PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE19621767C2 27.06.2002
Titel Verfahren zum Ermitteln eines Lastsignals einer Brennkraftmaschine
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Fischer, Gerhard, 93142 Maxhütte-Haidhof, DE;
Mader, Ralph, 93053 Regensburg, DE
DE-Anmeldedatum 30.05.1996
DE-Aktenzeichen 19621767
Offenlegungstag 04.12.1997
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 27.06.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.06.2002
IPC-Hauptklasse F02D 9/00
IPC-Nebenklasse F16H 59/24   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Lastsignals einer Brennkraftmaschine gemäß Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Ein derartiges Lastsignal enthält eine Information über die Last an einer Brennkraftmaschine und gleichzeitig über einen Fahrerwunsch bezüglich des Beschleunigungsverhaltens eines Kraftfahrzeugs. Mit der Last wird das indizierte Drehmoment der Brennkraftmaschine abzüglich eines Verlustdrehmoments jeweils bezogen auf die Drehzahl der Kurbelwelle bezeichnet. Das Verlustdrehmoment muß von der Brennkraftmaschine aufgebracht werden für den Antrieb von Aggregaten und um Reibungsverluste in der Brennkraftmaschine zu kompensieren. Die Aggregate sind zum zum Beispiel ein Generator oder ein Kompressor einer Klimaanlage.

Eine aus der betrieblichen Praxis bekannte Vorrichtung zum Einstellen der Last weist in einem Ansaugkanal eine Drosselklappe auf, die mechanisch mit einem Fahrpedal gekoppelt ist. Bei einem Betätigen des Fahrpedals, wird die Drosselklappe in einem vorgegeben Verhältnis zur Änderung der Lage des Fahrpedals verschwenkt. Die Lage der Drosselklappe wird im folgenden als ihr Öffnungswinkel bezeichnet.

Desweiteren ist ein Bypass zu der Drosselklappe vorgesehen, in dem ein Steller angeordnet ist, der insbesondere zum Regeln der Luftzufuhr im Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine, das heißt wenn die Drosselklappe den Ansaugkanal weitgehend verschließt, verwendet wird. Die Luftzufuhr durch den Bypass wird so geregelt, daß die Reibungsverluste in der Brennkraftmaschine kompensiert werden und ein ausreichendes Drehmoment zum Antreiben der Aggegate zur Verfügung gestellt wird.

Bei einer derartigen Vorrichtung entspricht demnach der Öffnungswinkel der Drosselklappe der Last und dem Fahrerwunsch. So wird der Öffnungswinkel als Lastsignal verwendet.

Eine weitere bekannte Vorrichtung (DE 41 00 381 A1) zum Einstellen der Last weist in einem Ansaugkanal eine Drosselklappe auf, die mit einer Welle verbunden ist und mechanisch mit einem Fahrpedal gekoppelt ist. Zwischen dem Fahrpedal und der Welle ist ein erster Freilauf vorgesehen. Ein Antrieb ist mechanisch mit der Drosselklappe gekoppelt. Zwischen dem Antrieb und der Welle ist ein zweiter Freilauf vorgesehen. Der zweite Freilauf weist einen verstellbaren Anschlag auf, der mit dem Antrieb verbunden ist. Durch die Lage des Anschlags ist ein Leerlauf-Öffnungswinkel der Drosselklappe vorgegeben. Die Drosselklappe ist demnach mindestens um den Betrag des Leerlauf-Öffnungswinkels aus der Lage verschwenkt, in der sie den Ansaugkanal verschließt. Dadurch ist sichergestellt, daß die Luftzufuhr und die zugeordnete Kraftstoffzufuhr zu den Zylindern ausreicht, um die Reibungsverluste in der Brennkraftmaschine zu kompensieren und ein ausreichendes Drehmoment zum Antreiben der Aggregate zur Verfügung zu stellen.

Bei dieser Vorrichtung ist ein Leerweg des Fahrpedals vorhanden. Die Drosselklappe wird erst dann durch ein Betätigen des Fahrpedals verschwenkt, wenn das Fahrpedal derart durchgetreten wird, daß ein zugeordneter Ist-Öffnungswinkel der Drosselklappe größer ist als der Leerlauf-Öffnungswinkel.

