DE4214179C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der von einer gemischverdichtenden Brennkraftmaschine abzugebenden Leistung mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angege­ benen Merkmalen.

Bei einem aus der US-PS 47 79 597 bekannten, gattungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dann, wenn festgestellt wird, daß eine Beeinträchtigung der Funktion der Drosselklappe vorliegt, diese nicht mehr zu betätigen und den Ansaugluftstrom über eine die Drosselklappe umgehende Bypassleitung zu führen, wobei die Größe des diese Bypassleitung passierenden Ansaugluftmassen­ stromes und damit die Leistung der Brennkraftmaschine gesteuert wird über eine in der Bypassleitung angeordnete Ventileinrich­ tung, die wiederum über eine elektronische Steuereinheit unter anderem in Abhängigkeit eines Lastvorgabesignals (Fahrpedal­ stellung) ansteuerbar ist. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß eine separate Bypassleitung benötigt wird, an deren Ab­ zweigung aus der sowie an deren Einmündung in die Ansaugleitung es dann, wenn keine Funktionsbeeinträchtigung der Hauptdros­ selklappe gegeben ist - also im Normalbetrieb -, zu Verwirbelungen der Ansaugluft kommt, die zu einer Reduzierung des Liefergrades führen. Dies ist insbesondere bei Vollast, also bei maximal geöffneter Hauptdrosselklappe von Nachteil, da gerade in diesem Betriebszustand ein maximaler Liefergrad Voraussetzung für eine maximale Leistung der Brennkraftmaschine ist.

Darüber hinaus nehmen die zur Durchführung des Verfahrens er­ forderlichen Bauteile (Bypassleitung, zusätzliches Ventilelement und zusätzlicher Stellantrieb) einen relativ großen Bauraum ein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuer-Verfahren derart weiterzubilden, daß im Falle einer Beeinträchtigung der Funk­ tion des Stellgliedes zur Steuerung des Ansaugluftmassenstromes immer noch eine Steuerung der abzugebenden Brennkraftmaschi­ nenleistung möglich bleibt (Notfahrfunktion), gleichzeitig aber im Normalbetrieb eine Reduzierung des Liefergrades der Brenn­ kraftmaschine nicht zu erwarten ist.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die Merkmale des kenn­ zeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Dadurch, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren dann, wenn eine Beeinträchtigung der Funktion des den Ansaugluftmassen­ strom steuernden Stellgliedes vorliegt, die Steuerung der von der Brennkraftmaschine abzugebenden Leistung ausschließlich durch Eingriffe in die Gemischzusammensetzung und/oder durch Eingriffe in die Zündung und/oder durch eine gezielte Zylin­ derabschaltung erfolgt, ist eine zusätzliche Bypassleitung nicht erforderlich. Demzufolge kann es auch an Stellen der Ab­ zweigung einer solchen Bypassleitung von der Ansaugleitung bzw. an Stellen der Einmündung in die Ansaugleitung zu keinen Verwirbelungen der Ansaugluftströmung kommen, so daß im Nor­ malbetrieb der Brennkraftmaschine ein maximaler Liefergrad insbesondere bei Vollast, also bei maximal freigegebener An­ saugleitung, gewährleistet ist. Darüber hinaus wird kein zu­ sätzlicher Bauraum durch eine Bypassleitung, sowie durch eine deren Querschnitt steuernde Ventileinrichtung samt zugehörigem Stellantrieb beansprucht.

Wird, wie mit Anspruch 4 vorgeschlagen, bei einer Funktions­ störung das Stellglied durch Federkraft in eine vorgegebene Öffnungsstellung überführt, so ist ein Notfahrbetrieb auch dann möglich, wenn die Funktionsstörung zu einem Zeitpunkt auftritt, zu welchem sich das Stellglied gerade in Schließstellung be­ findet. Dies ist im Leerlauf der Brennkraftmaschine der Fall. In diesem Fall wird dadurch, daß die Drosselklappe zwangsweise in eine vorgegebene Öffnungsstellung überführt wird, wieder ein größerer Luftmassenstrom als der im Normalbetrieb bei Leer­ laufvorgabe gegebene Luftmassenstrom angesaugt, so daß durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen eine Steuerung der abzugebenden Brennkraftmaschinenleistung über einen weiten Bereich möglich bleibt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den übrigen Unteransprüchen zu entnehmen.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausführungs­ beispieles dargestellt.

