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Die
Erfindung betrifft eine Ansaugluftmengensteuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine
eines Kraftfahrzeuges, bei der das Verhältnis des Öffnungswinkels einer Brennkraftmaschinendrosselklappe,
d. h. des Drosselklappenöffnungswinkels, zum
Fahrpedalwinkel eines vom Fahrer des Kraftfahrzeuges betätigbaren
Fahrpedals in Abhängigkeit von
der Brennkraftmaschinendrehzahl variabel ist.
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Verfahren
und Vorrichtungen zur Ansaugluftmengensteuerung für Brennkraftmaschinen
mit einer Drosselklappe sind beispielweise aus der
EP 189 190 A2 , der
US 4,901,695 und der
DE 30 19 562 C2 bekannt.
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Bei
allen bisher bekannten derartigen Ansaugluftmengensteuereinrichtungen
wird das Verhältnis
des Drosselklappenwinkels zum Fahrpedalwinkel mit abnehmbarer Brennkraftmaschinendrehzahl
kleiner. Es wird damit eine sehr gute Dosierbarkeit der Leistung
der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit
von den Fahrpedalbewegungen des Fahrers eines Kraftfahrzeuges bei
kleinen Brennkraftmaschinendrehzahlen und damit bei geringer Leistungsanforderung
erreicht. Diese gute Dosierbarkeit der Brennkraftmaschinenleistung
ist insbesondere bei kleinen Fahrpedalwinkeln erwünscht, um
ein feinfühliges
Fahren eines mit einer derartigen Brennkraftmaschine ausgestatteten
Kraftfahrzeuges zu ermöglichen.
Diese gute Dosierbarkeit der Brennkraftmaschinenleistung hat jedoch
nachteiligerweise ein schlechtes Leistungsansprechverhalten der
Brennkraft maschine bei mittleren und großen Fahrpedalwinkeln zumindest
bei kleinen Brennkraftmaschinendrehzahlen zu Folge.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Ansaugluftmengensteuereinrichtung
eingangs genannter Art zu schaffen, durch die das Leistungsansprechverhalten
einer Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine in Abhängigkeit von Fahrpedalbewegungen,
d. h. durch Änderung
des Fahrpedalwinkels zumindest bei mittleren und großen Fahrpedalwinkeln
deutlich verbessert wird.
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Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst,
daß das Verhältnis des
Drosselklappenwinkels zum Fahrpedalwinkel zumindest bei mittleren
und großen
Fahrpedalwinkeln mit abnehmender Brennkraftmaschinendrehzahl größer wird.
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Es
wird damit im mittleren und großen
Fahrpedalwinkelbereich erreicht, daß bei einem bestimmten Fahrpedalwinkel
mit abnehmender Brennkraftmaschinendrehzahl der Drosselklappenwinkel
größer wird.
Damit wird einer Änderung
des Fahrwiderstandes des Fahrzeuges automatisch entgegengewirkt.
Befindet sich ein Kraftfahrzeug beispielsweise am Anfang einer ansteigenden
Fahrbahn, so wird aufgrund der Erhöhung des Fahrwiderstandes bei gleicher
Fahrpedalstellung die Drehzahl der Brennkraftmaschine zunächst niedriger.
Da aber das Verhältnis
des Drosselklappenwinkels zum Fahrpedalwinkel bei abnehmender Brennkraftmaschinendrehzahl
größer wird,
wird der Drosselklappenwinkel auch ohne Vergrößerung des Fahrpedalwinkels
automatisch größer. Durch
diese weitere Öffnung
der Drosselklappe nimmt die Leistung der Brennkraftmaschine zu und
wirkt dem erhöhten
Fahrwiderstand des Kraftfahrzeuges entgegen. Dies hat zur Folge,
daß z. B.
Autobahnstrecken mit kleinen bis mittleren Steigungen bzw. Gefällen mit
geringen Drehzahlschwankungen bzw. kleinen Fahrpedalkorrekturen
durchfahren werden können.