Ein mit dem Antrieb wirkverbundenes Potentiometer erfaßt einen Leerlauf-Öffnungswinkel der Drosselklappe, der durch den den Anschlag vorgegeben ist. Ein mit der Drosselklappe wirkverbundenes weiteres Potentiometer erfaßt einen Spannungshub, der das Verlassen der durch den Anschlag vorgegebenen Leerlauf-Position der Drosselklappe indiziert und aus dem ein Öffnungswinkel der Drosselklappe bezogen auf die durch den Anschlag vorgegebene Leerlauf-Position der Drosselklappe abgeleitet wird.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches Verfahren anzugeben mit dem ein Lastsignal für die bekannte Vorrichtung ermittelt wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Lösung hat den Vorteil, daß das Lastsignal den Anteil des Öffnungswinkels einer Drosselklappe repräsentiert, der einer Last entspricht, die an einer Kupplung oder an einer Wandlerüberbrückungskupplung anliegt. Ein weiterer Vorteil der Lösung ist, daß das Lastsignal den Fahrerwunsch repräsentiert, da es auch in Abhängigkeit von einer zweiten Differenz des maximalen Öffnungswinkels und des Leerlauf-Öffnungswinkels ermittelt wird. Dabei wird das Lastsignal aus dem Verhältnis von einer ersten Differenz des Ist- Öffnungswinkels und des Leerlauf-Öffnungswinkels zu der zweiten Differenz ermittelt. Dies hat den Vorteil, daß das Lastsignal auf den durch ein Fahrpedal beeinflußbaren Bereich des Ist-Öffnungswinkels normiert ist.

Weitere Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Brennkraftmaschine zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 einen vertikalen Schnitt durch die Brennkraftmaschine längs der durch Pfeile markierten Linie I-I' in Fig. 1,

Fig. 3 ein Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 4 ein Lastsignal LS aufgetragen über einen Ist- Öffnungswinkel αI einer Drosselklappe und

Fig. 5 ein zweites Flußdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion tragen figurenübergreifend diesselben Bezugszeichen.

Eine Brennkraftmaschine (Fig. 1 und 2) weist einen Saugstutzen 1 auf, in dem eine Drosselklappe 2 schwenkbar auf einer Welle 3 angeordnet ist. Ein Fahrpedal 5 ist über einen Bowdenzug 6 mit einem Stellelement 7 verbunden. Das Stellelement 7 ist über einen ersten Freilauf 9 mit der Welle 3 gekoppelt und demnach auch mit der Drosselklappe 2 gekoppelt. Der erste Freilauf 9 weist einen Mitnehmer 9a und einen ersten Hebel 9b auf, wobei der Mitnehmer 9a mit dem Stellelement 7 verbunden ist und der erste Hebel 9b mit der Welle 3 verbunden ist. Liegt der erste Hebel 9b an dem Mitnehmer 9a an, so folgt eine Bewegung der Drosselklappe 2 einer Bewegung des Fahrpedals 5.

Ein Antrieb 10 weist eine Antriebswelle 10a auf, die über einen zweiten Freilauf 11 mit der Welle 3 und demnach mit der Drosselklappe 2 gekoppelt ist. Der zweite Freilauf 11 weist einen Anschlag 11a auf, der mit der Antriebswelle 10a verbunden ist, und einen zweiten Hebel 11a, der mit der Welle 3 verbunden ist. Durch die Lage des Anschlages 11a ist bei einem Anliegen des zweiten Hebels 11b des zweiten Freilaufs 11 ein Leerlauföffnungswinkel αLL der Drosselklappe 3 vorgegeben. Der Leerlauf-Öffnungswinkel αLL ist derjenige Winkel, aus dem die Drosselklappe 2 bei einem Anliegen des zweiten Hebels 11b an dem Anschlag 11 aus derjenigen Lage verschwenkt ist, in der sie den Saugstutzen 1 verschließt.

Auf der Welle 3 ist ein erster Winkelgeber 13 angeordnet, der einen Ist-Öffnungswinkel αI der Drosselklappe 2 erfaßt. Der Ist-Öffnungswinkel αI ist derjenige Winkel, aus dem die Drosselklappe 2 aus derjenigen Lage verschwenkt ist, in der sie den Saugstutzen 1 verschließt. Auf der Antriebswelle 20a ist ein zweiter Winkelgeber 14 angeordnet, der den Leerlauföffnungswinkel αLL der Drosselklappe 2 erfaßt. Der Leerlauföffnungswinkel αLL kann ebenso aus einem Ansteuersignal für den Antrieb 10 ermittelt werden.

