 ein Luftdurchsatz L 2 sichergestellt, der höher liegt als die Grundeinstellung L 1, aber verständlicherweise erheblich unterhalb des maximal möglichen Leerlauf-Luftdurchsatzes L 3 durch den By­ pass 22.

Die Ansteuerung des Ventils 25 kann so getroffen sein, daß es bei Stromfluß durch seine Betätigungseinrichtung 25′ den Bypass 22, dagegen bei Abschaltung des Stroms durch die Betätigungseinrich­ tung 25′ den weiteren Bypass 28 freigibt. In diesem Falle ist ein Leerlaufbetrieb auch dann möglich, wenn die Stromversorgung beider Steuergeräte 24 und 29 zusammenbricht.

Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform der Anordnung nach Fig. 2 - die elektrischen Einrichtungen und Verbindungen sind hier fortgelassen - besitzt den Vorteil, daß zusätzliche, beispiels­ weise durch Schläuche gebildete Druckleitungen überflüssig sind, da die verschiedenen Verbindungen als Kanäle in die Wand der Saug­ anlage eingearbeitet sind. Die bereits in Fig. 2 vorkommenden Bezugszeichen sind übernommen. Man erkennt, daß das als Schaltventil ausgebildete Ventil 25 am eingangsseitigen Ende beider Bypässe 22 und 28 liegt. Dargestellt ist der normale Leerlauffall, in dem die Leerlaufregelung durch die vom Steuergerät 24 erzeugten Stellsi­ gnale erfolgt. Der Ventilkörper 40 des Regelventils 23 befindet sich demgemäß in einer die jeweilige Leerlaufdrehzahl sicherstellen­ den Lage, während der Ventilkörper 41 des Schaltventils 25 unter Absperren des weiteren Bypasses 28 den vollen Strömungsquerschnitt zum Bypass 22 freigibt. Sobald nun das Steuergerät 24 ausfällt, wird das Schaltventil 25 so umgesteuert, daß sein Ventilkörper sich in Richtung nach unten auf den Ventilsitz 42 bewegt, demgemäß also unter Abschluß des Bypasses 22 (wobei die jeweilige Stellung des Ventilkörpers 40 unwichtig wird) den vollen Strömungsquerschnitt des weiteren Bypasses 28 freigibt. Dieser Strömungsquerschnitt ist so bemessen, daß sich der in Fig. 3 mit L 2 bezeichnete Luftdurch­ satz einstellt.

Mit der Erfindung ist also eine Leerlauffüllungsregelung geschaffen, die bei Ausfall des Steuergeräts sowohl ein unerwünschtes Hochdrehen als auch ein Stehenbleiben der Maschine verhindert.

Claims (6)

1. Leerlauffüllungsregelung für eine mit einem Leistungsstellglied im Saugrohr zur lastabhängigen Einstellung seines Strömungsquer­ schnitts ausgerüstete Brennkraftmaschine, insbesondere zum Antrieb eines Fahrzeugs, mit einem eingangsseitig mit Sensoren für Betriebsparameter der Maschine verbundenen Steuergerät zur Gewinnung von Stellsignalen für ein einen Leerlauf-Frischgas­ strömungsquerschnitt bestimmendes Drosselorgan, wobei Mittel zum Verhindern eines Hochlaufens der Maschine beim Ausbleiben der Stellsignale vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Steuergerät (15) vorgesehen ist, das bei Ausfall des Steuergeräts (14) Stellsignale zur Einstellung eines Frischgas-Strömungsquerschnitts für eine gegenüber der Leerlauf-Grundeinstellung erhöhte Leerlaufdrehzahl der Maschine erzeugt.

2. Leerlauffüllungsregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erhöhte Leerlaufdrehzahl im Bereich des 1,5- bis 2,5 fachen der Leerlaufdrehzahl gemäß Grundeinstellung liegt.

3. Leerlauffüllungsregelung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auch das weitere Steuergerät (15) eingangsseitig mit Sensoren für Betriebsparameter der Maschine verbunden ist.

4. Leerlauffüllungsregelung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung des Leistungsstell­ glieds (2) als Drosselorgan mit diesem als Stellglied eine Druckdose (8) in Antriebsverbindung (5, 6) steht, deren Druck­ raum (9) mit der Atmosphäre und/oder einem unterdruckführenden Bereich des Saugrohrs (1) über eine Ventilanordnung (10, 11) verbindbar ist, der bei Ausfall des Steuergeräts (14) statt der von diesem gewonnenen Stellsignale die vom weiteren Steuer­ gerät (15) erzeugten Stellsignale zugeführt werden.

5. Leerlauffüllungsregelung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselorgan (23) in einem Bypass (27) zum Leistungsstellglied (20) liegt und in einem weiteren Bypass (28) zum Leistungsstellglied (20) ein weiteres Drosselorgan (25) liegt, das in Abhängigkeit von den Stellsigna­ len des weiteren Steuergeräts (29) nur bei Ausfall des Steuerge­ räts (24) einen Strömungsquerschnitt im weiteren Bypass (28) freigibt.

6. Leerlauffüllungsregelung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Drosselorgan (25) als Dreiwege-Schaltventil ausgebildet und an einem Ende beider Bypässe (22, 28) angeordnet ist, und daß es in seinen beiden Schaltstellungen jeweils einen der beiden Bypässe (22, 28) unter Freigabe des jeweils anderen (28, 22) sperrt.