DE3608417A1

DE3608417A1 - Leerlaufdrehzahlregelsystem fuer eine kraftfahrzeug-brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3608417A1
Application number: DE19863608417
Authority: DE
Inventors: Masaki Tokio/Tokyo Kato; Tsutomu Atsugi Kanagawa Yamazaki
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1985-03-15
Filing date: 1986-03-13
Publication date: 1986-09-25
Also published as: JPS61210238A; GB2185829B; GB8606362D0; DE3608417C2; GB2185829A; US4694798A

Description

Beschrei bung

Leerlaufdrehzahlregelsystem für eine Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System und ein Verfahren zum Regeln der Leerlaufdrehzahl einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine. Speziell bezieht sich die Erfindung auf die Leerlaufdrehzahleinstellung, die in Abhängigkeit von der benötigten Kühlleistung einer Fahrzeugklimaanlage ausgeführt wird.

In konventionellen Drehzahlregelsystemen wird die Leerlaufdrehzahl hauptsächlich auf der Grundlage der Maschinentemperatur oder der Maschinenkühlmitteltemperatur eingestellt. Verschiedene Korrekturparameter sind verwendet worden, um die Maschinenleerlaufdrehzahl genauer entsprechend den Maschinenbetriebsbedingungen einzustellen. Unter solchen bekannten Leerlaufdrehzahlkorrekturparametern wird eine Drehzahleinstellung in Abhängigkeit vom Betrieb einer Klimaanlage des Kraftfahrzeugs in der Kühlbetriebsart ausgeführt. Bei dieser Leerlaufdrehzahleinstellung wird die Maschinendrehzahl um einen vorbestimmten Wert gesteigert, üblicherweise ist die Steigerungsrate auf die Maschinenleerlauf drehzahl während dieses Leerlaufeinstellbetriebes ein -fester Wert, der so ausgewählt ist, daß man eine maximale Wirksamkeit der KühlluftquelIe, beispielsweise eines Verdampfers, in der Klimaanlage erhält.

Andererseits ändert sich die benötigte Kühlleistung der Klimaanlage wesentlich mit den Umgebungsbedingungen des Fahrzeugs , beispielsweise der Außentemperatur, der Feuchtigkeit, der Temperatur des Fahrgastraumes, der gewünschten Temperatur des Fahrgastraumes

usw. Es versteht sich daher, daß die maximale Kühlleistung der KühlluftquelIe für eine zufriedenstellende Klimaregelung und Entfeuchtung des Fahrgastraums nicht immer benötigt wird. Dies bedeutet andererseits, daß die Maschinenleerlaufdrehzahl nicht notwendigerweise auf die festgesetzte Drehzahl gesteigert wird, bei der die maximale Wirksamkeit der KühlluftquelIe der Klimaanlage erzielt wird, was von den Umgebungsbedingungen abhängt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein System zum Regeln der Leerlaufdrehzahl der Maschine in Abhängigkeit von der benötigten Kühlleistung einer KühlluftquelIe einer Kraftfahrzeugklimaanlage anzugeben.

Dabei sollte eine hohe Wirtschaftlichkeit erreicht werden, indem man unnötig hohe Leerlaufdrehzahlen vermeidet, während die Klimaanlage nicht in Betrieb ist.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Systems durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung und ein Verfahren zum Regeln der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftmaschine der vorgenannten Art sind Gegenstand weiterer Ansprüche.

Demnach wird die Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine dadurch geregelt, daß man die von der Kühlluftquelle gefoderte Leistung ermittelt. Die Maschinendrehzahl wird entsprechend dieser geforderten Leistung auf eine Drehzahl zwischen einer gegebenen Grunddrehzahl und einer vorbestimmten Maximaldrehzahl eingestellt.

Die Leerlaufdrehzahlregeleinrichtung enthält vorzugsweise ein Luftregelhilfsventil, das in einer Luft-

hiIfszuführleitung eines Luftzuführungssystems der Maschine angeordnet ist. Alternativ ist die Leerlauf regeleinrichtung ein Kraftstoffzuführungssteuerpegel einer Kraftstoff-Einspritzpumpe im Kraftstoffzuführkreis der Maschine. Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform enthält die Leerlaufregeleinrichtung ein schwenkbares Drosselventi 1 .

Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines Leerlaufregelsystems einer Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine mit den Merkmalen der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug, die der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 1 zugeordnet ist, und

Fig. 3 das Verhältnis zwischen der Verdampfer-Luftausgangstemperatur und der Leerlaufdrehzahl der Maschine .