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Ferner
wird durch die erfindungsgemäße Ansaugluftmengensteuereinrichtung
für eine
Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine ein im Vergleich zu den bekannten
Ansaugluftmengensteuereinrichtungen deutlich agileres Fahrverhalten
des Kraftfahrzeuges insbesondere im Teillastbereich der Brennkraftmaschine
erreicht. Wenn beispielsweise das Kraftfahrzeug bei niederer oder
mittlerer Brennkraftmaschinendrehzahl beschleunigt werden soll,
so führt
eine Betätigung
des Fahrpedals und damit eine Vergrößerung des Fahrpedalwinkels
zu einer deutlich größeren Vergrößerung des
Drosselklappenwinkels als dies bei einer Beschleunigung des Kraftfahrzeuges bei
einer hohen Brennkraftmaschinendrehzahl der Fall sein würde. Damit
wird das Fahrzeug bei kleineren und mittleren Brennkraftmaschinendrehzahlen
in Relation zu Beschleunigungsvorgängen bei höheren Brennkraftmaschinendrehzahlen überproportional stark
beschleunigt. Durch diese zunächst
sehr weite Öffnung
der Drosselklappe wird ein sogenannter Beschleunigungsoffset erreicht,
der dann mit zunehmender Geschwindigkeitserhöhung des Kraftfahrzeuges und
damit abnehmender Brennkraftmaschinendrehzahl, die bei gleichbleibender
Fahrpedalstellung zu einer automatischen Verkleinerung des Drosselklappenwinkels
und damit des Beschleunigungsvermögens des Kraftfahrzeuges führt, abgebaut
wird.
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Wenn
das Verhältnis
des Drosselklappenwinkels zum Fahrpedalwinkel auch bei kleinen Fahrpedalwinkeln
mit abnehmender Brennkraftmaschinendrehzahl größer wird, dann führt die
erfindungsgemäße Ansaugluftmengensteuereinrichtung
auch zu einer Verbesserung des Anfahrverhaltens des Kraftfahrzeuges.
Sinkt beispielsweise die Brennkraftmaschinendrehzahl beim Einkuppeln
eines Fahrganges ab, so wird durch eine automatische Vergrößerung des
Drosselklappenwinkels einem ”Abschnappen” der Brennkraftmaschine
entgegengewirkt. Die erfindungsgemäße Auslegung der An saugluftmengensteuereinrichtung
kann jedoch zu einer Verschlechterung der Dosierbarkeit des Leistungsansprechverhaltens
der Brennkraftmaschine führen.
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Dieser
verschlechterten Dosierbarkeit des Leistungsansprechverhaltens der
Brennkraftmaschine in Konstantfahrpunkten und bei kleinen Fahrpedalwinkeln
bei kleiner Leistungsanforderung kann dadurch entgegengewirkt werden,
daß das
Verhältnis
des Drosselklappenwinkels zum Fahrpedalwinkel bei kleinen Fahrpedalwinkeln
mit abnehmender Brennkraftmaschinendrehzahl kleiner wird. Damit wird
bei kleinen Fahrpedalwinkeln die bereits aus dem Stand der Technik
bekannte gute Dosierbarkeit des Leistungsansprechverhaltens der
Brennkraftmaschine bei kleinen Leistungsanforderungen erreicht, ohne
aber auf das agile Leistungsansprechverhalten der Brennkraftmaschine
im Teillastbereich verzichten zu müssen.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert.
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Es
zeigen
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1 die Änderungen
des Fahrpedalwinkels und des Drosselklappenwinkels bei einer Beschleunigung
des Kraftfahrzeuges im Teillastbereich der Brennkraftmaschine,
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2 die
Veränderung
des Drosselklappenwinkels bei gleichbleibendem Fahrpedalwinkel bei
einer Änderung
des Fahrwiderstandes des Kraftfahrzeuges und
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3 die
Veränderung
des Drosselklappenwinkels beim Anfahren des Kraftfahrzeuges bei
der Brennkraftmaschinenleerlaufdrehzahl.
