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Stand der Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung und/oder
Regelung des Drucks in einem Unterdruckspeicher eines pneumatisch
betriebenen Servoaggregats, bei dem der Unterdruckspeicher über ein
Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine mit Unterdruck beaufschlagt
wird.
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Aus
der
EP 0 962 371 A1 ist
eine Steuervorrichtung für
den negativen Druck eines Bremsverstärkers bekannt. Die Vorrichtung
umfasst eine Einrichtung zur Prädiktion
eines Bremsvorgangs, um einen bevorstehenden Bremsvorgang durch
den Fahrer vorherzusagen. Wenn die Durchführung eines Bremsbetriebes
vorausgesagt wird, dann wird der negative Druck in der Druckkammer
auf einen vorgegebenen Wert gesteuert.
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Aus
der
DE 699 01 825
C2 ist ein Verfahren zum Steuern des Unterdrucks, der im
Ansaugstutzen an einem ein Fahrzeug andrehenden Verbrennungsmotor
herrscht, bekannt, wobei das Fahrzeug mit einer vom besagten Unterdruck
gesteuerten unterstützten
Bremsvorrichtung ausgerüstet
ist und von einem Bremspedal bedient wird, wobei der Motor entweder
mit einer armen Mischung Luft-/Krafstoff oder mit einer reichen
Mischung Luft-/Kraftstoff funktionieren kann. Bei einem Betrieb
mit armem Gemisch entdeckt man eine Betätigung des Bremspedals und misst
die Zeit, die seit dieser Betätigung
verstrichen ist. Sobald sich die Dauer der Betätigung über einen vorbestimmten Grenzwert
hinaus fortsetzt, wird ein Übergang
des Betreibens des Motors in ein reicheres Gemisch gesteuert, um
den besagten Unterdruck zu verstärken.
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Die
DE 197 54 614 A1 offenbart
eine Beziehung zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit und einem Anfangsdruckwert.
Dabei weist der Anfangsdruckwert einen höheren Wert für eine niedrige
Fahrzeuggeschwindigkeit auf.
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Aus
der
EP 1 155 936 A1 ist
ein Verfahren zur Steuerung des Vakuums im Saugrohr einer Brennkraftmaschine
bekannt. Das Fahrzeug ist mit einem Bremsverstärker ausgerüstet. Ferner sind Mittel vorgesehen,
die den Bremsverstärker
betätigen, wobei
die Betätigung
des Bremsverstärkers
eine Drosselklappe in der Luftzufuhr zum Schließen veranlasst, um ein Vakuum
zum Bremsverstärker
zu erzeugen.
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Ein
Verfahren der eingangs genannten Art kommt z. B. bei vom Markt her
bekannten Kraftfahrzeugen zum Einsatz. Die Bremskraftverstärker solcher
Kraftfahrzeuge arbeiten pneumatisch und erhalten ihre Hilfsenergie
aus einem Unterdruckspeicher. Dieser ist über eine Zapfleitung mit dem
Ansaugrohr des Motors des Kraftfahrzeugs verbunden. Da im Ansaugrohr
des Kraftfahrzeugs beim Betrieb des Motors ein Unterdruck herrscht,
kann auf diese Weise der Unterdruckspeicher evakuiert und hierdurch
der für
den Betrieb des Bremskraftverstärkers
erforderliche Unterdruck bereitgestellt werden.
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Problematisch
dabei ist jedoch, dass der Unterdruck im Ansaugrohr moderner Motoren
zumindest im emissions- bzw. verbrauchsoptimierten Betriebszustand
relativ gering ist. Dies ist vor allem bei Motoren mit Kraftstoff-Direkteinspritzung
der Fall, bei denen die Drosselklappe im Ansaugrohr im optimalen
Betriebszustand im Wesentlichen offen und daher der Unterdruck im
Ansaugrohr relativ gering ist.
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Ferner
wird bei Motoren mit E-Gas (elektronisches Gaspedal) zum Zwecke
des Katalysatorheizens der Zündwirkungsgrad
in bestimmten Betriebszuständen,
z. B. während
der Warmlaufphase, verschlechtert und die Drosselklappe weiter geöffnet. Ein
schlechterer Zündwirkungsgrad
erhöht
die Abgastemperatur. Der außerdem
damit einhergehende Rückgang
des Drehmoments wird durch mehr Füllung ausgeglichen.
