DE3828850A1 - Vorrichtung zur steuerung einer betriebskenngroesse einer brennkraftmaschine - Google Patents
Vorrichtung zur steuerung einer betriebskenngroesse einer brennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Steuerung einer
Betriebskenngröße einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1.
Eine solche Vorrichtung zur Steuerung einer Betriebskenngröße einer
Brennkraftmaschine ist aus der DE-OS 28 01 790 bekannt. Dort wird
nach Beendigung des Schubbetriebs durch Öffnen des Leerlaufkontakts
die Kraftstoffmenge nach einer wählbaren Zeitfunktion hochgesteuert.
Dies ermöglicht einen weichen Übergang in den normalen Fahrbetrieb.
Ferner ist aus der DE-OS 28 39 467 bekannt, einen Defekt des Stell
gliedes zur Führungssteuerung durch Überprüfung von Stellerposition
und Gaspedalposition festzustellen. Er wird dann angenommen, wenn
sich das Fahrpedal in Leerlaufstellung und das Stellglied, insbeson
dere die Drosselklappe, außerhalb ihrer Leerlaufposition befindet.
Liegt ein solcher Defekt vor, so wird zur Drehzahlerniedrigung die
Kraftstoffzufuhr abgeschaltet. Lenkt der Fahrer das Fahrpedal wieder
aus seiner Leerlaufposition aus, wird die Abschaltung der Kraft
stoffzufuhr aufgegeben, um sicherheitskritische Fahrzustände zu ver
meiden. Dadurch kann die Drehzahl der Brennkraftmaschine wieder er
höht werden.
Nachteilig ist jedoch, daß es beim Gasgeben durch den plötzlichen
Drehmomentensprung zu einer ungewollten Fahrzeugbeschleunigung kom
men kann, so daß der Fahrer der Situation möglicherweise nicht mehr
gewachsen ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung zur
Steuerung einer Betriebskenngröße einer Brennkraftmaschine der ein
gangs genannten Art das Fahrverhalten beim Übergang vom Leerlaufbe
trieb in den Fahrbetrieb zu verbessern und sicherheitskritische
Fahrzustände zu verhindern.
Ferner ist aus der DE-OS 31 34 991 ein Verfahren zur Steuerung des
Kraftstoffzumeßsystems einer Brennkraftmaschine im Schubbetrieb be
kannt. Dort wird die Ist-Drehzahl mit einem vorgegebenen Drehzahl
schwellwert verglichen, der von einem hohen Ausgangswert nach einer
Zeitfunktion auf einen niedrigen Endwert zurückgenommen wird. Befin
det sich die Ist-Drehzahl oberhalb dieser Drehzahlschwelle, wird die
Kraftstoffzufuhr abgeschaltet. Im umgekehrten Fall, wenn die Dreh
zahl kleiner als dieser Drehzahlschwellwert ist, setzt die Kraft
stoffzufuhr wieder ein. Der Übergang von Schubbetrieb in den norma
len Betriebszustand wird in diesem Stand der Technik nicht beschrie
ben.
Im folgenden werden unter dem Begriff Leerlaufzustand alle die Be
triebszustände verstanden, bei denen Fahrpedal oder Drosselklappe in
ihrer Leerlaufstellung sind, insbesondere der Schubbetrieb.
Die erfindungsgemäße Einrichtung verbessert das Fahrverhalten bei
einer Brennkraftmaschine bei einem Fehlerzustand des den Luftdurch
satz steuernden Stellgliedes, seiner Ansteuereinrichtungen und -lei
tungen und seiner Rückmeldungseinrichtungen und -leitungen beim
Übergang vom Leerlaufzustand in normalen Fahrbetrieb durch Steuerung
einer Drehzahlbegrenzung durch Kraftstoffabschaltung nach einer vor
gegebenen Zeitfunktion. Ein sicherheitskritischer Momentensprung,
der unter bestimmten Betriebsbedingungen auftreten kann, wird wirk
sam verhindert.
Insbesondere ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in der Lage bei
obengenanntem Fehlerfall, sicherheitskritische Fahrzustände zu be
herrschen und einen sicheren Betrieb der Brennkraftmaschine auf
rechtzuerhalten. Die Erfindung geht davon aus, daß im Fehlerfall nur
dann ein sicherheitskritischer Fahrzustand zu erwarten ist, wenn im
Leerlaufzustand die Drehzahl um den vorgegebenen Drehzahlschwellwert
für die Kraftstoffabschaltung pendelt.
