Vorrichtung zur Steuerung einer Betriebskenngröße einer

Brennkraftmaschine

Stand der Technik

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Steuerung einer Betriebskenngröße einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung zur Steuerung einer Betriebskenngröße ei¬ ner Brennkraftmaschine ist aus der US-PS 46 35 607 bekannt. Dort wird ein Kraftstoffzumeßsystem vorgestellt, mit einem Stellglied zur Beeinflussung der Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine, wobei Mittel vorhanden sind, die einen sicherheitskritischen Fahrzustand durch Überprüfen des Ansteuersignais des luftbeeinflussenden Stellglieds auf Grenzwerte und ferner ein Sägen der Leerlaufdrehzahl durch Über¬ prüfung des Drehzahlverlaufs erkennen und bei Vorliegen eines si¬ cherheitskritischen Fahrzustandes die Bedingung für die Kraftstoff¬ abschaltung derart modifizieren, daß sie linear drehzahlabhängig an¬ steigend noch für Drosselklappenöffnungen bis zu 5° gültig ist.

Ferner ist aus der DE-OS 28 01790 bekannt, nach Beendigung des Schubbetriebs durch Öffnen des Leerlaufkontakts die Kraftstoffmenge nach einer wählbaren Zeitfunktion hochzusteuern. Dies ermöglicht einen weichen Übergang in den normalen Fahrbetrieb.

Ferner ist aus der DE-OS 28 39 467 bekannt, einen Defekt des Stell¬ gliedes zur Führungssteuerung durch Überprüfung von Stellerposition und Gaspedalposition festzustellen. Er wird dann ageno men, wenn sich das Fahrpedal in Leerlaufstellung und das Stellglied, insbeson¬ dere die Drosselklappe, außerhalb ihrer Leerlaufposition befindet. Liegt ein solcher Defekt vor, so wird zur Drehzahlerniedrigung die Kraftstoffzufuhr abgeschaltet. Lenkt der Fahrer das Fahrpedal wieder aus seiner Leerlaufposition aus, wird die Abschaltung der Kraft¬ stoffzufuhr aufgegeben, um sicherheitskritische Fahrzustände zu ver¬ meiden. Dadurch kann die Drehzahl der Brennkraftmaschine wieder er¬ höht werden.

Nachteilig ist jedoch, daß es beim Gasgeben durch den plötzlichen Drehmomentensprung zu einer ungewollten Fahrzeugbeschleunigung kom¬ men kann, so daß der Fahrer der Situation möglicherweise nicht mehr gewachsen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung zur Steuerung einer Betriebskenngröße einer Brennkraftmaschine der ein¬ gangs genannten Art das Fahrverhalten beim Übergang vom Leerlaufbe¬ trieb in den Fahrbetrieb zu verbessern und sicherheitskritische Fahrzustände zu verhindern.

Ferner ist aus der DE-OS 31 34 991 ein Verfahren zur Steuerung des Kraftstoffzu eßsystems einer Brennkraftmaschine im Schubbetrieb be¬ kannt. Dort wird die Ist-Drehzahl mit einem vorgegebenen Drehzahl¬ schwellwert verglichen, der von einem hohen Ausgangswert nach einer Zeitfunktion auf einen niedrigen Endwert zurückgenommen wird. Befin¬ det sich die Ist-Drehzahl oberhalb dieser Drehzahlschwelle, wird die Kraftstoffzufuhr abgeschaltet. Im umgekehrten Fall, wenn die Dreh¬ zahl kleiner als dieser Drehzahlschwellwert ist, setzt die Kraft¬ stoffzufuhr wieder ein. Der Übergang von Schubbetrieb in den norma¬ len Betriebszustand wird in diesem Stand der Technik nicht beschrie¬ ben.