Gemäß Fig. 1 enthält das Leerlaufregelsystem einen Mikroprozessor 50, der als Regler arbeitet. Der Mikropro zessor 50 hat einen an sich bekannten Aufbau und enthält eine Eingabeschnittstelle, eine CPU, ein ROM, ein RAM und eine Ausgabeschnittstelle. Der Mikroprozessor 50 ist eingangsseitig mit verschiedenen Sensoren 40, 52 und 54 verbunden, die auf die Maschinendrehzahl bezogene Parameter liefern und ausgangsseitig mit einer Leerlaufdrehzahl-Regeleinrichtung 60 verbunden, die ein elektrisch betätigbares Stellglied 62 enthält.

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Es sei hervorgehoben, daß die Regeleinrichtung ein Hilfsluftregelventi1 bei einer Otto-Brennkraftmaschine und einen Kraftstoffzuführsteuerhebel im Falle einer Dieselmaschine enthalten kann. Die Leerlaufdrehzahl-Regeleinrichtung kann auch direkt einem Drosselventil in einer Hauptluftzuführleitung bei einer Otto-Maschine zugeordnet sein, so daß sie direkt die Drosselventi1-winkelstellung beeinflußt, die die Luftzuströmungsrate in der Hauptlufteinlaßleitung bestimmt. Ein Maschinenleerlauf drehzahl-Regelsystem zum Regeln der Hilfsluftströmungsrate in Otto-Maschinen ist in den US-Patenten 3 661 131, 4 345 557 und 4 365 599 beschrieben. Ein Kraftstoffzuführhebelregelsystem für die Regelung der Leerlaufdrehzahl einer Dieselmaschine ist in der DE-OS 34 01 458 beschrieben. Die Inhalte der obengenannten Veröffentlichungen werden durch diese Bezugnahme zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gemacht.

In der dargestellten Ausführungsform überwacht der Sensor 52 die Maschinentemperatur oder die Maschinen-Kühlmittel temperatur und erzeugt ein entsprechendes Tempe-atursignal Sj. Der Sensor 54 überwacht die Drehzahl der Maschine und erzeugt ein Drehzahlsignal S»,. Es ist bekannt, daß die Leerlaufgrunddrehzahl der Maschine auf der Grundlage des Signalwertes _T für die Maschinentemperatur oder die Maschinen-Kühlmitteltemperatur abgeleitet wird .Bei neueren Leerlaufdrehzahlregelmaschinen für Brennkraftmaschinen werden Regelungen selektiv in geschlossener Schleife oder offener Schleife ausgeführt, um die Leerlaufdrehzahl der Maschine in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen der Maschine genau zu regeln. Das Maschinendrehzahlsensorsignal N^ wird bei einer Rückkopplungsregelung der Maschinendrehzahl verwendet, die danach trachtet, die herrschende Maschinendrehzahl, die durch das Drehzahlsignal angegeben wird, mit einer

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vorgegebenen Drehzahl in Übereinstimmung zu bringen, die im allgemeinen auf der Grundlage der Maschinentempertur oder Maschinen-Kühlmitteltemperatur abgeleitet wird.

Der Sensor 40 dient dazu, einen Korrekturparameter zu liefern und enthält einen oder mehrere Sensoren. Die Leerlaufgrunddrehzahl der Maschine, die auf der Grundlage der Temperatur von Maschine oder Kühlmittel abgeleitet wird, wird auf der Grundlage der Korrekturparameter, die mittels des Sensors 40 ermittelt werden, modifiziert. In neueren Maschinenregelsystemen wird die Leerlaufdrehzahl in Abhängigkeit von den verschiedensten Korrekturfaktoren, wie beispielsweise der Getriebeschaltstellung geregelt, was bislang in Abhängigkeit von Schaltvorgängen zwischen der Park- oder Neutralstellung und der Vorwärtsoder der Rückwärtsstellung. Weiterhin werden die Maschinenbelastung, beispielsweise durch Einschlten der Klimaanlage, die Batteriespannung usw. berücksichtigt. Im allgemeinen wird die Leerlaufgrunddrehzahl der Maschine, die von der Temperatur der Maschine oder des Kühlmittels abhängt, im Hinblick auf den Treibstoffverbrauch und die Abgasemissionen auf den niedrigsten Wert eingestellt. Die Leerlaufdrehzahl der Maschine wird daher im allgemeinen von einer minimalen Grunddrehzahl ausgehend in Abhängigkeit von den Korrekturparametern erhöht.

