DE19911214A1 - Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Eine Brennkraftmaschine weist eine Regel- und Steuereinheit zur Erzeugung von Stellsignalen und eine über ein Stellglied einstellbare Drosselklappe in einer Ansaugleitung auf. DOLLAR A Um mit einfachen Maßnahmen bei tiefen Temperaturen eine der Fahrervorgabe entsprechende Leistungsanforderung präzise umzusetzen, wird für eine aktuelle Gaspedalposition die aktuell erreichbare Drosselklappenstellung ermittelt, der ein entsprechender Luftmassenstrom zugeordnet wird. Der Quotient der Luftmassenströme für den Idealfall und für die aktuelle Drosselklappenstellung wird als Maßzahl für die Einstellung einer das Antriebsmoment beeinflussenden Fahrzeugkomponente herangezogen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brenn­ kraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Aus der Druckschrift DE 37 26 332 C1 ist ein Ansaugleitungsteil einer Brennkraftmaschine bekannt, welches stromauf der Drossel­ klappe eine in eine wannenförmige Vertiefung einmündende Kur­ belgehäuse-Entlüftungsleitung aufweist. Kondensat, welches sich nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine bilden kann, sammelt sich in der wannenförmigen Vertiefung an, die außerhalb des Be­ wegungsraumes der Drosselklappe liegt, so daß auch bei Verei­ sung des Kondensats eine Behinderung der Bewegung der Drossel­ klappe vermieden werden kann. Während des Betriebs der Brenn­ kraftmaschine wird außerdem die Ansaugleitung beheizt, um eine Vereisung im laufenden Betrieb zu verhindern.

Voraussetzung für die Funktionstüchtigkeit ist die permanente Bereitstellung von Heizleistung im laufenden Motorbetrieb; fällt die Beheizung aus, bildet sich in kurzer Zeit eine sich über die wannenförmige Vertiefung erhebende Eisschicht, die die Bewegung der Drosselklappe erheblich beeinträchtigt und insbe­ sondere verhindert, daß die Drosselklappe in die Schließstel­ lung zurückkehrt. In diesem Fall wird eine der Leerlaufstellung des Gaspedals nicht entsprechende, inadäquat hohe Luftmenge durch die Ansaugleitung durchgesetzt, wodurch die Motorleistung in unerwünschtem Maße ansteigt. Die Vorrichtung ist außerdem aufwendig in der Herstellung und der Montage.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, mit einfachen Maßnah­ men in einem weiten Temperaturbereich, insbesondere bei tiefen Temperaturen, eine der Fahrervorgabe entsprechende Leistungsan­ forderung präzise umzusetzen.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des An­ spruches 1 gelöst.

Gemäß der Neuerung kann auf zusätzliche konstruktive Maßnahmen zur Eisverhinderung oder zur Umleitung von Kondensat verzichtet werden, weil nunmehr Hindernisse im Bewegungsraum der Drossel­ klappe akzeptiert werden können. Einschränkungen der Drossel­ klappenbewegung werden über eine Folge von Verfahrensschritten kompensiert, welche beispielsweise als Software in einer Motor- Steuer- und Regeleinheit umgesetzt werden können. Eine Behei­ zung der Ansaugleitung oder der Drosselklappe ist ebensowenig erforderlich wie aufwendige konstruktive Maßnahmen zur Ablei­ tung oder zum Sammeln des Kondensats, wodurch eine günstigere Herstellung und Montage möglich ist und die Standzeit erhöht ist.