Ferner kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch außerhalb eines
Fehlerfalls, insbesondere nach dem Schubbetrieb, angewendet werden.
Dabei wird unter Kraftstoffabschaltung auch das Ausblenden einzelner
Einspritzimpulse verstanden.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich in Verbindung mit den
Unteransprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfüh
rungsbeispieles.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen darge
stellten Ausführungsform erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Übersichtsdarstellung der erfindungsgemäßen Ein
richtung und Fig. 2 mögliche Drehzahlverläufe beim Auftreten der
oben beschriebenen Fehler und wirksamer Kraftstoffabschaltung ober
halb einer Drehzahlschwelle. Die Fig. 3a und b stellen einen mög
lichen Verlauf der Drehzahlbegrenzung in Abhängigkeit der Stellung
der Drosselklappe bzw. des Fahrpedals dar.
Fig. 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 10, mit wenigstens einem Kraft
stoffeinspritzventil 11, ein Ansaugrohr 12, in dem sich eine Dros
selklappe 13 mit einem Drosselklappenpositionsgeber 13 a, eine die
Drosselklappe anstellende Stelleinrichtung 14 und ein Leerlaufschal
ter 14 a befindet. Die dargestelle Vorrichtung weist außerdem einen
Drehzahlsensor 17 und einen Positionsgeber 18 eines die Drossel
klappe 13 steuernden Fahrpedals 19 auf, dem ein Schalter für die
Nullstellung des Fahrpedals zugeordnet ist. Ein Steuergerät 20 emp
fängt über seine Eingänge 31 die Ist-Drehzahl vom Drehzahlsensor 17
über 33 das Leerlaufsignal und über 34 die Drosselklappenposition
vom Drosselklappenpositionsgeber 13 a. Das Leerlaufsignal kann alter
nativ vom Leerlaufschalter 14 a oder vom Fahrpedalpositionsgeber 18
abgenommen werden, wie in Fig. 1 symbolisch durch die Schalteinheit
53 dargestellt ist, über die der Eingang 33 des Steuergeräts 20 mit
diesen Gebern 14 a und 18 verknüpft ist.
Über seine Ausgänge 36 und 37 werden die Betriebskenngrößen Kraft
stoffmenge über eine entsprechende Ansteuerung für wenigstens ein
Einspritzventil 11 und des Leerlauf-Luftdurchsatzes über die Stell
einrichtung 14 der Drosselklappe 13 gesteuert.
Das Steuergerät 20 besteht im wesentlichen aus einer Einrichtung 40
zur Erkennung eines sicherheitskritischen Fahrzustandes, einer Feh
lererkennungsschaltung 41, einer Berechnungseinheit für die Kraft
stoffmenge 42, einer Einrichtung 43 zur Bestimmung des Drehzahl
schwellwertes für die Kraftstoffabschaltung und einer Berechnungsein
heit 44 für die Betätigung der Stelleinrichtung 14, die einzelnen
Bereichen des Steuergeräts zugeordnet sind.
Die Eingangssignale der Einrichtung 40 zur Erkennung eines sicher
heitskritischen Fahrzustandes sind Drehzahl und ein über die Zu
leitung 50 vorgegebener Drehzahlschwellwert. Ferner ist die Einrich
tung 40 mit einem Zeitglied 51 verbunden. Der Ausgang dieser Ein
richtung 40 wird über ein UND-Verknüpfungsglied 52 mit der Einrich
tung 43 zur Bildung des Drehzahlbegrenzungswert verknüpft. Der zwei
te Eingang des UND-Verknüpfungsgliedes 52 empfängt über den Eingang
33 das Leerlaufsignal.
Die Fehlererkennungsschaltung 41 verarbeitet als Eingangssignale
Leerlaufsignal, das Ausgangssignal der Berechnungseinheit 44 und
Drosselklappenposition. Ihr einziger Ausgang ist mit der Einrichtung
43 zur Bildung des Drehzahlbegrenzungswertes und über eine UND-Ver
knüpfung 51 a mit dem Leerlaufsignal mit dem Zeitglied 51 verbunden.
Die Einrichtung 43 hat neben den oben beschriebenen Eingangssignalen
über eine Zuleitung 54 ein weiteres Eingangssignal, das verschiedene
Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine berücksichtigt. Der Aus
gang der Einrichtung 43 ist über eine Vergleichseinrichtung 55 mit
einem UND-Verknüpfungsglied 56 verbunden. Der zweite Eingang der
Vergleichseinrichtung 55 behält das Drehzahlsignal vom Eingang 31.
