-
TECHNISCHES GEBIET
-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Steuern eines Unterdrucks in einem Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine
eines Fahrzeuges, wobei die Betätigung
des Bremsverstärkers
eine Drosselklappe im Ansaugrohr schließt, um den Bremsverstärker mit
einem Unterdruck zu versorgen.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Moderne Fahrzeuge verwenden normalerweise
einen Bremsverstärker,
welcher am Bremspedal im Bremskreis des Fahrzeuges angeschlossen ist,
um den zum Betätigen
der Bremse benötigten Druck
zu verstärken.
Wenn ein Fahrer das Bremspedal betätigt, wird der Bremsverstärker einen
hydraulischen Druck, welcher der durch den Fahrer auf das Bremspedal
angewendeten Antriebskraft entspricht, an den Bremskreisen des Fahrzeuges
anlegen und dadurch die Bremssattel oder Bremstrommeln des Fahrzeuges
betätigen.
Der Bremsverstärker
wird durch eine Vakuumquelle gesteuert. Diese Quelle ist normalerweise
das Ansaugrohr des Fahrzeugmotors.
-
Das Ansaugrohr ist mit einem Drosselventil versehen,
welches durch ein Gaspedal über
ein Motorsteuersystem gesteuert wird. Das Drosselventil steuert
die zu den Zylindern zugeführte
Luftmenge. Es arbeitet auch mit der Kraftstoffeinspritzanlage zusammen,
um das für
eine erforderliche Antriebsleistung benötigte Kraftstoff/Luft-Gemisch zu steuern. Der
für den
Bremsverstärker
benötigte
Unterdruck wird von einer Position stromabwärts des Drosselventils genommen.
-
Unter bestimmten Laufbedingungen,
wie z. B. einem Kaltstart kombiniert mit einer hohen Last oder während einer
Schichtverbrennung mit einer weit geöffneten Drosselklappe, könnte der
Unterdruck stromabwärts
des Drosselventils für
einen richtigen Betrieb des Bremsverstärkers nicht ausreichen. Es
besteht somit die Schwierigkeit den Bremsverstärker unter allen Betriebszuständen des
Motors mit einem ausreichenden Unterdruck zu versorgen.
-
Eine Lösung für das Problem wird in EP-A2-0 833
044 gezeigt, in welcher ein Sensor zur Überwachung des Unterdrucks
im Bremsverstärker
verwendet wird. Wenn ein Druckpegel erfasst wird, bei dem der Unterdruck
zum Betätigen
des Bremsverstärkers nicht
ausreicht, wird der Motor von einer Schichtverbrennung zu einer
homogenen Verbrennung schalten. Dies wird ein Steuern der Drosselklappe
hervorrufen, um einen Unterdruck im Ansaugrohr zu schaffen. Ein
Nachteil an dieser Lösung
ist, dass der Motor unabhängig
davon, ob dies erforderlich ist, zwischen zwei unterschiedlichen
Betriebszuständen
schalten wird, sobald der Druck im Bremsverstärker einen eingestellten Pegel überschreitet.
-
Eine weitere Lösung wird in WO-A1-9954613
gezeigt. Nach dieser Lösung
wird eine Betätigung
des Bremspedals erfasst, wodurch ein Zähler mit dem Messen der Zeitspanne
beginnt, während
welcher das Bremspedal betätigt
wird. Wenn die Zeitspanne eine vorgeschriebene Zeit überschreitet,
wird der Motor von einem mageren zu einem reichen Kraftstoff/Luft-Gemisch
geschaltet, wodurch ein Steuern der Drosselklappe hervorgerufen
wird, so dass ein Unterdruck im Ansaugrohr gebildet wird. Ein Problem
mit dieser Lösung
ist jedoch, dass es eine Verzögerung
zwischen der Betätigung des
Bremspedals und dem Schalten zwischen den Betriebszuständen des
Motors gibt. Dies verursacht eine entsprechende Verzögerung bevor
der Unterdruck an den Bremsverstärker
angelegt werden kann.
-
Andere bekannte Lösungen wenden speziell vorgesehene
Luftpumpen an, welche separat vom Motor betrieben werden, um einen
Unterdruck an den Bremsverstärker
anzulegen. Dies erfordert das Befestigen einer zusätzlichen
Pumpe am Fahrzeug, dessen Pumpe durch den Motor angetrieben werden muss,
und zusätzlichen
Platz und bildet zusätzliche Kosten,
welche zum hergestellten Produkt addiert werden müssen.
-
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Die Erfindung soll die oben erwähnten Probleme
durch das Schaffen eines Verfahrens lösen, welches auf Wunsch eine
Direktsteuerung anwendet. Das Ziel ist den Motor nur zwischen unterschiedlichen
Betriebszuständen
zu schalten, wenn das Bremspedal betätigt wird.
