DE3832727A1 - Einrichtung zur steuerung der leerlaufdrehzahl einer brennkraftmaschine in abhaengigkeit der batteriespannung - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung der Leerlauf­ drehzahl einer Brennkraftmaschine in Abhängigkeit der Batteriespan­ nung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Steuerung der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftmaschine ist aus der DE-PS 30 01 444 bekannt. Dort wird die Leerlaufdrehzahl in Abhängigkeit von der Motortemperatur, einem vorgegebenen Batte­ rieunterspannungswert und einer eingeschalteten Klimaanlage auf be­ stimmte, vorgegebene Werte gesteuert. Dabei wird bei abgesunkener Batteriespannung die Leerlaufdrehzahl erhöht, beim Erreichen der normalen Spannungshöhe die Leerlaufdrehzahl wieder abgesenkt. Dem­ nach wird die Batterie teilweise entladen, dann durch eine bedeu­ tende Drehzahlerhöhung wieder aufgeladen, danach durch die Absenkung der Drehzahl wieder entladen. Dieser Vorgang wiederholt sich im Laufe des Betriebs der Brennkraftmaschine ständig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Leerlaufdreh­ zahlsteuerung der eingangs genannten Art den Betrieb der Brennkraft­ maschine im Leerlauf optimal zu beherrschen.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Vorteile der Erfindung

Im Gegensatz zu der Vorrichtung der DE-PS 30 01 444 wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Entladen der Batterie wirksam ver­ hindert, indem über die Leerlaufdrehzahlsteuerung die Batteriespan­ nung geregelt wird. Für jeden elektrischen Belastungszustand der Batterie wird so ein stabiler Betriebspunkt erreicht und die Ladebi­ lanz ausgeglichen. Die Leerlaufdrehzahl wird also nur so weit ange­ hoben, wie es aus Ladebilanzgründen unbedingt notwendig ist. Die Verbrauchs- und Abgaswerte werden auf diese Weise möglichst wenig beeinträchtigt und der Fahrer durch eine plötzliche Leerlaufdreh­ zahlerhöhung nicht verunsichert.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich in Verbindung mit den Unteransprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in Fig. 1 und 2 darge­ stellten Ausführungsformen erläutert. Die Figuren zeigen Übersichts­ darstellungen zweier möglichen Ausführungsformen der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf diese nur aus Übersichtlichkeitsgründen gewählte Darstellung be­ schränkt, sondern kann auch in Form eines Rechnerprogramms reali­ siert werden.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist eine Brennkraftmaschine 10 dargestellt, mit einer in einem Ansaugrohr 11 liegenden Drosselklappe 12, einem Bypaßkanal 13 mit einem elektrisch betätigbaren Bypaßventil 14 und einem Generator 15.

Kernstück der erfindungsgemäßen Einrichtung ist ein Sollwertbildner 30. Ein Drehzahlsensor 16 ist mit seinem Eingang 31 verbunden, wäh­ rend das Signal eines Temperatursensors 17 am Eingang 32 anliegt. Ferner ist eine Batterie 18 vorhanden, die einerseits mit dem Gene­ rator 15 und andererseits über die Meßeinrichtung 18 a für die Batte­ riespannung mit dem Eingang 33 des Sollwertbildners 30 verbunden ist. Das Signal eines Klimaanlagenwächters 19 bildet die Eingangs­ größe am Eingang 34. Ein automatisches Getriebe mit einer Schalter­ einheit 20 sowie eine Einrichtung zur Momentenschlupfreduzierung (MSR) 21 sind an die Eingänge 35 bzw. 36 angeschlossen.

Der einzige Ausgang 39 des Sollwertbildners 30 ist mit dem Eingang 41 der Reglereinheit 40 verbunden, an dessen zweitem Eingang 42 das Signal des Drehzahlsensors 16 anliegt. Der Reglerausgang 43 steuert das Bypaßventil 14.

Der innere Aufbau des Sollwertbildners 30 wird eingangsseitig durch fünf Funktionsblöcke 50-54 charakterisiert, deren Wirkungsweise weiter unten beschrieben ist. Der Eingang 32 wird auf die Funktions­ blöcke 50 und 53 geführt, Eingang 33 auf die Funktionsblöcke 51 und 54, sowie Eingang 34 auf den Funktionsblock 52.

Die Ausgänge der Funktionsblöcke 50-52 sind über eine Größtwert­ auswahlstufe 55 mit einer Schalteinheit 56 verbunden, mit deren zweitem Eingang die Ausgänge der beiden anderen Funktionsblöcke 53 und 54 ebenfalls über eine Größtwertauswahlstufe 57 verknüpft sind.