Gemäß der Erfindung wird Eisbildung in der Ansaugleitung oder an der Drosselklappe - auch wenn Einschränkungen der Bewegungs­ freiheit der Drosselklappe zu erwarten sind - hingenommen. Di­ vergenzen zwischen Gaspedalstellung und Drosselklappenstellung werden dadurch ausgeglichen, daß das auf die Straße übertragba­ re Antriebsmoment des Fahrzeugs manipuliert wird. Hierzu wird zunächst die aktuelle Drosselklappenstellung ermittelt und in Beziehung zur Gaspedalposition gesetzt. Über einen Vergleich der aktuellen Drosselklappenstellung mit der idealen, dieser Gaspedalposition entsprechenden Drosselklappenstellung können mögliche Abweichungen festgestellt werden, die auf Eisbildung in der Ansaugleitung oder auch auf andere Ursachen wie zum Bei­ spiel Verschmutzung, Alterung, Temperaturdehnungen etc. zurück­ zuführen sind. Wird eine Abweichung von der aktuellen zur idea­ len Drosselklappenstellung festgestellt, so werden kompensie­ rende Maßnahmen ergriffen, indem das auf die Straße übertragba­ re Antriebsmoment erhöht oder verringert wird, wobei die Ände­ rungsrichtung beim Antriebsmoment von der Richtung der Abwei­ chung der aktuellen von der idealen Drosselklappenstellung ab­ hängt.

Der aktuellen Drosselklappenstellung wird ein Ist- Luftmassenstrom und der idealen Drosselklappenstellung wird ein Soll-Luftmassenstrom zugeordnet, wobei der Zusammenhang zwi­ schen Drosselklappenstellung und Luftmassenstrom bekannt ist und unter anderem von den geometrischen Verhältnissen in der Ansaugleitung bzw. der Drosselklappe abhängt.

In einem nächsten Schritt wird das Verhältnis von Soll- zu Ist- Luftmassenstrom gebildet und das auf die Straße übertragbare Antriebsmoment in zumindest einer Fahrzeugkomponente des Fahr­ zeugs proportional zu diesem Verhältnis verringert bzw. erhöht.

Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, daß im Falle von Eis­ bildung im Drosselklappen-Schwenkbereich das der Gaspedalstel­ lung entsprechende Motormoment auf die Straße übertragen wird. So kann beispielsweise im Leerlauf der Brennkraftmaschine ein Zurückschwenken der Drosselklappe in Schließposition durch Eis­ bildung behindert sein, was zur Folge hat, daß die Drosselklap­ pe trotz unbetätigtem Gaspedal noch teilweise geöffnet ist und einen Luftdurchsatz erlaubt, der einer von der Leerlaufstellung abweichenden Zwischenstellung des Gaspedals entspricht. Um in dieser Situation das unerwünscht hohe Motormoment auszuglei­ chen, wird das Antriebsmoment an einer Fahrzeugkomponente pro­ portional zum Verhältnis Soll- zu Ist-Luftmassenstrom zurückge­ nommen.

Im umgekehrten Fall, wenn die maximale Offenstellung der Dros­ selklappe aufgrund eines Hindernisses in der Ansaugleitung nicht erreicht werden kann, liegt das tatsächliche Motormoment unter dem vom Fahrer geforderten Wert. In diesem Fall kann ein Ausgleich durch momentenerhöhende Maßnahmen an einer Fahrzeug­ komponente erreicht werden. Als momentenerhöhende Maßnahmen kann bei Verwendung von Abgasturboladern mit variabler Turbi­ nengeometrie bzw. Wastegate dasjenige Bauteil eingestellt wer­ den, das den Liefergrad des Motors bestimmt. Bei Einsatz di­ rekteinspritzender Motoren kann das Antriebsmoment durch Beein­ flussung der Einspritzmenge im Schichtladebetrieb erhöht wer­ den.

Zweckmäßig wird im laufenden Betrieb der Brennkraftmaschine die Abweichung der aktuellen Drosselklappen-Schließstellung von der idealen Drosselklappen-Schließstellung ermittelt, welche sich bei fehler- und hindernisfreier Funktion der Drosselklappe im Leerlauf einstellen muß. Die regelmäßige Untersuchung der Leer­ laufposition der Drosselklappe ist insbesondere in dem ver­ gleichsweise häufig auftretenden Fall relevant, daß sich Eis in der Ansaugleitung abgelagert hat und die Drosselklappenbewegung behindert wird.