Gemäß der vorliegenden Erfindung überwacht ein Sensor 42 die Lufttemperatur am Auslaß eines Verdampfers 21 (Fig. 2) und erzeugt ein Verdampfer-Luftausgangssignal Sp, das nachfolgend als Kühllufttemperatursignal bezeichnet wird. Da weitere Leerlaufdrehzahlkorrekturfaktoren für die Erläuterung des Gegenstandes der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich sind, werden die Sensoren für solche Korrekturparameter, sofern

solche vorhanden sind, nachfolgend durch "anderer Sensor" im Block 44 in den Fig. 1 und 2 bezeichnet.

Auf der Grundlage des Temperatursignals Sy, des Maschinenleerlaufsignals S^ und des Kühllufttemperatursicnals S_c und anderer Leerlaufdrehzahl Steuerparameter leitet der Mikroprozessor 50 eine Leerlaufsolldrehzahl ab. Der Mikroprozessor 50 gibt somit ein Leerlaufdrehzal" 1 regel signal ab, das die Vorgabedrehzahl angibt, und führt das Leerlaufdrehzahlregelsignal dem Stellglied 62 in der Leerlaufdrehzahlregeleinrichtung 60 zu.

Das Stellglied 62 der Leerlaufdrehzahlregeleinrichtung spricht auf das Leerlaufdrehzahlregelsignal vom Mikroprozessor an und stellt die Leerlauf luftströmung oder eine Hi Ifsluftströmung durch das Luftzuführungssystem der Maschine oder stellt die Kraftstoffzuführmenge ein.

Fig. 2 zeigt eine übliche Klimaanlage, die dem Leerlaufregelsystem nach Fig. 1 zugeordnet ist. Die Klimaanlage enthält einen Luftaufbereitungsweg, der in einen Gebläseabschnitt 10, einen Luftkühlabschnitt 20 und einen Luftmischabschnitt 30 unterteilt ist. Ein Gebläse 12 ist innerhalb des Gebläseabschnitts 10 angeordnet. Der Gebläseabschnitt 10 steht mit der Umgebungsatmosphäre des Fahrzeugs durch einen Frischlufteinlaß und mit dem Fahrgastraum des Fährzeugs mit einem Umlufteinlaß in Verbindung. Eine Lufteinlaßtür 11 kann zwischen dem Frischlufteinlaß und dem Umlufteinlaß verschwenkt werden, um selektiv Außenluft oder Innenluft in den Luftaufbereitungsweg einzuleiten.

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Der Verdampfer 21 ist im Luftkühl abschnitt 20 angeordnet. Der Verdampfer 21 wirkt mit einem Verdichter 6 zusammen, der mit einer Maschinenausgangswelle verbunden ist und von der Maschine angetrieben wird. Obwohl nicht klar dargestellt sei doch betont, daß eine elektromagnetisch betätigbare Kupplung im Kompressor 6 angeordnet ist, um diesen wahlweise mit der Maschinenausgangswelle zu verbinden oder davon zu trennen. Die Kupplung des Kompressors 6 ist mit einem Betriebsartenwählschalter 1 für die Klimaanlage verbunden. Wenn beispielsweise der Betriebsartenschalter 1 eingeschaltet ist, dann verbindet die Kupplung den Kompressor 6 mit der Ausgangswelle der Maschine, um den Kompressor anzutreiben. Der Verdampfer 21 wird dann zur Kühlung der Luft wirksam, die von dem Gebläseabschnitt 10 zugeführt wird.

Ein Heizelement 31 ist innerhalb des Luftmischabschnitts 30 angeordnet. Dem Heizelement 31 ist eine schwenkbare Luftmischtür 32 zugeordnet, die den Strömungsquerschnitt am Einlaß des Heizelements 31 in Abhängigkeit von der eingestellten Lufttemperatur der Klimaanlage regelt. Im Luftmischabschnitt 30 ist eine Luftmischkammer 33 stromabwärts des Heizelements 31 ausgebildet. Die gekühlte Luft vom Verdampfer 21, die an dem Heizelement 31 in der Luftmischkammer 33 vorbeiläuft, und die erhitzte Luft von dem Heizelement ,gelangen in die Luftmischkammer und werden dort gemischt, um die klimatisierte Luft auf die eingestellte Temperatur zu bringen, welche Luft dann durch einen oder mehrere Klimaausgänge, beispielsweise eine Defrosterdüse, einen oberen oder einen unteren Luftauslaß usw. in den Fahrgastraum abgegeben wird. Der Auslaß oder die Auslässe, durch die die klimatisierte Luft in die Fahrgastzelle eintritt, können von Hand gewählt und eingestellt werden.