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Bei
solchen Motoren muss z. B. nach einer Bremsung, wenn aufgrund einer
vom Bremskraftverstärker
in den Unterdruckspeicher fließenden
Luftmenge der Unterdruck im Unterdruckspeicher geringer wird, eine
Maßnahme
eingeleitet werden, welche den Druck im Ansaugrohr soweit absenkt,
dass der Unterdruckspeicher in ausreichender Weise evakuiert werden
kann. Diese Maßnahme
besteht im Allgemeinen darin, dass die Drosselklappe geschlossen wird,
der Motor also "angedrosselt" wird.
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Eine
solche Maßnahme
bedeutet z. B. bei direkteinspritzenden Benzinmotoren, dass dieser
im sog. Homogenbetrieb und nicht im sog. Schichtbetrieb gefahren
wird, wodurch der Verbrauch gesteigert wird. Auch wird insbesondere
während
der Warmlaufphase des Motors eines solchen Kraftfahrzeugs das Emissionsverhalten
verschlechtert, da das Aufheizen des Katalysators bei geschlossener
Drosselklappe wegen des besseren Zündwirkungsgrads langsamer erfolgt
und daher der Katalysator längere Zeit
nicht bei seiner optimalen Betriebstemperatur arbeitet.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann eine elektrische Saugpumpe vorgesehen sein, mit der der Unterdruckspeicher
evakuiert werden kann. Eine solche Saugpumpe hat aber eine begrenzte
Gesamt-Betriebszeit. Daher sollte sie möglichst selten eingeschaltet
werden.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs
genannten Art so weiterzubilden, dass der Verbrauch und auch das
Abgasverhalten einer entsprechenden Brennkraftmaschine verbessert
sind und gleichzeitig die ggf. eingebaute Saugpumpe geschont wird.
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Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass in einem Ruhezustand des Servoaggregats, in dem dieses nicht
betätigt
ist und keine Betätigung
erwartet wird, ein höherer,
und in einem Zustand, in dem das Servoaggregat betätigt ist
oder eine Betätigung
erwartet wird, ein niedrigerer Solldruck für den Unterdruckspeicher vorgegeben
wird.
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Diese
erfindungsgemäße Maßnahme beruht auf
der Erkenntnis, dass im Unterdruckspeicher oftmals ein Unterdruck
herrscht, der für
einen sicheren Betrieb des Servoaggregats in vielen Betriebssituationen
des Kraftfahrzeugs gar nicht erforderlich ist. Am Beispiel eines
Bremskraftverstärkers
wurde herausgefunden, dass es vollkommen ausreicht, dass zu Anfang
eines Bremsvorgangs ein gewisser Unterdruck im Unterdruckspeicher
vorliegt und somit eine gewisse Unterstützung des Bremsvorgangs durch das
Servoaggregat möglich
ist. Dieser Unterdruck, der im Ruhezustand des Servoaggregats vorliegen muss,
in dem dieses also nicht betätigt
ist und keine Betätigung
erwartet wird, kann erheblich geringer sein als jener Unterdruck,
der erforderlich ist, um eine dauerhafte und starke Betätigung des
Servoaggregats zu gewährleisten.
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Ein
niedrigerer Solldruck im Unterdruckspeicher bedeutet jedoch automatisch,
dass die Eingriffe, mit denen im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine ein
für das
Evakuieren des Unterdruckspeichers erforderlicher Unterdruck hergestellt
wird, seltener und/oder auf für
den Verbrauch bzw. das Emissionsverhalten weniger nachteilige Weise
erfolgen können.
Auch eine ggf. vorhandene elektrische Saugpumpe muss weniger oft
eingeschaltet werden.
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Besonders
vorteilhaft ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens beim Betrieb
eines Unterdruckspeichers in großer Höhe: Da dort der Umgebungsdruck
bereits relativ niedrig ist, müssten u.
U. ständig
Maßnahme
ergriffen werden, um den Druck im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine
weiter abzusenken und hierdurch die Druckdifferenz bereitzustellen,
die notwendig ist, um den Unterdruckspeicher über das Ansaugrohr mit Unterdruck
beaufschlagen zu können.
In einem solchen Falle wäre ohne
den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens
der Brennstoffverbrauch der Brennkraftmaschine ständig erhöht bzw.
das Emissionsverhalten ständig
verschlechtert. Alternativ müsste
eine ggf. vorhandene elektrische Saugpumpe u. U. ständig eingeschaltet
sein, was ihre Lebensdauer deutlich herabsetzt. Dies wird bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren
nachhaltig verhindert.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens finden sich
in den Unteransprüchen.