Der Saugstutzen 1 ist mit einem Zylinder 16 verbunden, in dem ein Kolben angeordnet ist. Der Kolben 17 ist über eine Pleuelstange 18 mit einer Kurbelwelle 19 gekoppelt. Die Kurbelwelle 19 ist über eine Wirkverbindung an ein Automatikgetriebe 21 geführt. Die Wirkverbindung ist beispielsweise als Wandlerüberbrückungskupplung ausgebildet (nicht dargestellt). Das Automatikgetriebe 21 weist abtriebsseitig eine Abtriebswelle 22 auf.

Ein Kurbelwellensensor 23 erfaßt die Drehzahl der Kurbelwelle. Die Drehzahl der Kurbelwelle 19 steht in einem durch das Automatikgetriebe 21 vorgegebenen Verhältnis zu der Drehzahl der Abtriebswelle 22.

Desweiteren weist die Brennkraftmaschine eine Steuereinrichtung 24 auf, die elektrisch leitend verbunden ist mit dem ersten Winkelgeber 13, dem zweiten Winkelgeber 14 und dem Kurbelwellensensor 23. Sie ist ferner versehen mit einem nicht dargestellten Speicher, in dem ein maximaler Öffnungswinkel αM gespeichert ist. Der maximale Öffnungswinkel αM ist der Winkel, um den die Drosselklappe bei voll durchgetretenem Fahrpedal aus derjenigen Lage verschwenkt ist, in der sie den Saugstutzen 1 verschließt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Ermitteln eines Lastsignals wird nachfolgend näher erläutert.

Die Steuereinrichtung 24 ermittelt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Lastsignal. Die Steuereinrichtung 24 ist elektrisch leitend mit einer elektronischen Getriebesteuerung 25 verbunden. Die elektronische Getriebesteuerung 25 ermittelt in Abhängigkeit von dem Lastsignal LS einen Schaltpunkt des Automatikgetriebes 21. Sie ist über eine Steuerleitung mit dem Automatikgetriebe 21 elektrisch leitend verbunden, in dem abhängig von einem Steuersignal der Getriebesteuerung 25 ein entsprechender Gang des Getriebes eingelegt ist. Das Lastsignal LS kann auch einer anderen Steuervorrichtung, wie zum Beispiel einer Antriebsschlupfregelung, zugeführt werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Ermitteln des Lastsignals LS werden folgende Schritte ausgeführt (Fig. 3):

In dem Schritt S1 wird das Verfahren gestartet. In dem Schritt S2 wird der aktuelle Ist-Öffnungswinkel αI der Drosselklappe 2 erfaßt. In dem Schritt S3 wird der aktuelle Leerlauf-Öffnungswinkel αLL der Drosselklappe 2 erfaßt. In dem Schritt S4 wird der maximale Öffnungswinkel αM aus dem Speicher der Steuereinrichtung 24 eingelesen.

Im Schritt S5 wird eine erste Differenz D1 (D1 = αI - αLL) des Ist-Öffnungswinkel αI und des Leerlauf-Öffnungswinkels αLL gebildet. Sie repräsentiert den Winkel, um den die Drosselklappe 2 aus ihrer Lage im Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine verschwenkt ist.

Im Schritt S6 wird eine zweite Differenz D2 (D2 = αM - αLL) des maximalen Öffnungswinkel αM und des Leerlauf-Öffnungswinkels αLL ermittelt. Die zweite Differenz D2 entspricht dem Winkelbereich, in dem die Drosselklappe abhängig von der Position des Fahrpedals eingestellt werden kann.

In dem Schritt S7 wird dem Lastsignal der Quotient der ersten Differenz D1 und der zweiten Differenz D2 multipliziert mit einem Wichtungsfaktor FAK zugewiesen. Ist dem Wichtungsfaktor FAK ein Maximalwert des Lastsignals LSmax zugeordnet, so weist das Lastsignal einen Wertebereich zwischen 0 und dem Maximalwert des Lastsignals LSmax (zum Beispiel LSMAX = 1) auf.