In einer ersten vorteilhaften Ausführung wird als zu beeinflus­ sende Fahrzeugkomponente, über die das auf die Straße übertrag­ bare Antriebsmoment manipuliert wird, ein Motorteil der Brenn­ kraftmaschine oder ein der Peripherie der Brennkraftmaschine zugeordnetes Motorteil eingestellt. Bei Verwendung von Ottomo­ toren wird bevorzugt das Zündsystem manipuliert, wobei als mo­ mentenbeeinflussende Maßnahme der Zündzeitpunkt verstellt wer­ den kann. Als weitere Maßnahme kann ein Auslaß- oder Bremsven­ til am Motor insbesondere zur Vernichtung von Antriebsleistung während des Verdichtungshubes in Schließstellung versetzt wer­ den. Schließlich kann es für den Fall, daß ein Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie verwendet wird, angezeigt sein, zur gewünschten Einstellung der Antriebsleistung den Turbinen­ querschnitt zu verändern, wobei eine Querschnittsreduzierung durch Erhöhung des Abgasgegendrucks eine Bremsleistungssteige­ rung zur Folge hat, die der Antriebsleistung entgegenwirkt, ei­ ne Querschnittserweiterung dagegen zur Leistungsförderung ein­ gesetzt werden kann.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführung kann als zu beein­ flussende Fahrzeugkomponente auch ein Aggregat des Triebstrangs eingestellt werden, insbesondere können bei Einsatz eines Auto­ matikgetriebes die Schaufeln eines Wandlers mit unterschiedli­ cher Drehzahl betrieben werden, wodurch ebenfalls Antriebslei­ stung vernichtet wird.

Gegebenenfalls kann es auch angezeigt sein, das Bremsmoment als dem Antrieb entgegenwirkendes Moment an zumindest einer Rad­ bremse zu erhöhen bzw. bei bereits betätigter Radbremse zu ver­ ringern.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungsformen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und der Zeichnung zu entnehmen, in der ein Ausführungsbeispiel mit den Verfah­ rensschritten für eine automatische Drosselklappensteuerung dargestellt ist.

Das im folgenden beschriebene Ausführungsbeispiel ist zweckmä­ ßig als Steuerungssoftware in einer Regel- und Steuereinheit einer Brennkraftmaschine realisiert. Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf die Untersuchung der Schließstellung der Dros­ selklappe.

In einem ersten Verfahrensschritt 1 wird zunächst die aktuelle, tatsächlich erreichbare Drosselklappen-Schließstellung DK^S _ist ermittelt, die die Drosselklappe im Leerlauf - bei nicht betä­ tigtem Gaspedal - in der Ansaugleitung der Brennkraftmaschine einnimmt. Im Idealfall stimmt die tatsächliche Schließstellung DK^S _ist der Drosselklappe mit der gewünschten, idealen Schließ­ stellung DK^S _soll überein, in der der Ansaugquerschnitt der An­ saugleitung weitgehend verschlossen ist und nur ein minimaler, zur Aufrechterhaltung der Leerlaufdrehzahl erforderlicher Luft­ massenstrom Q^L _soll durch die Ansaugleitung strömt. Im Falle ei­ nes Hindernisses in der Ansaugleitung, beispielsweise bei Eis­ bildung an der Innenwand der Ansaugleitung oder an der Drossel­ klappe bzw. an der Verstellmechanik der Drosselklappe, kann die Drosselklappe die ideale Schließstellung DK^S _soll nicht errei­ chen. In der tatsächlichen Drosselklappen-Schließstellung DK^S _ist ist in diesem Fall die Drosselklappe weiter geöffnet als in der idealen Schließstellung DK^S _soll und es strömt ein höherer Luft­ massenstrom Q^L _ist durch die Ansaugleitung als es der Leerlauf- Gaspedalstellung entspricht.

Wird ein elektrisches Stellglied zur Einstellung der Drossel­ klappe anhand von Steilsignalen eingesetzt, welche die aktuelle Gaspedalposition repräsentieren (E-Gas), kann die aktuelle Drosselklappen-Schließstellung DK^S _ist anhand der Potentiome­ tereinstellung des elektromotorisch betriebenen Stellglieds der Drosselklappe ermittelt werden.