Es zeigt:

Fig. 1 in einer Prinzipdarstellung ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 2 in einem Flußdiagramm die Funktionsweise der in Fig. 1 mit 25 bezeichneten elektronischen Steuereinheit.

In Fig. 1 ist mit 1 eine vierzylindrige gemischverdichtende Brennkraftmaschine bezeichnet, in deren Ansaugleitung 2 eine Drosselklappe 3 angeordnet ist, über welche der von der Brenn­ kraftmaschine 1 angesaugte Luftstrom steuerbar ist. Die An­ saugleitung 2 geht über in vier Einzelsaugrohre 4 bis 7, welche wiederum in die Brennräume der einzelnen Zylinder 8 bis 11 der Brennkraftmaschine 1 einmünden. In jedes dieser Einzelsaugrohre 4 bis 7 ragt ein Magnetventil 12 bis 15, über welches jeweils eine dem aktuellen Ansaugluftmassenstrom _L, d. h. eine der aktuellen von der Brennkraftmaschine abzugebenden Leistung entsprechende Kraftstoffmenge eingespritzt wird. Die Kraftstoffeinspritzven­ tile 12 bis 15 sind alle an eine Kraftstoffversorgungsleitung 16 angeschlossen. Die Zündung des in den Brennräumen der einzelnen Zylinder 8 bis 11 verdichteten Kraftstoff-Luftgemisches erfolgt über die Zündkerzen 17 bis 20. Die Kraftstoffeinspritzventile 12 bis 15 werden unabhängig voneinander über Steuerleitungen 21 bis 24 von einer elektronischen Steuereinheit 25 angesteuert, d. h. getak­ tet. Ebenso von der elektronischen Steuereinheit 25 angesteuert werden die vier Zündkerzen 17 bis 20 und zwar über die Steuerlei­ tungen 26 bis 29. Der Antrieb der Drosselklappe 3 erfolgt über ei­ nen als Elektromotor 30 ausgebildeten Stellantrieb, welcher über die Steuerleitung 31 von der elektronischen Steuereinheit 25 ansteuerbar ist. Der Elektromotor 30 wirkt dabei gegen eine Stellfedereinrichtung 32, welche die Drosselklappe 3 bei nicht aktiviertem Elektromotor 30 in eine vorgegebenen Öffnungsstel­ lung α_F führt bzw. sie in dieser Öffnungsstellung hält. Die Stellfedereinrichtung 32 besteht dabei aus zwei miteinander verbundenen Teilfedern 32a und 32b, wobei an der Verbindungs­ stelle 70 das Gestänge 71 für die Betätigung der Drosselklappe 3 befestigt ist. Die Stelleinrichtung 32 ist nun so ausgelegt, daß dann, wenn sich die Kräfte der beiden Teilfedern 32a und 32b gerade aufheben (entspannter Zustand), die Drosselklappe 3 sich im der vorgegebenen Öffnungsstellung α_F befindet. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es auch möglich, eine der beiden Teilfedern 32a oder 32b gegen einen verstellbaren Anschlag abzustützen, über welchen die vorgegebene Öffnungs­ stellung α_F beliebig verändert bzw. feinsteingestellt werden kann.

Die gestrichelte Darstellung der Drosselklappe 3 zeigt diese in ihrer Schließstellung, d. h. in ihrer den Strömungsquerschnitt auf ein Minimum reduzierenden Stellung (Leerlaufstellung). Die durchgezoge Darstellung der Drosselklappe 3 hingegen zeigt diejenige Stellung, welche die Drosselklappe 3 bei entspannter Stellfedereinrichtung 32 dann einnimmt (Auslenkung α_F), wenn der Elektromotor 30 von der Steuereinheit 25 nicht aktiviert ist, d. h. nicht angesteuert wird.