Der Steuereingang 58 der Schalteinheit 56 ist mit dem Eingang 35 des Sollwertbildners 30 verbunden, der Ausgang der Schalteinheit 56 stellt einen Eingang einer weiteren Auswahleinrichtung 60 dar, die im Ausführungsbeispiel ebenfalls als Größtwertauswahl ausgeführt werden kann. Diese Auswahleinrichtung 60 ist außerdem über zusätz­ liche Eingänge mit den Eingängen 31 und 36 des Sollwertbildners 30 verbunden, ihr Ausgang bildet den Ausgang 39 des Sollwertbildners 30.

Die Funktionsweise der Anordnung besteht darin, daß der Sollwert­ bildner 30 über seinen Ausgang 39 den Regler 40 des Drehzahlregel­ kreises, der aus Brennkraftmaschine 10, Drehzahlsensor 16, Regler 40 und Bypaßventil 14 gebildet wird, einen Sollwert vorgibt, der von den Eingangsgrößen des Sollwertbildners 30, insbesondere der Batte­ riespannung über den Eingang 33, gesteuert wird. Durch diese Abhän­ gigkeit kann ein zweiter Regelkreis, der im wesentlichen aus Brenn­ kraftmaschine 10, Generator 15, Sollwertbildner 30, Regler 40 und Bypaßventil 14 besteht, zur Regelung der Batteriespannung benutzt werden.

Reicht im Leerlauf die drehzahlabhängige Leistung des Generators 15 nicht mehr aus, alle eingeschalteten elektrischen Verbraucher zu versorgen, dann bedeutet dies, daß sich die Batterie 18 entlädt und die Batteriespannung absinkt. Die Entladung der Batterie 18 kann durch Erhöhung der Generatordrehzahl bzw. der Leerlaufdrehzahl ver­ hindert werden. Dazu wird durch die Meßeinrichtung der Batterie 18 a ein Absinken der Batteriespannung erkannt. Dadurch fällt auch der Signalpegel am Eingang 33 des Sollwertbildners 30. Im Funktionsblock 51 wird der momentan gemessenen Batteriespannung über eine Kennlinie ein der Drehzahl äquivalentes Signal zugeordnet. Die Kennlinie stellt dabei diesen Signalwert als Funktion der gemessenen Batterie­ spannung dar, und der Signalwert ist umso höher, je niedriger die gemessene Batteriespannung ist. Dieser höhere Signalwert führt über den Regler 40 zu einer Vergrößerung des Bypaßquerschnitts und zur Erhöhung der Drehzahl der Brennkraftmaschine 10 und des Generators 15. Die Batterie 18 wird dadurch wieder aufgeladen, worauf eine Ab­ senkung des Sollwerts entsprechend des oben Beschriebenen folgt. Das Spannungsniveau, auf dem die Batteriespannung gehalten wird, wird durch geeignete Wahl der Kennlinie vorgegeben. Ist die Batteriespan­ nung höher als dieser vorgegebene Wert, so wird die Drehzahl auf dem niedrigst möglichen Wert gehalten.

Eine Erweiterung der oben beschriebenen Funktion ist durch die Be­ rücksichtigung von Betriebszuständen der Brennkraftmaschine, in de­ nen andere Betriebsgrößen als die Batteriespannung im Vordergrund stehen, von Vorteil. Es werden neben der Batteriespannung, die Mo­ tortemperatur, eine Klimaanlage, ein automatisches Getriebe und eine MSR miteinbezogen. Dabei sind besonders die Motortemperatur in der Warmlaufphase und eingelegte Fahrstufen eines automatischen Getrie­ bes von Bedeutung. Die Regelung der Batteriespannung wird in dieser Zeit abgeschaltet.

Die Steuerung des Sollwertes als Funktion der Motortemperatur ist in dem Funktionsblock 50 ebenfalls durch eine Kennlinie realisiert, wo­ bei in der Warmlaufphase das Sollwertsignal umso größer ist, je nie­ driger die Motortemperatur ist.