Im folgenden Verfahrensschritt 2 wird in der Regel- und Steuer­ einheit die tatsächliche, aktuelle Drosselklappen- Schließstellung DK^S _ist mit der abgespeicherten idealen Drossel­ klappen-Schließstellung DK^S _soll verglichen. Ergibt der Ver­ gleich, daß die aktuelle Drosselklappen-Schließstellung DK^S _ist nicht größer ist als die ideale Drosselklappen-Schließstellung DK^S _soll ("nein"-Zweig), so arbeitet die Drosselklappe einwand­ frei. In diesem Fall entspricht die aktuelle Drosselklappen- Schließstellung der Leerlaufstellung des Gaspedals, es wird zum Verfahrensschritt 1 zurückgekehrt und bei der nächsten Gaspe­ dal-Leerlaufstellung eine erneute Überprüfung der Drosselklap­ pen-Schließstellung durchgeführt.

Ergibt der Vergleich, daß die aktuelle Drosselklappen- Schließstellung DK^S _ist größer ist als die ideale Drosselklappen- Schließstellung DK^S _soll ("ja"-Zweig), so liegt eine Diskrepanz vor zwischen der Leerlaufstellung des Gaspedals und der ent­ sprechenden Drosselklappenstellung. In diesem Fall erfolgt im nächsten Verfahrensschritt 3 eine Berechnung des Verhältnisses V aus der Division des idealen Luftmassenstromes Q^L _soll, welcher sich bei korrekter Funktionsweise der Drosselklappe in der An­ saugleitung der Brennkraftmaschine einstellen würde, und des tatsächlichen Luftmassenstromes Q^L _ist gemäß der Beziehung

V = Q^L _soll/Q^L _ist,

wobei die Luftmassenströme Q^L _soll und Q^L _ist als Funktion f der Drosselklappenstellungen DK^S _soll bzw. DK^S _ist darstellbar sind und beispielsweise als Kennfeld in der Steuer- und Regeleinheit ab­ gespeichert werden können.

Im darauffolgenden Verfahrensschritt 4 wird das Verhältnis V der Luftmassenströme für die Erzeugung eines Stellsignals S_St herangezogen, das im weiteren Verlauf einer Fahrzeugkomponente des Fahrzeugs zugeführt wird, über die das auf die Straße über­ tragbare Antriebsmoment beeinflußt werden kann. Das Verhältnis V dient als Maßzahl für die Größe des Stellsignals S_St, das in der Weise bestimmt wird, daß das auf die Straße übertragbare Antriebsmoment proportional zum Verhältnis V eingestellt wird.

Im Idealfall stimmt die tatsächliche Drosselklappen- Schließstellung DK^S _ist mit der Soll-Schließstellung DK^S _soll über­ ein, so daß auch die Luftmassenströme Q^L _ist und Q^L _soll gleich groß sind und sich ein Verhältnis V = 1 ergibt, das keine Änderung in der Einstellung der Fahrzeugkomponente erfordert. Bei einer Abweichung der tatsächlichen Drosselklappen-Schließstellung DK^S _ist von der Soll-Schließstellung DK^S _soll ergibt sich dagegen ein von eins abweichendes Verhältnis V; in diesem Fall wird das Stellsignal S_St in der Weise manipuliert, daß das Antriebsmo­ ment sich proportional zu V verhält, beispielsweise durch Mul­ tiplikation mit V. Da die Soll-Schließstellung der Drosselklap­ pe immer den engsten wirksamen Querschnitt der Ansaugleitung darstellt, ergibt sich im Falle einer von der Soll- Schließstellung abweichenden tatsächlichen Schließstellung auf­ grund des größeren tatsächlichen Luftmassenstromes ein Ver­ hältnis kleiner als eins; das Antriebsmoment wird entsprechend verringert.