Stromauf der Drosselklappe 3 ist in der Ansaugleitung 2 ein Luftmassenmesser 33 angeordnet, von welchem aus über die Meß­ wertleitung 34 ein dem aktuellen Ansaugluftmassenstrom _L ent­ sprechendes Signal an die elektronische Steuereinheit 25 über­ mittelt wird. Der elektronischen Steuereinheit 25 wird darüber hinaus über den Sensor 37 und die Meßwertleitung 38 ein der aktuellen Lastvorgabe (Auslenkung β des vom Fahrer betätigten Fahrpedals 39) entsprechendes Signal und über den Sensor 60 und die Meßwertleitung 61 ein der aktuellen Stellung α der Dros­ selklappe 3 entsprechendes Signal zugeführt.

Während des Normalbetriebes der Brennkraftmaschine 1, d. h. also dann, wenn keinerlei Beeinträchtigung der Funktion der Dros­ selklappe 3 - z. B. durch einen defekten Elektromotor 30 - vor­ liegt, wird ständig aus einem in einem Festwertspeicher der elektronischen Steuereinheit 25 abgelegten Kennfeld der aktu­ elle Wert für die dem aktuellen Betriebspunkt der Brennkraft­ maschine 1 entsprechende Kraftstoffeinspritzmenge (Kraftstoff­ massenstrom _K) ermittelt. Entsprechend diesem ermittelten Kraftstoffmassenstrom _K werden die einzelnen Einspritzventile 12 bis 15 über die Steuerleitungen 21 bis 24 getaktet. Ebenfalls in Abhängigkeit des aktuellen Betriebspunktes der Brennkraftma­ schine 1 wird für jeden einzelnen Zylinder 8 bis 11 der Zündzeit­ punkt ermittelt, wonach die einzelnen Zündkerzen 17 bis 20 ange­ steuert werden. Die lastvorgabeabhängige Betätigung der Dros­ selklappe 3 erfolgt hier über den von der elektronischen Steu­ ereinheit 25 angesteuerten Elektromotor 30, welcher gegen die Kraft der Stellfedereinrichtung 32 (Resultierende aus den bei­ den Teilfederkräften) wirkt.

Wird nun festgestellt, daß eine Beeinträchtigung in der Funk­ tion der Drosselklappe 3 vorliegt, z. B. durch einen defekten Elektromotor 30, so wird letzterer über die elektronische Steuereinheit 25 deaktiviert, d. h. unter anderem auch mecha­ nisch von der Drosselklappe 3 entkoppelt, wodurch - verursacht durch das sich einstellende Kräftegleichgewicht an der Stell­ federeinrichtung 32 - die Drosselklappe 3 in die vorgegebene Öffnungsstellung α_F überführt wird (durchgezogene Stellung der Drosselklappe 3). So lange nun der Elektromotor 30 deaktiviert ist, so lange wird also die Drosselklappe 3 in der vorgegebenen Öffnungsstellung α_F gehalten. Die Steuerung der Brennkraftma­ schinenleistung erfolgt in dieser Phase nun ausschließlich durch eine entsprechende Anpassung der Gemischzusammensetzung λ und durch eine entsprechende Anpassung des Zündzeitpunktes ZZP sowie durch ein gezieltes Zu- oder Abschalten der Kraftstoff­ förderung zu dem Zylinder 8 (Zylinderabschaltung). Dabei wird dann, wenn eine Leistungssenkung erwünscht ist (Reduzierung der Lastvorgabe β), das Gemisch abgemagert, der Zündzeitpunkt in Richtung "spät" verschoben und die Häufigkeit, mit welcher der Zylinder 8 in einem vorgegebenen Zeitintervall abgeschaltet wird, d. h. die Kraftstoffzuteilung für diesen Zylinder 8 un­ terbrochen wird, erhöht. Wird eine Leistungserhöhung gefordert (Erhöhung der Lastvorgabe β), wird das Gemisch angefettet, der Zündzeitpunkt in Richtung "früh" verschoben und die Häufigkeit mit welcher der Zylinder 8 in einem vorgegebenen Zeitintervall abgeschaltet wird, d. h. die Kraftstoffzuteilung für diesen Zy­ linder 8 unterbrochen wird, wieder reduziert. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist damit trotz Ausfall des ei­ gentlichen Leistungsregelgliedes der Brennkraftmaschine immer noch ein relativ komfortabler Notfahrbetrieb möglich.