Im folgenden werden unter dem Begriff Leerlaufzustand alle die Be- triebszustände verstanden, bei denen Fahrpedal oder Drosselklappe in ihrer LeerlaufStellung sind, insbesondere der Schubbetrieb.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung verbessert das Fahrverhalten bei einer Brennkraftmaschine bei einem Fehlerzustand des den Luftdurch¬ satz steuernden Stellgliedes, seiner Ansteuereinrichtungen und -lei- tungen und seiner Rückmeldungseinrichtungen und -leitungen beim Übergang vom Leerlaufzustand in normalen Fahrbetrieb durch Steuerung einer Drehzahlbegrenzung durch Kraftstoff bschaltung nach einer vor¬ gegebenen Zeitfunktion. Ein sicherheitskritischer Momentensprung, der unter bestimmten Betriebsbedingungen auftreten kann, wird wirk¬ sam verhindert.

Insbesondere ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in der Lage bei obengenanntem Fehlerfall, sicherheitskritische Fahrzustände zu be¬ herrschen und einen sicheren Betrieb der Brennkraftmaschine auf¬ rechtzuerhalten. Die Erfindung geht davon aus, daß im Fehlerfall nur dann ein sicherheitskritischer Fahrzustand zu erwarten ist, wenn im Leerlaufzustand die Drehzahl um den vorgegebenen Drehzahlschwellwert für die Kraftstoffabschaltunmg pendelt.

Ferner kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch außerhalb eines Fehlerfalls, insbesondere nach dem Schubbetrieb, angewendet werden. Dabei wird unter Kraftstoffabschaltung auch das Ausblenden einzelner Einspritzimpulse verstanden.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich in Verbindung mit den Unteransprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfüh¬ rungsbeispieles.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen darge¬ stellten Ausführungsform erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Übersichtsdarstellung der erfindungsgemäßen Ein¬ richtung und Fig. 2 mögliche Drehzahlverläufe beim Auftreten der oben beschriebenen Fehler und wirksamer Kraftstoffabschaltung ober¬ halb einer Drehzahlschwelle. Die Figuren 3a und b stellen einen mög¬ lichen Verlauf der Drehzahlbegrenzung in Abhängigkeit der Stellung der Drosselklappe bzw. des Fahrpedals dar.

Beschreibung eines Ausführungsbeispieles

Fig. 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 10, mit wenigstens einem Kraft- stoffeinspritzventil 11, ein Ansaugrohr 12, in dem sich eine Dros¬ selklappe 13 mit einem Drosselklappenpositionsgeber 13a, eine die Drosselklappe anstellende Stelleinrichtung 14 und ein Leerlaufschal¬ ter 14a befindet. Die dargestelle Vorrichtung weist außerdem einen Drehzahlsensor 17 und einen Positionsgeber 18 eines die Drossel¬ klappe 13 steuernden Fahrpedals 19 auf, dem ein Schalter für die Nullstellung des Fahrpedals zugeordnet ist. Ein Steuergerät 20 emp¬ fängt über seine Eingänge 31 die Ist-Drehzahl vom Drehzahlsensor 17 über 33 das Leer1aufsignal und über 34 die Drosselklappenposition vom Drosselklappenpositionsgeber 13a. Das Leerlaufsignal kann alter¬ nativ vom Leerlaufschalter 14a oder vom Fahrpedalpositionsgeber 18 abgenommen werden, wie in Fig. 1 symbolisch durch die Schalteinheit 53 dargestellt ist, über die der Eingang 33 des Steuergeräts 20 mit diesen Gebern 14a und 18 verknüpft ist.

Über seine Ausgänge 36 und 37 werden die Betriebskenngrößen Kraft¬ stoffmenge über eine entsprechende Ansteuerung für wenigstens ein Einspritzventil 11 und des Leerlauf-Luftdurchsatzes über die Stell¬ einrichtung 14 der Drosselklappe 13 gesteuert.

Das Steuergerät 20 besteht im wesentlichen aus einer Einrichtung 40 zur Erkennung eines sicherheitskritischen Fahrzustandes, einer Feh¬ lererkennungsschaltung 41, einer Berechnungseinheit für die Kraft¬ stoffmenge 42, einer Einrichtung 43 zur Bestimmung des Drehzahl¬ schwellwertes für die Kraftstoffabschaltung und einer Berechungsein- heit 44 für die Betätigung der Stelleinrichtung 14, die einzelnen Bereichen des Steuergeräts zugeordnet sind.