Wenn, wie oben beschrieben, der Klimawählschalter eingeschaltet und daher der Kompressor 6 mit der Maschinenausgangswelle verbunden wird, dann wird der Maschine eine zusätzliche Last- vermittelt. Das Schließen des vorerwähnten Schalters ruft daher eine zusätzliche belastungsabhängige Korrektur der Maschinenleerlaufdrehzahl hervor. Im allgemeinen wird in Abhängigkeit von-. Schließen des Kl imawähl schalters 1 die vom Regler 50 abgeleitete Leerlaufdrehzahl der Maschine um ein vorbestimmtes Ausnaß erhöht, das mit "Hochregelung" bezeichnet wird.

In konventionellen Systemen beträgt die Leerlaufgrunddrehzahl einer Brennkraftmaschine unter normalen Betriebsbedingungen etwa 600 bis 700 U/min und wird durch die "Hochregelung" auf etwa 900 U/min erhöht.

Man erkennt, daß die vom Verdampfer 21 geforderte Leistung entsprechend unterschiedlichen Umgebungsbedingungen beträchtlich schwankt. Wenn beispielsweise die Umgebungstempertur niedrig ist, dann braucht der Verdampfer nicht seine maximale Leistung zu bringen und es ist daher nicht notwendig, den Kompressor mit maximaler Drehzahl anzutreiben. Auch bei relativ hohen Umgebungstemperaturen unterscheidet sich die vom Verdampfer verlangte Leistung beim Starten von jener nach einer gewissen Laufzeit. In Abhängigkeit vom Fahrzustand ändert sich die vom Verdampfer 21 erzeugte Kühllufttenperatu im Verhältnis zu den oben erläuterten Bedingungen. Fig. 3 zeigt typische Änderungen der Kühlluftteirsperatur während aufeinanderfolgender Betriebsstufen des Verdampfers 21 .

In Fig. 3 wird zum Zeitpunkt t, der Klimawählschalter 1 eingeschaltet und daher der Verdampfer 21 wirksam gemacht. In diesem Anfangszustand ist die Innentemperatur des Verdampfers 21 relativ hoch und verlangt daher eine höhere Leistung. Zu diesem Zeitpunkt wird daher airh die Kühlufttemperatur relativ hoch sein. Die Kühllufttemperatur bleibt bis zum Zeitpunkt t₂ relativ hoch, zu welchem Zeitpunkt sich das Innere des Verdampfers 21 in ausreichendem Maße abgekühlt hat. Nach dem Zeitpunkt t~ fällt die vom Verdampfer 21 erzeugte Kühl 1ufttemperatur monoton, bis sie zum Zeitpunkt t, eine Minimaltemperatur erreicht hat.

Während der Periode t. bis tp muß der Verdampfer 21 Maximal leistung erbringen, um die zugeführte Luft und sein Inneres so schnell wie möglich ausreichend abzukühlen. Nach dem Zeitpunkt t~ fällt die vom Verdampfer geforderte Ausgangsleistung allmählich mit der Temperatur der Kühlluft ab und erreicht zum Zeitpunkt tg einen Minimalwert.

Um die vom Verdampfer erzeugte Kühllufttemperaiur zu überwachen, ist ein Kühllufttemperatursensor 42 nahe dem Auslaß des Verdampfers 21 angeordnet. Wie erläutert, gibt der Kühllufttemperatursensor 42 das Kühllufttemperatursignal S_c an den Mikroporzessor 50 ab. Der Mikroprozessor leitet einen Korrekturwert für die Leerlaufgrunddrehzahl auf der Grundlage des Kühllufttemperatursignals Sp entsprechend der in Fig. 3 dargestellten Charakteristik ab.

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, wird während der Periode zwischen t₁ und t₂ , in der vom Verdampfer 21 maximale Leistung verlangt wird, der auf der Grundlage des Kühllufttemperatursignals abgeleitete Hochregelkorrekturwert

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maximal. Als Folge davon wird auch die Maschinendrehzahl maximal, d.h. auf einen Wert von beispielsweise 900 U/min eingestellt. Während der Periode zwischen t₂ und ■tg nimmt dieser Korrekturwert entsprechend der Abnahme des Kühllufttemperatursignalswerts S_c allmählich ab. Die Maschinendrehzahl wird daher allmählich bis auf die minimale Grunddrehzahl von beispielsweise 650 U/min vermindert. Wenn die Kühllufttemperatur den Zielwert tg erreicht, wird der Hochregelkorrekturwert gleich Null und die Maschinenleerlaufdrehzahl kehrt auf die Gründdrehzahl zurück.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verändert sich der Hochregelkorrekturwert mit der Ausgangstemperatur des Verdampfers, um einen unnötigen Kraftstoffverbrauch aufgrund eines Betriebs der Maschine bei maximaler, hochgeregelter Leerlaufdrehzahl zu vermeiden. Durch Aufrechterhaltung der Maschinendrehzahl bei niedrigeren Werten für längere Zeit kann auch Maschinengeräusch vermindert werden. Die Erfindung erfüllt daher al Ie Vorgaben und bringt die angestrebten Vorteile.