Das Stellsignal S_St wird einer Fahrzeugkomponente zugeführt, über die das auf die Straße übertragbare Antriebsmoment einge­ stellt werden kann, wobei Fahrzeugkomponenten des Motors bzw. der Motorperipherie, des Triebstrangs und/oder der Bremsen ein­ gestellt werden können.

Im Falle einer Otto-Brennkraftmaschine kann der Zündzeitpunkt für die Zündung des Kraftstoff-/Luftgemisches über das Stellsi­ gnal S_St variiert werden, wobei zur Verringerung des Motormo­ ments - beispielsweise bei Vereisung der Drosselklappe oder der Ansaugleitung - der Zündzeitpunkt in Richtung spät verstellt wird.

Eine weitere Möglichkeit, das resultierende Antriebsmoment zu verringern, liegt darin, ein dem Motormoment entgegenwirkendes Bremsmoment zu erzeugen. Das Bremsmoment kann hierbei entweder im Bereich des Motors generiert werden, beispielsweise durch entsprechende Einstellung von Auslaß- bzw. Bremsventilen am Zy­ linderausgang, wodurch ein unmittelbar auf die Kurbelwelle wir­ kendes und dem aus befeuertem Antrieb erzeugten Motormoment entgegengesetzt gerichtetes Bremsmoment entsteht, oder durch entsprechende Einstellung des Turbinenquerschnitts eines Abga­ sturboladers mit variabler Turbinengeometrie. Das Bremsmoment kann aber auch durch Betätigung der Radbremse erzeugt werden.

Eine weitere Möglichkeit, ein dem Motormoment entgegengesetzt gerichtetes Moment zu generieren und dadurch das resultierende Antriebsmoment zu verringern, liegt darin, in einem Automatik­ getriebe Antriebsleistung zu verbrauchen, indem beispielsweise die Schaufeln eines Wandlers des Getriebes mit unterschiedli­ cher Drehzahl umlaufen.

Claims (10)

1. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, die eine Re­ gel- und Steuereinheit zur Erzeugung von Stellsignalen und eine über ein Stellglied einstellbare Drosselklappe in einer Ansaug­ leitung aufweist, dadurch gekennzeichnet,

• - daß für eine aktuelle Gaspedalposition die aktuell erreich­ bare Drosselklappenstellung ermittelt wird,
• - daß für den Fall, daß die aktuelle Drosselklappenstellung von der idealen Drosselklappenstellung abweicht, die fol­ genden Maßnahmen ergriffen werden:
• - der aktuellen Drosselklappenstellung wird ein Ist-Luft­ massenstrom durch die Ansaugleitung zugeordnet,
• - zumindest eine Fahrzeugkomponente, über die das auf die Straße übertragbare Antriebsmoment des Fahrzeugs beein­ flußbar ist, wird in der Weise eingestellt, daß das An­ triebsmoment proportional zum Verhältnis von Soll- Luftmassenstrom, welcher sich bei der idealen Drossel­ klappenstellung einstellt, zu Ist-Luftmassenstrom ver­ ringert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Leerlauf der Brennkraftmaschine die Abweichung der aktu­ ellen Drosselklappen-Schließstellung von der idealen Drossel­ klappen-Schließstellung ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als zu beeinflussende Fahrzeugkomponente ein Motorteil der Brennkraftmaschine oder ein der Peripherie der Brennkraftma­ schine zugeordnetes Motorteil eingestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als zu beeinflussendes Motorteil das Zündsystem eingestellt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündzeitpunkt verstellt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Auslaßventil am Zylinderausgang der Brennkraftmaschine während des Verdichtungshubs in Schließstellung versetzt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie einge­ setzt wird und der Turbinenquerschnitt reduziert bzw. erweitert wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als zu beeinflussende Fahrzeugkomponente ein Teil des Triebstrangs eingestellt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Automatikgetriebes die Schaufeln des Wandlers mit unterschiedlicher Drehzahl betrieben werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Bremsmoment an zumindest einer Radbremse verändert wird.