Ist die Beeinträchtigung der Funktion der Drosselklappe 3 nicht mehr gegeben, so erfolgt die Steuerung der abzugebenden Brenn­ kraftmaschinenleistung wieder auf konventionelle Weise und zwar durch eine kontinuierliche Anpassung der Kraftstoffeinspritz­ menge an die jeweilige dem aktuellen Betriebspunkt entspre­ chende Drosselklappenstellung.

Liegt ein Klemmen der Drosselklappe 3 vor, d. h. kann die Dros­ selklappe 3 nach dem Erkennen der Funktionsbeeinträchtigung durch die Stellfedereinrichtung 32 nicht in die vorgegebene Öffnungsstellung α_F überführt werden, so erfolgt die Steuerung der abzugebenden Brennkraftmaschinenleistung - wie auch im zuvor beschriebenen Fall eines defekten Elektromotors 30 - durch ge­ zielte Eingriffe in die Gemischzusammensetzung λ und in die Zündung sowie durch eine gesteuerte Zylinderabschaltung, wobei natürlich berücksichtigt wird, in welcher Öffnungsstellung α die Drosselklappe 3 sich verklemmt hat.

In der Fig. 2 ist die Funktionsweise der elektronischen Steu­ ereinheit 25 anhand eines Flußdiagrammes 40 näher erläutert.

Nach dem Start der Brennkraftmaschine 1 wird im Eingabeblock 41 der aktuelle Wert für die Lastvorgabe β eingelesen. In Abhän­ gigkeit dieser Größe β wird über den folgenden Ausgabeblock 42 die Drosselklappe 3 durch entsprechende Ansteuerung des Elek­ tromotors 30 in die zugehörige Öffnungsstellung α gebracht. Im sich daran anschließenden Verzweigungsblock 43 wird nun überprüft, ob eine Beeinträchtigung der Funktion der Drossel­ klappe 3 bzw. des Elektromotors 30 vorliegt. Dies geschieht derart, daß nach einer Änderung der Lastvorgabe β von der elektronischen Steuereinheit 25 die zugehörige Änderung der Drosselklappenauslenkung ermittelt und nach Ablauf einer vor­ gegebenen Zeitspanne überprüft wird, ob sich die Stellung der Drosselklappe 3 auch tatsächlich in dem entsprechenden Maße verändert hat. Ist dies der Fall, liegt also keinerlei Störung bei der Betätigung der Drosselklappe 3 vor, so erfolgt eine Verzweigung zum Eingabeblock 44, in welchem der über den Sensor 33 erfaßte aktuelle Ansaugluftmassenstrom _L eingelesen wird. Im nachfolgenden Operationsblock 45 wird schließlich in be­ kannter Weise aus einem Kennfeld der zu dem aktuellen Be­ triebspunkt (bestimmt durch β und _L) gehörende Kraftstoffmas­ senstrom _K für jedes Einspritzventil 12 bis 15 ermittelt. Ebenso wird aus einem Zündkennfeld der diesem Betriebspunkt entspre­ chende Zündzeitpunkt ZZP ausgelesen. Über den folgenden Ausga­ beblock 46 werden entsprechend den im Block 45 ermittelten Sollwerten die Einspritzventile 12 bis 15 und die Zündkerzen 17 bis 20 angesteuert. Ergibt die Prüfung im Verzweigungsblock 47, daß die Zündung vom Fahrer noch nicht abgegeschaltet wurde, ver­ zweigt die Steuerung zurück zum Punkt 48 zur erneuten Eingabe des aktuellen Wertes für β, andernfalls zum Ende.