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In
dem in 1 linken Diagramm sind Drosselklappenwinkel – Pedalwinkel – Kennlinien
für verschiedene
Brennkraftmaschinendrehzahlen n dargestellt. Wie dem linken Diagramm
der 1 zu entnehmen ist, werden die Drosselklappenwinkel – Pedalwinkel – Kennlinien
mit zunehmender Brennkraftmaschinendrehzahl n flacher, d. h. das
Verhältnis
des Drosselklappenwinkels zum Pedalwinkel wird mit zunehmender Brennkraftmaschinendrehzahl
kleiner oder umgekehrt ausgedrückt
mit abnehmender Brennkraftmaschinendrehzahl n größer. Durch diese Auslegung
der erfindungsgemäßen Ansaugluftmengensteuereinrichtung
wird insbesondere im Teillastbereich der Brennkraftmaschine ein
deutlich verbessertes Leistungsansprechverhaltens und damit ein deutlich
agileres Fahrverhaltens des betreffenden Kraftfahrzeuges erreicht.
Dies soll im folgenden anhand der 1 näher erläutert werden.
Wird beispielsweise das Kraftfahrzeug bei der Brennkraftmaschinendrehzahl
n1 durch Vergrößerung des Pedalwinkels von
6° auf 10° beschleunigt,
so vergrößert sich
entsprechend des Verlaufs der Kennlinie von A nach B der Drosselklappenwinkel
von dem Wert DKA zum Wert DKB.
Da das Verhältnis
von Drosselklappenwinkel zum Pedalwinkel bei kleinen und mittleren Drehzahlen
in Relation zu großen
Drehzahlen relativ groß ist,
führt eine
Vergrößerung des
Pedalwinkels von 6° auf
den Wert 10° zu
einer relativ großen
Vergrößerung des
Drosselklappenwinkels. Diese vergleichsweise starke öffnung der
Drosselklappe führt, wie
in dem rechten Diagramm der 1 dargestellt ist,
im Zeitraum 1 zu einer starken Beschleunigung des Kraftfahrzeuges.
Mit zunehmender Zeitdauer der Beschleunigung des Kraftfahrzeuges
steigen die Drehzahlen der Brennkraftmaschine, wie im linken Diagramm
der 1 dargestellt ist, vom Wert n1 zum Wert
n2 an, wodurch sich der Drosselklappenwinkel vom
Wert DKB zum Wert DKB automatisch
wieder verringert. Dieser bei gleichbleibendem Pedalwinkel von 10° stattfindende
Be schleunigungsvorgang ist im linken Diagramm der 1 mit
dem Pfeil 2 dargestellt. Sieht man sich diesen Beschleunigungsvorgang
im rechten Diagramm der 1 an, so können wir erkennen, daß mit dem
automatisch abnehmenden Drosselklappenwinkel auch die Beschleunigung des
Kraftfahrzeuges abnimmt. Aus diesem rechten Diagramm der 1 ist
ferner zu entnehmen, daß beim
Einleiten der Beschleunigung des Kraftfahrzeuges durch eine Vergrößerung des
Pedalwinkels ein sogenannter Beschleunigungsoffset erreicht wird, der
insbesondere im Teillastbereich der Brennkraftmaschine zu einem
agilen Fahrverhalten des betreffenden Kraftfahrzeuges führt.