-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Steuern des Unterdrucks in einem Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine
in einem Fahrzeug, welches mit einem Bremsverstärker und einem Pedal zum Betätigen des
Verstärkers
versehen ist. Das Betätigen
des Bremspedals wird, wenn der Motor mit einer Schichtverbrennung
betrieben wird, das Drosselventil im Ansaugrohr steuern, so dass
ein Unterdruck für
den Bremsverstärker
geschaffen wird. Das Drosselventil wird gesteuert sich sofort, innerhalb
einiger Zehntelsekunden zu schließen, um so schnell wie möglich einen
Unterdruck im Ansaugrohr zu bilden.
-
Wenn der Fahrer das Bremspedal betätigt, wird
ein elektrisches Signal erzeugt, welches das Drosselventil über eine
Steuereinheit steuert. Dies kann entweder durch Schließen eines
elektrischen Kontaktes sobald das Pedal beginnt sich zu bewegen oder
durch Anwenden des durch die Betätigung
eines elektrisch gesteuerten Bremspedals erzeugten Signals ohne
mechanischen Anschluss am Bremsverstärker und seinem zugehörigen Hauptbremszylinder
erzielt werden. Das Drosselventil wird vorzugsweise durch eine elektronische
Steuereinheit elektrisch gesteuert. Die Steuereinheit ist entweder
am Motorsteuersystem angeschlossen oder darin integriert.
-
Sobald der Unterdruck im Bremsverstärker einen
vorbestimmten Pegel erreicht hat oder wenn das die Bremspedalbetätigung anzeigende
Signal nachlässt,
kann das Drosselventil geöffnet
werden.
-
Das Verfahren kann für einige
verschiedene Betriebszuständen
angewendet werden, für
welche der Unterdruck im Ansaugrohr nicht ausreicht. Ein solcher
Betriebszustand ist das Kaltstarten, wenn die Emission des beispielsweise
HC vom Motor ihren höchsten
Pegel erreicht. Um einen Katalysator in der Auspuffanlage schnell
zu erhitzen, ist es erwünscht die
Motorlast durch Öffnen
der Drosselklappe und ihr Offenhalten zu erhöhen. Das Ergebnis kann sein, dass
der Unterdruck im Ansaugrohr zu gering ist, um die notwendige Bremsservoleistung
zu erbringen. Wenn daraufhin nicht gehandelt wird, würde dies
einen Verlust eines großen
Teils der Bremsleistung während
der Inbetriebsetzung verursachen.
-
In der Regel werden die Fahrzeugbremsen nicht
sofort betätigt
nachdem das Fahrzeug gestartet wurde. Das Anlegen des Unterdrucks
an den Bremsverstärker
kann deshalb verzögert
sein, bis der Bedarf entsteht. Somit kann der Aufwärmzyklus
des Motors und des Katalysators ohne Unterbrechung für eine längere Zeitspanne
fortschreiten. Dies wird dazu beitragen die Emissionen der Kohlenwasserstoffe (HC)
und anderer Schadstoffe zu reduzieren.
-
Durch Anschließen der Steuereinheit an einem
Geschwindigkeitssensor und Sensoren für das Antiblockiersystem (ABS)
der Bremse ermöglicht eine
weitere Ausführungsform
dem Aufwärmzyklus des
Motors und des Katalysators ohne Störung fortzufahren, da das Verfahren
nur durchgeführt
wird, wenn sich das Fahrzeug bewegt oder wenn das Antiblockiersystem
aktiviert ist. Letzteres kann beispielsweise eintreten, wenn das
Antirutschsystem des Fahzeuges das ABS-System verwendet, um ein oder
mehrere Räder
abzubremsen.
-
Wenn der Fahrer das Bremspedal betätigt und
das Verfahren gestartet wird, muss die Motorsteuereinheit sicherstellen,
dass sich das Fahrverhalten des Fahrzeuges nicht aufgrund von einer
Fehlzündung,
Schwankungen in der Motorgeschwindigkeit, etc. verschlechtert. Da
das Drosselventil beginnt sich zu schließen, ist es nötig die
Zündverstellung und/oder
die Menge des eingespritzten Kraftstoffs einzustellen.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
-
1 zeigt
ein schematisches System zum Erzeugen eines Unterdrucks für einen
Bremsverstärker
nach Bedarf.