Claims

DR G BEZOLD p.. :«i» W MEISTER r» -INt; H HIlGERS. UiI-I iNi, NISSAN MOTOR COMPANY, LIMITED «H«^_mai.«

Yokohama-shi, Kanagawa-ken , """' ^ιί-^'™> -·««■*■'

U a p a Π BOOO MÜNCHEN 25

P 20 034-514/Ha

Leerlaufdrehzahlregelsystem für eine

Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine

Patentansprüche

My Leerlaufdrehzahlregel system für eine Brennkraftmaschine der, eine Klimaanlage zugeordnet ist, gekennzeichnet durch:

eine Maschinenleerlaufdrehzahl regeleinrichtung (60) mit einem elektrisch betätigten Stellglied (62) zum Einstellen der Leerlaufdrehzahl der Maschine,

einen ersten Sensor (52) zum Überwachen eines Grjndparameters der Leerlaufdrehzahl und zum Erzeugen eines ersten Sensorsignals, das den Steuerparameter für die Leerlaufgrunddrehzahl angibt, einen zweiten Sensor (40), der einer Kühlluftquelle (21) in der Klimaanlage zugeordnet ist, um die Ausgangslufttemperatur der KühlluftquelIe (21) zu ermitteln und ein zweites Sensorsignal zu erzeugen, das die Kühlluftausgangstemperatur angibt und einen Regler (50), der eine Leerlaufgrunddrehzahl

ableitet auf der Grundlage des ersten Sensorsignals und ein Grundregelsignal ableitet, das die Leerlaufgrunddrehzahl angibt und der einen Korrekturwert für die Leerlaufgrunddrehzahl auf der Grundlage des zweiten Sensorsignals ableitet, welcher Korrekturwert mit dem zweiten Sensorsignalwert variiert, und der fernerhin das Grundregel signal durch den Korrekturwert so modifiziert, daß ein modifiziertes Regelsignal zum Steuern des Stellgliedes (62) abgeleitet wird derart, daß die Maschinenleerlaufdrehzahl auf eine Drehzahl eingestellt wird, die der um den Korrekturwert modifizierten Leerlaufgrunddrehzahl entspricht.
2. Leerlaufdrehzahlregelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der zweite Sensor (40) stromabwärts von der Kühlluftquel1e (21) in einem Klimakanal (10, 20, 30) angeordnet ist.
3. Leerlaufdrehzahlregelsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leerlaufdrehzahlregeleinrichtung (60) ein Hi Ifsluftsteuerventil enthält, das innerhalb einer Hi If siuftzuführleitung eines Lufteinlaßsystems der Maschine angeordnet ist.
4. Leerlaufdrehzahlregel system nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet ,daß die Leerlaufdrehzahlregeleinrichtung (60) ein Kraftstoffzuführsteuerhebel in einer Kraftstoffeinspritzpumpe in einem Kraftstoffzuführkreis der Maschine ist.
5. Leerlaufdrehzahlregelsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Leerlaufregeleinrichtung ein schwenkbares Drosselventil umfaßt.
6. Verfahren zum Regeln der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, das mit einer Kliraanlage ausgerüstet ist, die von der Brennkraftmaschine betrieben wird, gekennzeichnet durch folende Schritte:

Überwachen eines ersten Leerlaufregelparameters der Maschine,

Überwachen der Ausgangstemperatur einer Kühlluftquelle in der Klimaanlage,

Ableiten einer Leerlaufgrunddrehzahl auf der Grundlage des ersten Leerlaufregelparameters,

Ableiten eines Korrekturwertes für die Leerlaufgrunddrehzahl auf der Grundlage der KühlluftquelIe,

Modifizieren der Leerlaufgrunddrehzahl mit Hilfe des Korrekturwertes, um eine Endgrunddrehzahl abzuleiten und

Regeln der Leerlaufgrunddrehzahl auf die Leerlaufenddrehzahl .