Im Gegensatz dazu wird vom Funktionsblock 52 auf ein vom Klimaanla­ genwächter 19 abgegebenes Signal "Klimaanlage ein" ein vorbestimmter Festwert erzeugt. Das Signal "Klimaanlage ein" kann auch direkt von einem Schalter der Klimaanlage abgenommen werden. Die Funktions­ blöcke 53 und 54 berücksichtigen eingelegte Fahrstufen eines automa­ tischen Getriebes 20. Bei zu hohen Leerlaufdrehzahlen besteht bei Fahrzeugen mit automatischen Getrieben die Gefahr, daß diese Fahr­ zeuge bei eingelegter Fahrstufe "kriechen". Um dies zu verhindern, sind in den Funktionsblöcken 53 bzw. 54 spezielle Kennlinien für das Sollwertsignal in Abhängigkeit von Motortemperatur bzw. Batterie­ spannung für den Fall einer eingelegten Fahrstufe abgelegt. Diese sind im wesentlichen dadurch charakterisiert, daß das Sollwertsignal auf einem Maximalwert begrenzt wird, so daß ein "Kriechen" des Fahr­ zeugs bei eingelegter Fahrstufe verhindert wird. Es werden im Soll­ wertbildner 30 so zwei Zweige gebildet, einen für den Fall der nicht eingelegten Fahrstufe und den anderen für den Fall der eingelegten Fahrstufe.

Wie oben beschrieben muß auf die Batteriespannungsregelung in eini­ gen Betriebszuständen verzichtet werden, d. h die Batteriespannungs­ regelung muß abhängig vom Betriebszustand abgeschaltet werden. Dies wird durch eine Größtwertauswahl in den Stufen 55 bzw. 57 gewährlei­ stet. Es werden durch diese Größtwertauswahlstufen 55 und 57 jeweils die maximalen Ausgangssignalwerte und damit die größten Sollwerte der Funktionsblöcke 50, 51 und 52 bzw. 53 und 54 weitergegeben und auf diese Weise jedem Betriebszustand Rechnung getragen.

Diese von den Größtwertauswahlstufen durchgeschalteten Signale der beiden Zweige bilden die Eingangsgrößen der Schalteinheit 56. Die Schalterstellung ist abhängig von einem Getriebesignal am Steuerein­ gang 58 der Schalteinheit 56. Ist z. B. das Signal des oberen Zwei­ ges in der Figur auf den Schalteinheitsausgang durchgeschaltet, so ändert sich auf ein Signal "Fahrstufe eingelegt" des Getriebeschal­ ters 20 der Schaltzustand und das Signal des unteren Zweiges wird durchgeschaltet.

In einer weiteren Auswahlschaltung 60, deren Eingangsgrößen der Aus­ gang der Schalteinheit 56, ein Signal des MSR-Einrichtung 21 und über den Eingang 31 des Sollwertbildners 30 die Istdrehzahl sind, werden entweder das auf die oben beschriebene Art ermittelte Soll­ wertsignal oder das im Hinblick auf die MSR-Einrichtung vorbestimm­ tes Sollwertsignal, also zum Beispiel auf ein Signal "MSR ein" am Eingang 36 hin, an den Ausgang 39 des Sollwertbildners 30 geleitet.

Als weitere Möglichkeit ist eine Solldrehzahlnachführung vorgesehen. Dabei wird das Sollwertsignal am Ausgang 39 des Sollwertbildners 30 auf vorgegebene Weise dem Signalverlauf der Istdrehzahl am Eingang 31 folgend geführt.

Das über Ausgang 39 des Sollwertbildners 30 abgegebene Signal bildet den Sollwert der Regeleinrichtung 40, die das Bypaßventil 14 steu­ ert.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Fig. 2 dargestellt. Es un­ terscheidet sich von der Ausführungsform in Fig. 1 durch den Soll­ wertbildner 30, im wesentlichen durch eine veränderte Einbindung von Drehzahl, Fahrstufe und Batteriespannung in die Sollwertbildung. Da­ bei behalten die Eingänge 31 bis 36, der Ausgang 39, die Funktions­ blöcke 50 bis 53, die Schalteinheit 56 mit Steuereingang 58 und die Größtwertauswahlstufe 55 ihre oben beschriebene Bedeutung und Funk­ tionsweise. Auf diese wird daher im folgenden nicht mehr näher ein­ gegangen. Durch das Fehlen eines speziellen Funktionsblocks für die Zuordnung der gemessenen Batteriespannung zu einem Drehzahlwert bei eingelegter Fahrstufe wird der Batteriepannung eine höhere Priorität zugemessen.