-
AUSFÜHRUNGSARTEN DER ERFINDUNG
-
1 zeigt
eine Ausführungsform
der Erfindung, welche einen Motor 1 mit mindestens einem Zylinder 2 mit
einem zugehörigen
Kolben 3 umfasst. Die Luft wird durch ein Ansaugrohr 4 zugeführt und mit
Kraftstoff aus einer Einspritzanlage gemischt, welche eine Düse 5 aufweist,
wobei das Gemisch durch ein Einlassventil 6 und in den
Zylinder 2 geht. Nach der Verdichtung wird das Gemisch
durch eine Zündanlage,
welche eine Zündkerze 7 aufweist,
entzündet,
woraufhin die verbrannten Gase durch ein Auspuffventil 8 ausgestoßen werden.
-
Der Motor wird durch eine Steuereinheit 10 gesteuert,
welche Signale von verschiedenen Sensoren empfängt, wie z. B. einen am Gaspedal 12 angeschlossen
Sensor 11, einen oder mehrere Sensoren 13, welche
die Drehzahl eines oder mehrerer Fahrzeugräder 14 messen und
einen Kontakt oder Sensor 15, welcher die Betätigung eines
Bremspedals 16 abtastet. Nachdem die Signale von diesen
Sensoren ausgewertet wurden, sendet die Steuereinheit 10 Steuersignale
an die Einspritzanlage 5, die Zündanlage 7 und eine
Steuereinheit 17 für
ein Drosselventil 18 im Ansaugrohr 4. Die Steuereinheit 17 für das Drosselventil
umfasst vorzugsweise einen Elektromotor zum Bewegen des Ventils 18.
-
Das Bremspedal 16 ist am
Bremsverstärker 19 angeschlossen,
welcher die auf das Bremspedal ausgeübte Kraft nach Betätigung durch
den Fahrer verstärken
wird. Der verstärkte
Druck wirkt auf einen Hauptbremszylinder 20, welcher einen
hydraulischen Druck an die Bremskreise (nicht gezeigt) des Fahrzeugs
anlegt. Die den Druck verstärkende
Leistung wird mittels einer Membran im Bremsverstärker erzielt,
wobei eine Wirkung auf die Membran durch einen Unterdruck erzielt
wird, wenn das Bremspedal 16 aktiviert wird. Der Unterdruck
wird durch Anschließen des
Bremsverstärkers 19 am
Ansaugrohr 4 mittels einer Rohrleitung erreicht.
-
Das Beispiel zeigt zwar ein Bremspedal,
welches mechanisch am Bremsverstärker
angeschlossen ist, aber ein eine elektrische Steuerung verwendendes
Bremspedal kann auch verwendet werden. Der Kontakt 15 in 1 wird dann durch einen
Sensor ersetzt, welcher der Steuereinheit 10 sowohl die Betätigung als
auch die derzeitige Position des Bremspedals signalisieren wird.
Ein die Position des Bremspedals angebendes Signal wird an einen
elektrisch gesteuerten und/oder betätigten Bremsverstärker übertragen,
welcher den erwünschten
Druck an die Bremskreise anlegen wird.
-
Beim Normalbetrieb des Fahrzeuges
wird ein Unterdruck im Ansaugrohr 4 ausreichend oft bestehen,
um einen Unterdruck an den Bremsverstärker für den Normalgebrauch anzulegen.
Bei bestimmten Betriebszuständen,
wie z. B. einem Kaltstart kombiniert mit einer hohen Last, könnte es
jedoch notwendig sein, die Betriebsparameter des Motors zu ändern, um
einen Unterdruck für
den Bremsverstärker
zu schaffen, wenn der Unterdruck nicht vorhanden oder nicht ausreichen
sollte.
-
Ein solcher Betriebszustand ist ein
Kaltstart des Motors, wenn die Emission der Schadstoffe, wie z.
B. HC ihren höchsten
Pegel erreicht. Um ein schnelles Aufwärmen des Katalysators in der
Auspuffanlage zu erzielen ist es erwünscht, die Last auf den Motor
durch Offenlassen des Drosselventils zu erhöhen. Um ein unnötiges Unterbrechen
des Aufwärmzyklus
zu vermeiden, wird die Steuereinheit 10 für ein Signal
vom Sensor 15 auf dem Bremspedal 16 bereitstehen.
Sollte der Fahrer das Pedal 16 betätigen, wird der Betriebszustand
des Motors sofort durch Schließen
des Drosselventils geschaltet. Dies wird innerhalb einiger Zehntelsekunden
stattfinden und der Druck wird dann sehr schnell abfallen. Bei einem
5-Zylindermotor werden 20% des Hubraums des Motors vom Ansaugrohr
pro Takt angesaugt. Eine Leerlaufgeschwindigkeit von 1200 U/m während einem
Kaltstart werden 600 Takten/Minute entsprechen. Die zum Bilden eines
Unterdrucks benötigte Zeit
ist direkt proportional zum Volumen des Ansaugrohrs nach dem Drosselventil.