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Um
in dem Moment, in dem das Servoaggregat betätigt werden soll, einen ausreichenden
Unterdruck zur Verfügung
zu haben, ist es vorteilhaft, wenn der Druck im Unterdruckspeicher
bereits kurz vorher dem niedrigeren Solldruck entspricht. Eine einfache Möglichkeit,
die Betätigung
des Servoaggregats mit hoher Wahrscheinlichkeit vorherzusagen, bietet
die Stellung des Gaspedals: Dem ist ein einer Weiterbildung Rechnung
getragen, wonach eine Betätigung des
Servoaggregats dann erwartet wird, wenn die Arbeitsstellung des
Gaspedals einen bestimmten Minimalwert unterschreitet.
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Besonders
vorteilhaft ist auch, wenn, wie auch beansprucht ist, die Solldrücke in Abhängigkeit vom
Umgebungsdruck bestimmt werden. Hierdurch kann z. B. bei niedrigem
Umgebungsdruck die geforderte Druckdifferenz ("Unterdruck") zwischen Unterdruckspeicher und Außenatmosphäre verringert
werden, was ebenfalls dazu führt,
dass Eingriffe in die Strömung
im Ansaugrohr, mit denen der erforderliche Unterdruck zur Evakuierung
des Unterdruckspeichers bereitgestellt werden soll oder ein Ansteuern einer
elektrischen Saugpumpe seltener oder weniger stark erfolgen können.
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Bei
einer anderen Weiterbildung der Erfindung wird dann, wenn der Druck
im Unterdruckspeicher einen Grenzwert überschreitet, eine den Druck absenkende
Maßnahme
eingeleitet, und dann, wenn der Druck im Unterdruckspeicher einen
Grenzwert unterschreitet, eine den Druck absenkende Maßnahme beendet,
wobei einer der beiden Grenzwerte dem Sollwert entspricht und sich
der andere Grenzwert von diesem durch einen Hysteresefaktor unterscheidet.
Hierdurch wird ein Toleranzbereich für den Solldruck im Unterdruckspeicher
geschaffen, durch den verhindert wird, dass bereits bei einem geringfügigen Druckanstieg
im Unterdruckspeicher Maßnahmen zur
Absenkung des Unterdrucks eingeleitet werden.
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Weiter
sind verschiedene vorteilhafte und einfache zu realisierende Maßnahmen
genannt, mit denen der Unterdruck im Unterdruckspeicher abgesenkt
werden kann. Hierzu gehören
das Schließen einer
Drosselklappe im Ansaugrohr und/oder das Einschalten einer Saugpumpe.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Computerprogramm, welches zur Durchführung des
oben genannten Verfahrens geeignet ist, wenn es auf einem Computer
ausgeführt
wird. Dabei ist besonders vorteilhaft, wenn es auf einem Speicher,
insbesondere auf einem Flash-Memory, abgespeichert ist.
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Die
Erfindung betrifft schließlich
auch eine Vorrichtung zur Steuerung des Drucks in einem Unterdruckspeicher
eines pneumatisch betriebenen Servoaggregats eines Fahrzeugs mit
Brennkraftmaschine, wobei der Unterdruckspeicher an eine Saugleitung
angeschlossen ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass die Vorrichtung so ausgebildet ist, dass sie in einem Ruhezustand
des Servoaggregats, in dem dieses nicht betätigt ist und keine Betätigung erwartet
wird, einen höheren
Solldruck (p2) und in einem Zustand, in
dem das Servoaggregat betätigt
ist oder eine Betätigung
erwartet wird, einen niedrigeren Solldruck (p1)
für den
Unterdruckspeicher (24) vorgibt.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen dieser Vorrichtung sind in nachfolgenden Ansprüchen angegeben.
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail
erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
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1 eine
Vorrichtung zur Steuerung des Drucks in einem Unterdruckspeicher
eines pneumatisch betriebenen Servoaggregats an einer Brennkraftmaschine;
und
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2 ein
schematisches Ablaufdiagramm des Verfahrens zur Steuerung der Vorrichtung
von 1.