Drehzahl und Drosselklappenposition werden der Berechnungseinheit 42
für das Kraftstoffzumeßsignal zugeführt, deren Ausgang mit dem zwei
ten Eingang des UND-Verknüpfungsgliedes 56 verbunden ist. Die Zulei
tung 57 der Berechnungseinheit 42 stellt weitere Betriebskenngrößen
dar, die zur Berechnung des Kraftstoffzumeßsignals benötigt werden.
Darunter wird insbesondere Temperatur und Abgaszusammensetzung ver
standen. Die Berechnungseinheit 44 bildet aus Leerlaufsignal und
Drehzahl das Ansteuersignal für die Stelleinrichtung 14. Über eine
Zuleitung 58 werden der Berechnungseinheit 44 weitere Betriebskenn
größen, wie aus Leerlaufregelungen bekannt, zugeführt. Der Ausgang
des UND-Verknüpfungsgliedes 56 ist mit dem Ausgang 36 des Steuerge
rätes 20 und damit mit dem Kraftstoffventil 11 der Brennkraftma
schine, der Ausgang der Berechnungseinheit 44 über den Ausgang 37
des Steuergerätes 20 mit der Stelleinrichtung 14 verbunden.
Die Einrichtung 40 wird durch die Fehlererkennungsschaltung 41 und
durch das Leerlaufsignal vom Eingang 33 aktiviert und überprüft
durch einen Vergleich der Drehzahl mit einem vorgegebenen Schwell
wert den Drehzahlverlauf der Brennkraftmaschine. Die Einrichtung 40
erkennt während vorgegebenen Zeitabschnitten, die von dem Zeitglied
51 bestimmt werden, aus den Vergleichsergebnissen, ob Drehzahlen
größer und kleiner als der Drehzahlschwellwert vorkommen. Befindet
sich die Brennkraftmaschine im Leerlaufzustand, der durch das Ver
knupfungsglied 52 berücksichtigt wird, das als zweite Eingangsgröße
das Leerlaufsignal verwertet, so wird in Abhängigkeit des Ergebnis
ses der Überprüfung des Drehzahlverlaufes in der Einrichtung 40 die
Einrichtung 43 zur Bestimmung des Drehzahlbegrenzungswertes ange
wählt.
Die Fehlererkennungsschaltung 41 stellt abnormale Betriebszustände
abhängig von Drosselklappenposition, Größe des Ansteuersignals für
die Stelleinrichtung 14 und Leerlaufsignal fest. Dabei wird die
Drosselklappenposition mit einem berechneten Sollwert verglichen. So
können alle die Fehler berücksichtigt werden, bei denen sich die
Öffnung des Luftdurchsatzstellgliedes 13 nicht mehr zurücknehmen
läßt, und somit unzulässig groß bleibt. Bei erkanntem Fehlerfall ak
tiviert die Fehlererkennungsschaltung 41 die Einrichtung 43 zur Bil
dung des Drehzahlbegrenzungswertes und über die UND-Verknüpfung 51 a
und das Zeitglied 51 die Einrichtung 40.
Fig. 2 stellt die denkbaren Drehzahlverläufe im Leerlaufzustand der
Brennkraftmaschine im Fehlerfall dar. Der vorgegebene Drehzahlwert,
in Fig. 2 mit n o bezeichnet, welcher der Einrichtung 40 über die
Zuleitung 50 zugeführt wird, wird so groß gewählt, daß er oberhalb
der normalen Drehzahl liegt. Wie in Fig. 2a dargestellt, kann die
Drehzahl während des von dem Zeitglied 51 vorgegebenen Zeitabschnit
tes ständig unterhalb des Drehzahlschwellwertes 50 liegen. Der er
kannte Fehler wirkt sich in diesem Fall nicht gravierend auf die
Drehzahl aus, d.h. die Öffnung des Stellgliedes 13 ist z.B. nicht
unzulässig weit, oder der Motor ist durch mechanische oder elektri
sche Verbraucher stark belastet. Beim Übergang aus dem Leerlaufzu
stand in einen anderen Betriebszustand der Brennkraftmaschine ist
also kein sicherheitskritisches Verhalten zu erwarten. Die Einrich
tung 43 wird also in diesem Fall außerhalb des Leerlaufzustandes ab
geschaltet. In Fig. 2b ist die Drehzahl ständig größer als der Dreh
zahlschwellwert. Aus diesem Drehzahlverlauf bei Kraftstoffabschal
tung wird auf Schubbetrieb geschlossen. Die erfindungsgemäße Ein
richtung 43 ist auch hier außerhalb des Leerlaufzustandes nicht ak
tiv, da ein sofortiges Anbinden ohne Momenteneinbruch erwünscht ist.