-
Eine Situation dieser Art kann eintreten, wenn
das Fahrzeug bergaufwärts
gestartet wird oder wenn der Fahrer eines Fahrzeuges mit einem Automatikgetriebe
die Bremse betätigt
bevor der Gangwähler
zur D- oder R-Position (D- "Fahren"; R- "Rückwärts) bewegt wird.
-
Wenn nach einem Kaltstart das Fahrzeug ohne
Betätigen
der Bremsen in Bewegung gesetzt wird, kann das System am ABS-System
des Fahrzeuges sowie dem Bremspedal angeschlossen sein. Sollte das
Fahrzeug ausreichend stark abgebremst werden, um das ABS-System
zu aktivieren, wird das oben beschriebene Verfahren einsetzen. Wenn
das Fahrzeug jedoch mit einem Antirutschsystem versehen ist, welches
angeordnet ist, um zu verhindern, dass ein oder mehrere Antriebsräder während dem Losfahren
oder der Beschleunigung rutschen, kann ein Unterdruck im Bremsverstärker erforderlich
sein ohne, dass das Bremspedal betätigt wird. In solch einem Fall
kann das Drosselventil 18 durch die Steuereinheit 10 in
Erwiderung auf Signale von den die Drehgeschwindigkeit der Räder messenden
Sensoren 13 gesteuert werden. Auf die gleiche, oben beschriebene
Weise wird das Drosselventil 18 sofort geschlossen, sobald
die Steuereinheit 10 ein Signal von einem oder mehreren
Radsensoren 13 empfängt,
welches angibt, dass ein oder mehrere Räder abgebremst werden müssen.
-
Nach einer vorbestimmten Zeitspanne
in einer geschlossenen oder gedrosselten Position, wird sich das
Drosselventil 18 öffnen,
ganz oder teilweise, abhängig
von den derzeitigen Parametern von der Motorsteuereinheit 10 und
auch von einem Signal vom Sensor 15, welches signalisiert,
dass das Bremspedal noch betätigt
wird. Im letzten Fall kann die Steuereinheit 10 den Motor
schalten, um einen Unterdruck im Ansaugrohr 4 zu liefern
bis das Signal nachlässt.
-
Nach einer alternativen Ausführungsform kann
der Bremsverstärker
mit einem Drucksensor versehen sein, welcher den Unterdruck im Verstärker misst.
Wenn der Unterdruck einen vorbestimmten Pegel erreicht, nimmt die
Steuereinheit die normale Steuerung des Motors wieder auf. Solange
das Signal vom Bremspedalsensor 15 signalisiert, dass das Pedal
betätigt
wird, ist es notwendig sicherzustellen, dass ein Unterdruck erhältlich ist.
Dies kann durch Steuern des Motors erzielt werden, so dass ein Unterdruck
im Ansaugrohr besteht bis das Signal aufhört, oder durch Wiederholen
des Verfahrens das Drosselventil 18 zu schließen jedesmal
wenn der Sensor einen nicht ausreichenden Unterdruck im Bremsverstärker 19 anzeigt.
-
Obwohl das oben erwähnte Beispiel
hauptsächlich
während
einem Kaltstart des Motors angewendet werden soll, kann es auch
bei anderen Betriebszuständen
angewendet werden. Solch ein System kann eine Sicherheitsfunktion
liefern, wenn der Unterdruck im Bremsverstärker aus irgendeinem Grund
nicht ausreicht. Es kann beispielsweise angewendet werden, wenn
ein plötzliches
Leck im Speicher eintritt oder der Speicher seinen Unterdruck nach
einer langen Zeitspanne der Schichtverbrennung verloren hat. Durch
Anwenden eines Drucksensors im Bremsverstärker 19 kann der Unterdruck durch
die Motorsteuereinheit 10 überwacht werden. Wenn das Bremspedal
betätigt
wird, wird das Drosselventil sofort geschlossen, um einen Unterdruck
zu bilden, wie oben beschrieben wurde. Dies könnte auch angewendet werden,
um ein Warnsignal an den Fahrer zu liefern, welches eine Fehlfunktion
im Bremssystem signalisiert.
-
Eine gemeinsame Eigenschaft aller
oben beschriebenen Ausführungsformen
ist, dass das Motorsteuersystem die plötzliche Unterbrechung des Luftmengendurchflusses
ausgleichen muss, wenn sich das Drosselventil schließt. Um eine
Fehlzündung und/oder
inakzeptable Schwankungen der Motorgeschwindigkeit zu verhindern,
wird das Motorsteuersystem die Zündverstellung
und die Kraftstoffeinspritzung anpassen, um dem derzeitigen Massedurchfluss
im Ansaugrohr zu entsprechen.