Die Drehzahl wird über Eingang 31 und Funktionsblock 100 auf die Größtwertauswahlstufe 55 geführt, deren zweiter Eingang mit Eingang 32 des Sollwertbildners über Funktionsblock 50 verbunden ist. Der Ausgang der Größtwertauswahlstufe 55 bildet einen Eingang der Schalteinheit 56, deren zweiter Eingang mit dem Eingang 32 über den Funktionsblock 53 und deren Steuereingang 58 mit Eingang 35 verbun­ den ist. Der Ausgang der Schalteinheit 56 wird, in eine weitere Größtwertauswahlstufe 102 mit über Funktionsblock 52 mit dem Eingang 34 verknüpft, einer Additionsstufe 103 zugeführt. Die Additionsstufe 102 verarbeitet zusätzlich über Funktionsblock 104 und Eingang 31 die Drehzahl und gibt ihr Ergebnis an eine Auswahlschaltung 105, in der über Eingang 33 und Funktionsblock 51 Batteriespannung, sowie über Eingang 36 die MSR berücksichtigt werden ab. Der Ausgang der Auswahlschaltung 105 bildet den Ausgang 39 der Sollwertbildner 30.

Die Funktionsweise dieses Ausführungsbeispiels entspricht der anhand Fig. 1 dargestellten. Im Funktionsblock 100 wird das Drehzahlsignal zur Sollwertnachführung aufbereitet, z.B. mit einer Konstanten mul­ tipliziert und begrenzt, dann in den Stufen 55 und 102 mit Motortem­ peratur und Klimaanlagenfestwert verglichen und das größte der oben beschriebenen Signale an die Additionsstufe 103 weitergeleitet. Bei eingelegter Fahrstufe wird der Zweig mit der Größtwertauswahlstufe 55 nicht berücksichtigt. Die Additionsstufe 103 stellt eine weitere Möglichkeit der Einbeziehung der Drehzahl dar. Im Funktionsblock 104 wird ähnlich wie im Funktionsblock 100 das Drehzahlsignal z.B. zur Drehzahlanhebung aufbereitet und in der Additionststufe 103 zum Größtwertsignal addiert. Schließlich wird im Gegensatz zum Ausfüh­ rungsbeispiel in Fig. 1 erst in der Auswahlschaltung 105 die Batte­ riespannung einer Größtwertauswahl unterzogen. Ferner wird hier noch die MSR berücksichtigt, was ebenfalls durch eine Größtwertauswahl erfolgen kann.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht nur auf diese Ausfüh­ rungsbeispiele beschränkt. Neben der Realisierung dieses Verfahrens oder Teile desselben in einem Rechnerprogramm, können zum Beispiel die Solldrehzahlkennlinien für Motortemperatur und Batteriespannung zu einem dreidimensionalen Kennfeld zusammengefaßt werden.

Auch ist die Zuordnung des Sollwertsignals zu den Eingangsgrößen nicht auf Kennlinien oder Felder beschränkt, sondern kann auch aus Tabellen mit Interpolationsschritten verwirklicht werden. Desweite­ ren läßt sich unter dem Begriff Batteriespannung auch die Generator­ ausgangsspannung oder die Versorgungsspannung eines Steuergeräts verstehen.

Ferner ist es vorgesehen, den Eingriff in den Luftdurchsatz auch direkt über die Drosselklappe 12 zu führen.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Steuerung der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraft­ maschine über einen Eingriff in die Luftzufuhr in Abhängigkeit der Batteriespannung, wobei ein Absinken der Batteriespannung erkannt wird und abhängig davon über eine Anhebung der Solldrehzahl die Leerlaufdrehzahl erhöht wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch die­ se von der Batteriespannung abhängigen Leerlaufdrehzahlsteuerung die Batteriespannung auf einen konstanten Wert geregelt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Re­ gelgröße Leerlaufdrehzahl durch Zuordnung aus den gemessenen Werten der Batteriespannung gewonnen wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese Zuordnung abhängig von der Fahrstufe ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Batteriespannung in Abhängigkeit von Betriebszuständen erfolgt.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß diese Regelung abhängig von der Fahrstufe angewendet wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß diese Abhängigkeit von Betriebszuständen durch eine Größtwertauswahl be­ stimmt wird.

7. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebszustände Drehzahl, Motortem­ peratur, Batteriespannung, Klimaanlagenschalter, Getriebeschalter und Betriebsschalter einer Einrichtung zur Momentenschlupfredu­ zierung umfassen und daß die Leerlaufdrehzahl in ihrer Abhängigkeit über ihren Sollwert gesteuert wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese Zuordnung unabhängig von der Fahrstufe ist.

9. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Betriebszustandsgröße Drehzahl charakterisierendes Signal durch Größtwertauswahl oder additiv be­ rücksichtigt wird.

10. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Größtwertauswahl in mehreren Stufen nacheinander erfolgt, daß den einzelnen Stufen Betriebszustandsgrö­ ßen zugeordnet sind, und daß diese Zuordnung beliebig ist.