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In 1 trägt eine
Brennkraftmaschine, z. B. ein Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs,
insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie saugt im Betrieb Luft über ein
Ansaugrohr 12 an und leitet Abgase über ein Abgasrohr 14 ab.
Im Ansaugrohr 12 ist eine Drosselklappe 16 angeordnet,
die durch einen Stellmotor 18 bewegt werden kann. Dieser
ist wiederum über
eine Steuerleitung (ohne Bezugszeichen) mit einer Steuerelektronik 20 verbunden.
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Zwischen
Drosselklappe 16 und Brennkraftmaschine 10 zweigt
vom Ansaugrohr 12 eine Saugleitung 22 ab, die
zu einem Unterdruckspeicher 24 führt. Um einen Luftstrom vom
Ansaugrohr 12 in den Unterdruckspeicher 24 zu
verhindern, kann in der Saugleitung 22 ein entsprechend
ausgerichtetes Rückschlagventil
vorgesehen sein. Von der Saugleitung 22 zweigt wiederum
ein Leitungsabschnitt 26 ab, welcher zu einer elektrischen
Saugpumpe 28 führt.
Auch diese ist über
eine Steuerleitung (ohne Bezugszeichen) mit der Steuerelektronik 20 verbunden.
Am Unterdruckspeicher 24 ist ein Drucksensor 30 angeordnet,
der ausgangsseitig mit der Steuerelektronik 20 verbunden
ist.
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Der
Unterdruckspeicher dient zur Bereitstellung eines Unterdrucks, welcher
von einem Servoaggregat, vorliegend einem in der Figur nicht dargestellten
Bremskraftverstärker
für eine
Fahrzeugbremse, benötigt
wird. Bei einer Betätigung
der Bremse strömt Luft
vom Bremskraftverstärker
in den Unterdruckspeicher 24. Dieser wird wiederum durch
den im Ansaugrohr 12 der Brennkraftmaschine 10 und/oder
die elektrische Saugpumpe 28 evakuiert.
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In 1 ist
ferner ein Gaspedal 32 schematisch dargestellt, und zwar
in einer Ruhestellung (durchgezogene Linien) und einer Arbeitsstellung (gestrichelte
Linien). Das Gaspedal 32 ist mit einem Winkelsensor 34 verbunden,
der über
einen Ausgang ebenfalls Signale an die Steuerelektronik 20 liefert. Schließlich ist
noch ein Umgebungsdrucksensor 36 vorgesehen, welcher dem
Umgebungsdruck entsprechende Signale an die Steuerelektronik 20 abgibt.
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Die
Funktionsweise und das Zusammenspiel der in 1 dargestellten
Komponenten wird nun anhand des in 2 dargestellten
Ablaufdiagramms erläutert:
Das
Verfahren beginnt im Startblock 37. Vom Winkelsensor 34 wird
im Block 38 ein Signal wPED bereitgestellt,
welches der Winkelstellung des Gaspedals 32 entspricht.
Befindet sich das Gaspedal in Ruhestellung, hat wPED den
Wert 0. In der in 2 gestrichelt dargestellten
Arbeitsstellung des Gaspedals 32 hat wPED einen
Wert größer 0.
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Im
Entscheidungsblock 40 wird die Winkelstellung wPED des Gaspedals 32 mit einem Grenzwert w1 verglichen. Ist wPED kleiner
als w1, unterschreitet also die Arbeitsstellung
des Gaspedals 32 einen bestimmten Minimalwert w1, kann davon ausgegangen werden, dass eine
Bremsung unmittelbar bevorsteht. Wie bereits oben ausgeführt wurde,
führt eine
Bremsung zu einem Luftstrom vom Bremskraftverstärker in den Unterdruckspeicher 24.
Um den für
die erwartete Bremsung notwendigen Unterdruck im Unterdruckspeicher 24 bereitzustellen,
wird daher im Block 42 der Solldruck pBKV-SOLL im
Unterdruckspeicher 24 gleich einem Wert p2 gesetzt.
Ist die Antwort im Entscheidungsblock 40 nein, ist das
Gaspedal 32 also relativ weit durchgedrückt, wird im Block 44 der
Solldruck pBKV-SOLL gleich einem Wert p1 gesetzt.
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Zur
Bestimmung, ob eine Bremsung vorliegt, kann auch das Bremslichtsignal
oder der Druck im Bremskraftverstärker verwendet werden. Auch
aus Beschleunigungssignalen kann ggf. auf eine bevorstehende Bremsung
geschlossen werden.