Die Eingangssignale der Einrichtung 40 zur Erkennung eines sicher¬ heitskritischen Fahrzustandes sind Drehzahl und ein ein über die Zu¬ leitung 50 vorgegebener Drehzahlschwellwert. Ferner ist die Einrich¬ tung 40 mit einem Zeitglied 51 verbunden. Der Ausgang dieser Ein¬ richtung 40 wird über ein UND-Verknüpfungsglied 52 mit der Einrich¬ tung 43 zur Bildung des Drehzahlbegrenzungswert verknüpft. Der zwei¬ te Eingang des UND-Verknüpfungsgliedes 52 empfängt über den Eingang 33 das Leerlaufsignal.

Die Fehlererkennungsschaltung 41 verarbeitet als Eingangssignale Leerlaufsignal, das Ausgangssignal der Berechnungseinheit 44 und Drosselklappenposition. Ihr einziger Ausgang ist mit der Einrichtung 43 zur Bildung des Drehzahlbegrenzungswertes und über eine UND-Ver- knüpfung 51a mit dem Leerlaufsignal mit dem Zeitglied 51 verbunden. Die Einrichtung 43 hat neben den oben beschriebenen Eingangssignalen über eine Zuleitung 54 ein weiteres Eingangssignal, das verschiedene Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine berücksichtigt. Der Aus¬ gang der Einrichtung 43 ist über eine Vergleichseinrichtung 55 mit einem UND-Verknüpfungsglied 56 verbunden. Der zweite Eingang der Vergleichseinrichtung 55 behält das Drehzahlsignal vom Eingang 31. Drehzahl und Drosselklappenposition werden der Berechnungseinheit 42 für das Kraftstoffzumeßsignal zugeführt, deren Ausgang mit dem zwei¬ ten Eingang des UND-Verknüpfungsgliedes 56 verbunden ist. Die Zulei¬ tung 57 der Berechnungseinheit 42 stellt weitere Betriebskenngrößen dar, die zur Berechnung des Kraftstoffzumeßsignals benötigt werden.

Darunter wird insbesondere Temperatur und Abgaszusammensetzung ver¬ standen. Die Berechnungseinheit 44 bildet aus Leerlaufsignal und Drehzahl das Ansteuersignal für die Stelleinrichtung 14. Über eine Zuleitung 58 werden der Berechnungseinheit 44 weitere Betriebskenn¬ größen, wie aus Leerlaufregelungen bekannt, zugeführt. Der Ausgang des UND-Verknüpfungsgliedes 56 ist mit dem Ausgang 36 des Steuerge¬ rätes 20 und damit mit dem Kraftstoffventil 11 der Brennkraftma¬ schine, der Ausgang der Berechnungseinheit 44 über den Ausgang 37 des Steuergerätes 20 mit der Stelleinrichtung 14 verbunden.

Die Einrichtung 40 wird durch die Fehlererkennungsschaltung 41 und durch das Leerlaufsignal vom Eingang 33 aktiviert und überprüft durch einen Vergleich der Drehzahl mit einem vorgegebenen Schwell¬ wert den Drehzahlverlauf der Brennkraftmaschine. Die Einrichtung 40 erkennt während vorgegebenen Zeitabschnitten, die von dem Zeitglied 51 bestimmt werden, aus den Vergleichsergebnissen, ob Drehzahlen größer und kleiner als der Drehzahlschwellwert vorkommen. Befindet sich die Brennkraftmaschine im Leerlaufzustand, der durch das Ver- knüpfungsglied 52 berücksichtigt wird, das als zweite Eingangsgröße das Leerlaufsignal verwertet, so wird in Abhängigkeit des Ergebnis¬ ses der Überprüfung des Drehzahlverlaufes in der Einrichtung 40 die Einrichtung 43 zur Bestimmung des Drehzahlbegrenzungswertes ange¬ wählt.