Somit liegt nur dann ein sicherheitskritischer Fahrzustand vor auf
grund der Kraftstoffabschaltung oberhalb der Drehzahlschwelle, wenn
die Drehzahl, wie in Fig. 2c dargestellt, um den Drehzahlschwellwert
pendelt. In diesem Fall muß die erfindungsgemäße Einrichtung 43 auch
außerhalb des Leerlaufzustandes einen Drehzahlbegrenzungswert lie
fern. Die Einrichtung 43 gibt also einen Drehzahlbegrenzungswert bei
Öffnen des Leerlaufschalters dann ab, wenn im Leerlaufzustand ein
Fehlererkennungssignal der Schaltung 41 vorliegt und die Einrichtung
40 zusätzlich ein Pendeln der Drehzahl um den Drehzahlschwellwert 50
erkannt hat.
Fig. 3b zeigt den Verlauf des Drehzahlbegrenzungswertes in und au
ßerhalb des Leerlaufzustandes, wenn der letztgenannte Fall auftritt.
Wird also, wie in Fig. 3a, zum Zeitpunkt t o der Leerlaufschalter
geöffnet oder das Fahrpedal ausgelenkt, so hebt die Einrichtung 43
den Drehzahlbegrenzungswert geringfügig an und steuert ihn einer
Zeitfunktion folgend hoch. Ein Grenzwert bestimmt den maximalen
Drehzahlbegrenzungswert. In Fig. 3b ist als Zeitfunktion eine Ram
penfunktion dargestellt.
Die Vergleichseinrichtung 55 vergleicht ständig den Drehzahlbegren
zungswert mit der Drehzahl und schaltet über das Verknüpfungsglied
56 die Kraftstoffzufuhr ab, wenn die Drehzahl größer als der Dreh
zahlbegrenzungswert ist, und schaltet den Kraftstoff zu, wenn die
Drehzahl unter den Drehzahlbegrenzungswert absinkt.
Im folgenden werden vorteilhafte Ergänzungen und Erweiterungen der
erfindungsgemäßen Einrichtung beschrieben.
Neben der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform, die lediglich aus
Übersichtlichkeitsgründen gewählt wurde, kann die beschriebene Vor
gehensweise auch in einem Rechner realisiert sein.
Zur Erweiterung der Fehlererkennung kann in der erfindungsgemäßen
Einrichtung zusätzlich ein Luftmassenmesser 60, der ein Luftmassen
signal 61 an die Fehlererkennungsschaltung 41 und an die Berech
nungseinheit 42 der Kraftstoffzumeßung abgibt, verwendet werden. Au
ßerdem kann noch das Drehzahlsignal zur Fehlererkennung verarbeitet
werden.
Ferner ist es möglich, statt eines Drehzahlschwellwertes zwei ge
trennte Drehzahlschwellwerte mit dazwischenliegendem Drehzahlband
für Kraftstoffabschaltung und -zuschaltung vorzugeben. Ein Drehzahl
pendeln wird dann erkannt, wenn Drehzahlwerte oberhalb und unterhalb
dieses Drehzahlbandes auftreten.
Außerdem kann Drehzahlpendeln dadurch erkannt werden, daß alternie
rend positive und negative Drehzahlgradienten in Abhängigkeit eines
vorgegebenen Grenzwertes und einer vorgegebenen Drehzahl festge
stellt werden.
Selbstverständlich ist die Zeitfunktion zur Hochsteuerung des Dreh
zahlgrenzwertes nicht auf die im Ausführungsbeispiel beschriebene
Rampenfunktion begrenzt. So kann abhängig von den Betriebszuständen
der Brennkraftmaschine jede beliebige Zeitfunktion realisiert wer
den. Insbesondere kann diese Zeitfunktion abhängig von Parametern
wie Betätigungsgeschwindigkeit des Fahrpedals bzw. der Drosselklappe
oder von der Fahrgeschwindigkeit sein. In Fig. 1 ist dies durch den
zusätzlichen Eingang 54 der Einrichtung 43 zur Bestimmung des Dreh
zahlbegrenzungswertes berücksichtigt. Eine Abhängigkeit dieses Dreh
zahlbegrenzungswertes von der Betätigungsgeschwindigkeit des Fahrpe
dals bedeutet, daß die Brennkraftmaschine auch im Fehlerfall außer
halb des Leerlaufzustandes auf Fahrerwünsche reagiert.