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Die
Werte p1 bzw. p2 werden
in den Blöcken 46 bzw. 48 auf
der Grundlage des vom Umgebungsdrucksensor 36 bereitgestellten
Umgebungsdrucks pU (Block 50) berechnet.
Die entsprechenden Funktionen f1 und f2, welche zur Berechnung von p1 und
p2 in den Blöcken 48 und 46 verwendet
werden, sind so ausgewählt,
dass p2 kleiner ist als p1 (p2 entspricht also einem stärkeren Unterdruck
im Unterdruckspeicher 30). Auf diese Weise wird also erreicht,
dass dann, wenn die Arbeitsstellung des Gaspedals 32 einen
bestimmten Minimalwert w1 unterschreitet,
der Solldruck pBKW-SOLL von einem Wert p1 auf einen Wert p2 betragsmäßig herabgesetzt
wird. Andererseits ist durch die Verknüpfung mit dem Umgebungdruck
pU sichergestellt, dass keine "unsinnig" niedrigen Solldrücke pBKV-SOLL gefordert werden.
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Im
Entscheidungsblock 52 wird der vom Drucksensor 30 gelieferte
tatsächliche
Druck pBKV (Block 54), welcher
im Unterdruckspeicher 24 herrscht, mit einem Grenzwert
verglichen. Der Grenzwert wird wiederum durch eine in Block 55 erfolgende
Summation des in den Blöcken 42 bzw. 44 bestimmten
Solldrucks pBKV-SOLL und eines in Block 56 bereitgestellten
konstanten Hysteresefaktors h gebildet.
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Ist
das Ergebnis der Prüfung
in Block 52 positiv, ist der tatsächlich im Unterdruckspeicher 24 herrschende
Druck PBKV also größer als der Grenzwert, wird
im Block 58 geprüft,
ob der Druck pSR größer ist als der Grenzwert.
Der Druck pSR im Ansaugrohr 12 wird
in Block 60 bereitgestellt. Er kann entweder durch einen
im Ansaugrohr 12 angeordneten Sensor erfasst werden oder
aus der Durchflussmenge und der Temperatur im Ansaugrohr 12 berechnet werden.
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Wenn
der Druck pSR im Ansaugohr 12 tatsächlich größer ist
als der Grenzwert, könnte
eine Evakuierung des Unterdruckspeichers 24 ohne entsprechende
Maßnahmen
nicht durchgeführt
werden. Daher wird in diesem Fall in Block 62 ein Bit gesetzt, durch
welches z. B. der Stellmotor 18 der Drosselklappe 16 so
angesteuert wird, dass die Luftströmung im Ansaugrohr 12 angedrosselt
wird und so der Druck pSR im Ansaugrohr 12 gesenkt
wird. Zusätzlich oder
alternativ kann auch die elektrische Saugpumpe 28 angesteuert
werden, durch die der Unterdruckspeicher 24 direkt evakuiert
werden kann. Anschließend
sowie im Falle eines negativen Ergebnisses im Block 58 endet
das Verfahren im Block 68.
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Wenn
der tatsächliche
Druck pBKV im Unterdruckspeicher 24 kleiner
ist als der Grenzwert im Block 52, wird im Block 64 geprüft, ob der
tatsächliche
Druck pBKV im Unterdruckspeicher 24 kleiner
ist als ein zweiter Grenzwert, welcher sich von dem Grenzwert in
Block 52 um den Hysteresefaktor h unterscheidet. Durch
den Hysteresefaktor h wird verhindert, dass es bei Drücken im
Unterdruckspeicher 30 im Bereich des Solldrucks zu schnell aufeinanderfolgenden
Schaltvorgängen
("Flattern") entweder der Drosselklappe 16 und/oder
der elektrischen Saugpumpe 28 kommt, was die Komponenten
stark belasten würde.
Ist das Ergebnis der Prüfung
in Block 64 positiv, wird in Block 66 das Bit
gelöscht,
eingeleitete Maßnahmen
zur Absenkung des Drucks pBKV im Unterdruckspeicher 24 also
beendet. Nach Block 66 endet das Verfahren in Block 68.
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Von
Block 68 kann ein Rücksprung
zum Startblock 37 erfolgen, und zwar ereignisgesteuert oder
mit einer bestimmten zeitlichen Taktrate. Dies ist in 2 jedoch
nicht dargestellt.