Ergibt die Abfrage im Verzweigungsblock 43, daß eine Beeinträchtigung der Funktion der Drosselklappe 3 vorliegt, z. B. durch einen defekten Elektromotor 30 oder durch eine klemmende Drosselklappe 3, so verzweigt die Steuerung zum Aus­ gabeblock 49, über welchen der Elektromotor 30 deaktiviert wird. Dieses Deaktivieren des Elektromotors 30 führt zu einer mechanischen Entkoppelung der Drosselklappe 3 von ihrem An­ trieb, so daß dann, wenn die Funktionsstörung ausschließlich durch einen defekten Elektromotor 30 verursacht ist, die Dros­ selklappe 30 frei beweglich ist, so daß sie durch die Stellfedereinrichtung 32 in die definierte Öffnungsstellung α_F überführt und dort gehalten werden kann. Sollte die Funktions­ störung durch ein Klemmen der Drosselklappe 3 verursacht sein, so wird durch das Deaktivieren des Elektromotors 30 zwar dieser von der Drosselklappe 3 mechanisch entkoppelt, jedoch ob die Drosselklappe 3 durch die Stellfedereinrichtung 32 in die vor­ gegebene Öffnungsstellung α_F gebracht werden kann, hängt davon ab, ob die Federkraft größer ist als die Kraft, mit welcher die Drosselklappe 3 in der Klemmstellung gehalten ist. Um auch in diesem Fall die tatsächliche Öffnungsstellung α der Drossel­ klappe 3 mit berücksichtigen zu können, wird im folgenden Ein­ gabeblock 50 die über den Sensor 60 erfaßte aktuelle Öffnungs­ stellung α der Drosselklappe 3 eingelesen. Darüber hinaus wer­ den im folgenden Eingabeblock 51 zusätzlich noch der aktuelle Luftmassenstrom _L und die aktuelle Lastvorgabe β eingelesen. In Abhängigkeit dieser eingelesenen Größen α, _L und β werden nun im nächfolgenden Block 52 in erfindungsgemäßer Weise die Sollwerte für eine der abzugebenden Leistung entsprechende Ge­ mischzusammensetzung λ, für einen der abzugebenden Leistung entsprechenden Zündzeitpunkt ZZP sowie für eine der abzugeben­ den Leistung entsprechende Anzahl x_ZA von Abschaltungen des Zylinders 8 pro Zeitintervall, ermittelt. Entsprechend dieser ermittelten Sollwerte werden dann über den nachfolgenden Aus­ gabeblock 53 die Einspritzventile 12 bis 15 sowie die Zündkerzen 17 bis 20 angesteuert. Die Zylinderabschaltung wird dabei derart realisiert, daß die Kraftstoffzuteilung für den abzuschaltenden Zylinder 8 jeweils unterbrochen wird.

Im nachfolgenden Verzweigungsblock 54 wird überprüft, ob die Störung bei der Betätigung der Drosselklappe 3 immer noch vor­ liegt. Falls nein, also dann, wenn sich z. B. eine nur kurzfri­ stig verklemmte Drosselklappe 3 wieder gelöst hat, verzweigt die Steuerung zum Punkt 55 zur Abfrage, ob die Zündung schon abgestellt ist oder nicht. Ist die Funktionsstörung bei der Betätigung der Drosselklappe 3 immer noch gegeben (Block 54), so wird verzweigt die Steuerung dann, wenn im Verzweigungsblock 56 sich ergibt, daß die Zündung vom Fahrer zwischenzeitlich noch nicht abgestellt wurde, zum Punkt 57 zur erneuten Eingabe der die aktuelle abzugebenden Leistung der Brennkraftmaschine 1 beschreibenden Werte für _L und β.