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In 2 sind
ebenso wie im linken Diagramm der 1 mehrere
Drosselklappenwinkel – Pedalwinkel – Kennlinien
für verschiedene
Brennkraftmaschinendrehzahlen n eingezeichnet. Auch diesem Diagramm
von 2 ist zu entnehmen, daß die Kennlinien mit zunehmender
Drehzahl n flacher werden. Dies bedeutet, daß auch hier das Verhältnis des
Drosselklappenwinkels zum Pedalwinkel mit zunehmender Brennkraftmaschinendrehzahl
n größer bzw.
umgekehrt ausgedrückt
mit abnehmender Brennkraftmaschinendrehzahl n kleiner wird. Durch die 2 soll
verdeutlicht werden, daß durch
die erfindungsgemäße Auslegung
der Ansaugluftmengensteuereinrichtung Belastungsänderungen der Brennkraftmaschine
weitgehend automatisch kompensiert werden. Wenn beispielsweise die
Brennkraftmaschine bei konstanter Fahrt des Kraftfahrzeuges auf
ebener Fahrbahn mit der Drehzahl n3 betrieben
wird, so muß dazu
das Fahrpedal derart betätigt
werden, daß sich
der Pedalwinkel PD einstellt. Der Drosselklappenwinkel
nimmt dabei den Wert DKD an. Bei einer auftretenden
Fahrbahnsteigung sinken bei gleichbleibender Fahrpedalstellung und
damit gleichbleibendem Pedalwinkel PD =
PE die Brennkraftmaschinendrehzahlen vom
Wert n3 auf den Wert n4 ab.
Durch diesen durch den Pfeil 3 dargestellten Drehzahlabfall vom
Punkt D zum Punkt E nimmt der Drosselklappenwinkel ohne Vergrößerung des
Pedalwinkels vom Wert DKD auf den Wert DKE zu, wodurch der angestiegenen Belastung
der Brennkraftmaschine und dem resultierenden Drehzahlabfall aufgrund
der Fahrbahnsteigung automatisch entgegengewirkt wird. Dieser Effekt
tritt auch auf, wenn beispielsweise durch ein Fahrbahngefälle die
benötigte
Brennkraftmaschinenleistung durch Verkleinerung des Drosselklappenwinkels
bei konstanter Fahrpedalstellung kleiner wird. Durch die erfindungsgemäße Auslegung der
Ansaugluftmengensteuereinrichtung wird damit eine weitgehend automatische
Leistungsregelung der Brennkraftmaschine erreicht, durch die etwaige Störeinflüsse, die
eine erhöhte
bzw. eine verringerte Leistung der Brennkraftmaschine erfordern,
kompensiert.
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Während bei
dem Diagramm der 2 die Drosselklappenwinkel – Pedalwinkel – Kennlinien
für die
verschiedenen Brennkraftmaschinendrehzahlen n für Drosselklappenwinkel kleiner
etwa 5° zumindest annähernd in
einer einzigen flachen Kennlinie münden, ist bei dem Diagramm
von 3 die Drosselklappenwinkel – Pedalwinkel – Kennlinie
für die Brennkraftmaschinendrehzahl
n = 600 gegenüber den übrigen Drosselklappenwinkel – Pedalwinkel – Kennlinien
in dem Pedalwinkelbereich kleiner 5° in Richtung eines vergrößerten Drosselklappenwinkels abgesetzt.
Dadurch führt,
wie in der 3 dargestellt, beispielsweise
ein Drehzahlabfall von der Brennkraftmaschinendrehzahl n = 800 Umdrehungen/Minute
auf die Brennkraftmaschinendrehzahl n = 600 Umdrehungen/Minute,
der beispielsweise beim Einkuppeln eines Fahrganges bei Leerlaufdrehzahl der
Brennkraftmaschine leicht auftreten kann, zu einer Vergrößerung des
Drosselklappenwinkels. Durch diese in der 3 durch
Pfeile eingezeichnete Vergrößerung des
Drosselklappenwinkels wird damit einem Drehzahlabfall beim Einkuppeln
eines Fahrganges des Kraftfahrzeuges entgegenge wirkt. Damit wird
das Anfahrverhalten eines Kraftfahrzeuges mit einer Brennkraftmaschine,
die mit der erfindungsgemäßen Ansaugluftmengensteuereinrichtung
ausgerüstet
ist, deutlich verbessert.