Die Fehlererkennungsschaltung 41 stellt abnormale Betriebszustände abhängig von Drosselklappenposition, Größe des Ansteuersignais für die Stelleinrichtung 14 und Leerlaufsignal fest. Dabei wird die Drosselklappenposition mit einem berechneten Sollwert verglichen. So können alle die Fehler berücksichtigt werden, bei denen sich die Öffnung des Luftdurchsatzstellgliedes 13 nicht mehr zurücknehmen läßt, und somit unzulässig groß bleibt. Bei erkanntem Fehlerfall ak¬ tiviert die Fehlererkennungsschaltung 41 die Einrichtung 43 zur Bil¬ dung des Drehzahlbegrenzungswertes und über die UND-Verknüpfung 51a und das Zeitglied 51 die Einrichtung 40.

Fig. 2 stellt die denkbaren Drehzahlverläufe im Leerlaufzustand der Brennkraftmaschine im Fehlerfall dar. Der vorgegebene Drehzahlwert, in Fig. 2 mit n bezeichnet, welcher der Einrichtung 40 über die Zuleitung 50 zugeführt wird, wird so groß gewählt, daß er oberhalb der normalen Drehzahl liegt. Wie in Fig. 2a dargestellt, kann die Drehzahl während des von dem Zeitglied 51 vorgegebenen Zeitabschnit¬ tes ständig unterhalb des Drehzahlschwellwertes 50 liegen. Der er¬ kannte Fehler wirkt sich in diesem Fall nicht gravierend auf die Drehzahl aus, d.h. die Öffnung des Stellgliedes 13 ist z.B. nicht unzulässig weit, oder der Motor ist durch mechanische oder elektri¬ sche Verbraucher stark belastet. Beim Übergang aus dem Leerlaufzu- stand in einen anderen Betriebszustand der Brennkraftmaschine ist also kein sicherheitskritisches Verhalten zu erwarten. Die Einrich¬ tung 43 wird also in diesem Fall außerhalb des Leerlaufzustandes ab¬ geschaltet. In Fig. 2b ist die Drehzahl ständig größer als der Dreh¬ zahlschwellwert. Aus diesem Drehzahlverlauf bei Kraftstoffabschal- tung wird auf Schubbetrieb geschlossen. Die erfindungsgemäße Ein¬ richtung 43 ist auch hier außerhalb des Leerlaufzustandes nicht ak¬ tiv, da ein sofortiges Anbinden ohne Momenteneinbruch erwünscht ist. Somit liegt nur dann ein sicherheitskritischer Fahrzustand vor auf¬ grund der Kraftstof abschaltung oberhalb der Drehzahlschwelle, wenn die Drehzahl, wie in Fig. 2c dargestellt, um den Drehzahlschwellwert pendelt. In diesem Fall muß die erfindungsgemäße Einrichtung 43 auch außerhalb des Leerlaufzustandes einen Drehzahlbegrenzungswert lie¬ fern. Die Einrichtung 43 gibt also einen Drehzahlbegrenzungswert bei Öffnen des LeerlaufSchalters dann ab, wenn im Leerlaufzustand ein Fehlererkennungssignal der Schaltung 41 vorliegt und die Einrichtung 40 zusätzlich ein Pendeln der Drehzahl um den Drehzahlschwellwert 50 erkannt hat.

Fig. 3b zeigt den Verlauf des Drehzahlbegrenzungswertes in und au¬ ßerhalb des Leerlaufzustandes, wenn der letztgenannte Fall auftritt. Wird also, wie in Fig. 3a, zum Zeitpunkt t der LeerlaufSchalter

geöffnet oder das Fahrpedal ausgelenkt, so hebt die Einrichtung 43 den Drehzahlbegrenzungswert geringfügig an und steuert ihn einer Zeitfunktion folgend hoch. Ein Grenzwert bestimmt den maximalen Drehzahlbegrenzungswert. In Fig. 3b ist als Zeitfunktion eine Ram¬ penfunktion dargestellt.

Die Vergleichseinrichtung 55 vergleicht ständig den Drehzahlbegren¬ zungswert mit der Drehzahl und schaltet über das Verknüpfungsglied 56 die Kraftstoffzufuhr ab, wenn die Drehzahl größer als der Dreh¬ zahlbegrenzungswert ist, und schaltet den Kraftstoff zu, wenn die Drehzahl unter den Drehzahlbegrenzungswert absinkt.