Die Steuerung der von der Brennkraftmaschine abzugebenden Lei­ stung muß im Falle einer Störung der Drosselklappenbetätigung nicht unbedingt durch alle drei Maßnahmen (Einriff in Gemisch­ zusammensetzung λ, Eingriff in Zündung und Zylinderabschal­ tung) gemeinsam erfolgen, sie kann auch nur durch zwei dieser Maßnahmen oder nur durch eine einzelne dieser Maßnahmen erfol­ gen. Bei Einsatz aller drei Maßnahmen ist der Vorteil gegeben, daß die Steuerung der abzugebenden Brennkraftmaschinenleistung über einen relativ weiten Bereich erfolgen kann. Darüber hinaus muß eine Zylinderabschaltung nicht unbedingt, wie beim obigen Ausführungsbeispiel, nur an einem Zylinder erfolgen. Es können auch mehrere Zylinder gleichzeitig abgeschaltet d. h. von der Kraftstoffversorgung abgetrennt werden.

Ferner muß im Falle einer Beeinträchtigung der Funktion der Drosselklappe diese nicht unbedingt von dem Elektromotor me­ chanisch entkoppelt werden, wenn die Stellfedereinrichtung derart ausgelegt ist, daß deren Kraft bzw. Moment ausreicht, die Drosselklappe bei zwar deaktiviertem aber mechanisch noch an die Drosselklappe gekoppeltem Elektromotor in die vorgege­ bene Öffnungsstellung α_F (Notfahrstellung) zu bringen.

Claims (5)

1. Verfahren zur Steuerung der von einer gemischverdichtenden Brennkraftmaschine abzugebenden Leistung, welche während des Normalbetriebes der Brennkraftmaschine durch eine Anpassung der Kraftstoffeinspritzmenge an den der aktuellen Lastvorgabe ent­ sprechenden, über ein Stellglied steuerbaren Ansaugluftmassen­ strom eingestellt wird, wobei im Falle einer Störung der Funk­ tion des den Ansaugluftmassenstrom steuernden Stellgliedes dieses in einer konstanten Öffnungsstellung gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß während des Zeitraumes der Funktionsstörung die Brenn­ kraftmaschinenleistung ausschließlich durch Eingriffe in die Gemischzusammensetzung und/oder durch Eingriffe in die Zündung und/oder durch eine gesteuerte Unterbrechung der Kraftstoff­ förderung zu wenigstens einem Zylinder (8) (Zylinderabschal­ tung) auf den der aktuellen Lastvorgabe (β) entsprechenden Wert eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, während des Zeitraumes der Funktionsstörung mit größer wer­ dender Lastvorgabe (β) die Gemischzusammensetzung (λ) in Richtung "fett" verändert wird und/oder der Zündzeitpunkt (ZZP) in Richtung "früh" verschoben wird und/oder die Anzahl (x_ZA) der Zylinderabschaltungen pro Zeiteinheit reduziert werden und umgekehrt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Erkennen einer Funktionsstörung die aktuelle Stellung des Stellgliedes ermittelt wird und daß in Abhängig­ keit dieser aktuellen Stellung des Stellgliedes sowie in Ab­ hängigkeit der aktuellen Lastvorgabe (β) und des aktuellen An­ saugluftmassenstromes (_L) aus einem Kennfeld die zugehörigen Sollwerte für die Gemischzusammensetzung (λ), für den Zünd­ zeitpunkt (ZZP) und für die Anzahl (x_ZA) der Zylinderabschal­ tungen pro Zeitintervall ermittelt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied im Falle einer Funktionsstörung durch Fe­ derkraft in eine vorgegebene Öffnungsstellung (α_F) überführt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einem über eine elektronische Steuerein­ heit ansteuerbaren Stellantrieb zur Betätigung des als Dros­ selklappe ausgebildeten Stellgliedes, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellantrieb ein gegen die Kraft einer Stellfederein­ richtung (32) wirkender Elektromotor (30) ist, wobei die Dros­ selklappe (3) bei nicht aktiviertem Elektromotor (30) von die­ sem mechanisch entkoppelt und durch die Stellfedereinrichtung (32) in einer vorgegebenen Öffnungsstellung (α_F) gehalten ist.