In einer Erweiterung des Ausführungsbeispieles ist im Fehlerfall die
Überprüfung des Drehzahlverlaufes unabhängig von der Stellung des
Leerlaufschalters 14 a.
Außerdem kann durch generelle Vorgabe einer minimalen Wiederein
spritzdrehzahl und einer maximalen Abschneidedrehzahl ein Begrenzen
des Notlaufbetriebes auf ein dadurch vorgegebenes Drehzahlband er
reicht werden.
Selbstverständlich umfaßt die erfindungsgemäße Einrichtung auch die
Steuerung einer Betriebskenngröße einer Brennkraftmaschine mit
Bypasskanal und eine den Luftdurchsatz in diesem Bypasskanal
steuernde Stelleinrichtung.
Die erfindungsgemäße Einrichtung kann sinngemäß entsprechend des
obigen Ausführungsbeispieles auch nach Schubbetrieb angewandt werden.
Ferner kann das Leerlaufsignal auch direkt vom Drosselklappenposi
tionsgeber 13 a abgenommen werden.
Zusammenfassend wird festgestellt, daß die beschriebene Vorrichtung
zuerst den Fehlerfall erkennt, dann den Drehzahlbegrenzungswert n o
im Leerlaufzustand aktiviert und danach auf einen sicherheitskriti
schen Fahrzustand prüft. Ist diese Prüfung positiv, wird die Dreh
zahlbegrenzung beim Übergang von Leerlaufzustand bzw. Schubbetrieb
auf Fahrbetrieb erfindungsgemäß hochgesteuert.
Claims (13)
1. Vorrichtung zur Steuerung einer Betriebskenngröße einer Brenn
kraftmaschine mit Mittel zur Erkennung eines Leerlaufzustandes einer
den Luftdurchsatz beeinflussenden Stelleinrichtung bzw. des Schub
betriebs und Mittel zur Steuerung der Kraftstoffzumessung, dadurch
gekennzeichnet, daß bei und nach Verlassen des Leerlaufzustandes
bzw. Schubbetriebs eine vorzugsweise zeitlich veränderbare Drehzahl
begrenzung vorgegeben wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß abhängig
von Drehzahl und Drehzahlverlauf im Leerlaufzustand die veränderbare
Drehzahlbegrenzung im und außerhalb des Leerlaufzustandes wirksam
ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel
zur Erkennung eines Fehlers einer den Luftdurchsatz beeinflussenden
Stelleinrichtung, ihrer Ansteuerung oder ihrer Rückmeldung im Leer
laufzustand vorhanden sind und daß abhängig von diesem Fehler die
Drehzahlbegrenzung wirksam ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel
vorhanden sind, die durch aufeinanderfolgende Vergleiche der
Ist-Drehzahl mit einem Schwellwert ein Pendeln der Drehzahl
erkennen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß diese
Mittel den Drehzahlverlauf für vorgegebene Zeitabschnitte überprüfen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das
Pendeln der Drehzahl durch alternierende Drehzahlgradienten abhängig
von einem Grenzwert und einer vorgegebenen Drehzahl erkannt wird.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der
Drehzahlschwellwert als ein Drehzahlband mit höherer Abschneide- und
niedrigerer Wiedereinsetzdrehzahl ausgestaltet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Drehzahlbegrenzung bei Betätigung des Fahrpedals oder der
Drosselklappe einer vorgegebenen Zeitfunktion folgt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß diese
Zeitfunktion eine Rampenfunktion ist.
10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 oder 9, dadurch gekennzeich
net, daß die Zeitfunktion abhängig von der Betätigungsgeschwindig
keit des Fahrpedals, der Drosselklappe oder der Fahrgeschwindigkeit
steuerbar ausgebildet ist.
11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet,
daß im Anschluß an eine Fehlererkennung die Überprüfung des Dreh
zahlverlaufs unabhängig vom Leerlaufzustand erfolgt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein
Fehlerfall durch Überprüfung der Drosselklappenposition im Leerlauf
zustand erkannt wird.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur
Fehlererkennung zusätzlich ein Luftmassenmeßsignal oder die Drehzahl
verarbeitet wird.
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