Im folgenden werden vorteilhafte Ergänzungen und Erweiterungen der erfindungsgemäßen Einrichtung beschrieben.

Neben der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform, die lediglich aus- Ubersichtlichkeitsgründen gewählt wurde, kann die beschriebene Vor¬ gehensweise auch in einem Rechner realisiert sein.

Zur Erweiterung der Fehlererkennung kann in der erfindungsgemäßen Einrichtung zusätzlich ein Luftmassenmesser 60, der ein Luftmassen¬ signal 61 an die Fehlererkennungsschaltung 41 und an die Berech¬ nungseinheit 42 der Kraftstoffzumeßung abgibt, verwendet werden. Au¬ ßerdem kann noch das Drehzahlsignal zur Fehlererkennung verarbeitet werden.

Ferner ist es möglich, statt eines Drehzahlschwellwertes zwei ge¬ trennte Drehzahlschwellwerte mit dazwischenliegendem Drehzahlband für Kraftstoffabschaltung und -zuschaltung vorzugeben. Ein Drehzahl¬ pendeln wird dann erkannt, wenn Drehzahlwerte oberhalb und unterhalb dieses Drehzahlbandes auftreten.

Außerdem kann Drehzahlpendeln dadurch erkannt werden, daß alternie¬ rend positive und negative Drehzahlgradienten in Abhängigkeit eines vorgegebenen Grenzwertes und einer vorgegebenen Drehzahl festge¬ stellt werden.

Selbstverständlich ist die Zeitfunktion zur Hochsteuerung des Dreh¬ zahlgrenzwertes nicht auf die im Ausführungsbeispiel beschriebene Rampenfunktion begrenzt. So kann abhängig von den Betriebszuständen der Brennkraftmaschine jede beliebige Zeitfunktion realisiert wer¬ den. Insbesondere kann diese Zeitfunktion abhängig von Parametern wie Betätigungsgeschwindigkeit des Fahrpedals bzw. der Drosselklappe oder von der Fahrgeschwindigkeit sein. In Fig. 1 ist dies durch den zusätzlichen Eingang 54 der Einrichtung 43 zur Bestimmung des Dreh¬ zahlbegrenzungswertes berücksichtigt. Eine Abhängigkeit dieses Dreh¬ zahlbegrenzungswertes von der Betätigungsgeschwindigkeit des Fahrpe¬ dals bedeutet, daß die Brennkraftmaschine auch im Fehlerfall außer¬ halb des Leerlaufzustandes auf Fahrerwünsche reagiert.

In einer Erweiterung des Ausführungsbeispieles ist im Fehlerfall die Überprüfung des Drehzahlverlaufes unabhängig von der Stellung des LeerlaufSchalters 14a.

Außerdem kann durch generelle Vorgabe einer minimalen Wiederein- spritzdrehzahl und einer maximalen Abschneidedrehzahl ein Begrenzen des Notlaufbetriebes auf ein dadurch vorgegebenes Drehzahlband er¬ reicht werden.

Selbstverständlich umfaßt die erfindungsgemäße Einrichtung auch die Steuerung einer Betriebskenngröße einer Brennkraftmaschine mit Bypasskanal und eine den Luftdurchsatz in diesem Bypasskanal steuernde Stelleinrichtung.

Die erfindungsgemäße Einrichtung kann sinngemäß entsprechend des obigen Ausführungsbeispieles auch nach Schubbetrieb angewandt werden.

Ferner kann das Leerlaufsignal auch direkt vom Drosselklappenposi¬ tionsgeber 13a abgenommen werden.

Zusammenfassend wird festgestellt, daß die beschriebene Vorrichtung zuerst den Fehlerfall erkennt, dann den Drehzahlbegrenzungswert n im Leerlaufzustand aktiviert und danach auf einen sicherheitskriti¬ schen Fahrzustand prüft. Ist diese Prüfung positiv, wird die Dreh¬ zahlbegrenzung beim Übergang von Leerlaufzustand bzw. Schubbetrieb auf Fahrbetrieb erfindungsgemäß hochgesteuert.