Es ist auch vorteilhaft, wenn das Lastsignal LS einen Wertebereich zwisch einem Minimalwert des Lastsignals LSMIN und dem Maximalwert des Lastsignals LSMAX aufweist. Demnach wird in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung im Schritt 7 das Lastsignal nach folgender Formel ermittelt:





Das Lastsignal LS wird beispielsweise als pulsbreitenoduliertes Signal an die Getriebesteuerung 25 übermittelt. Im Schritt S8 wird das Verfahren beendet.

In Fig. 4 ist das Lastsignal LS in Abhängigkeit von dem Ist- Öffnungswinkel αI der Drosselklappe 2 für einen ersten Leerlauföffnungswinkel αLL1 (durchgezogene Linie) und einen zweiten Leerlauf-Öffnungswinkel αLL2 (gestrichelte Linie) dargestellt. Dem Lastsignal LS ist für alle Werte des Ist- Öffnungswinkels αI, die kleiner sind als der Leerlauf- Öffnungswinkel αLL, der Minimalwert des Lastsignals LSmin (zum Beispiel LSminθ) zugeordnet, da der IST-Öffnungswinkel αI der Drosselklappe 2 bei einem Anliegen des zweiten Hebels 11b an dem Anschlag 11a auf den jeweiligen Leerlauföffnungswinkel αLL (in Fig. 4 αLL1 oder aLL2) begrenzt ist. Demnach hat das Lastsignal LS im Leerlauf der Brennkraftmaschine immer den Minimalwert des Lastsignals LSmin, unabhängig davon, welchen Wert der Leerlauf-Öffnungswinkel αLL aufweist. Dies ist ein Vorteil, da in der elektronischen Getriebesteuerung 25 der Leerlauf sicher erkannt werden muß.

Für Werte des Ist-Öffnungswinkels αI zwischen dem Leerlauf- Öffnungswinkel αLL und dem maximalen Öffnungswinkel αM steigt der Wert des Lastsignals LS linear auf den Maximalwert des Lastsignals LSmax bei dem maximalen Öffnungswinkel αM an. Somit kann in der elektronischen Getriebesteuerung 25 auch der Vollastbetrieb der Brennkraftmaschine unabhängig von dem Leerlauf-Öffnungswinkel αLL erkannt werden, da das Lastsignal LS bei dem maximalen Öffnungswinkel αM der Drosselklappe 2 immer den Maximalwert des Lastsignals LSmax annimmt. Das Lastsignal LS repräsentiert demnach den Fahrerwunsch, der bezogen ist auf den ihm zur Verfügung stehenden Verstellbereich der Drosselklappe 2. Abhängig von dem Wert des Lastsignals LS und von einem Drehzahlsignal des Kurbelwellensensors 23 wird dann aus einem Kennfeld ein Gang für das Automatikgetriebe ausgelesen.

In Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des in Fig. 3 beschriebenen Verfahrens dargestellt. In einem Schritt S4a wird überprüft, ob ein Ist-Öffnungswinkel αI der Drosselklappe größer ist als ein maximaler Öffnungswinkel αM. Ist dies der Fall, so wird in den Schritt S4b verzweigt, indem dem maximalen Öffnungswinkel αM der Ist-Öffnungswinkel αI zugewiesen wird. Dieser Wert wird in dem Speicher der Steuereinrichtung 24 gespeichert. Dadurch kann der maximale Öffnungswinkel αM beim Betrieb der Brennkraftmaschine angepaßt werden. So können Änderungen durch die Alterung der Bauteile berücksichtigt werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum Ermitteln eines Lastsignals (LS) einer Brennkraftmaschine, wobei

    ein erster Winkelgeber angeordnet ist, der einen Ist- Öffnungswinkel (αI) einer Drosselklappe (2) erfaßt,

    ein zweiter Winkelgeber angeordnet ist, der einen Leerlauf- Öffnungswinkel (αLL) der Drosselklappe (2) erfaßt, der durch die von einem Stellantrieb eingestellte Lage eines Anschlags vorgegeben ist,

    ein maximaler Öffnungswinkel (αM) der Drosselklappe (2) ermittelt wird und

    eine erste Differenz (D1) des Ist-Öffnungswinkels (αI) und des Leerlauf-Öffnungswinkels (αLL) und

    eine zweite Differenz (D2) des maximalen Öffnungswinkels (αM) und des Leerlauf-Öffnungswinkels (αLL)

    gebildet wird und

    bei dem das Lastsignal (LS) nach folgender Formel ermittelt wird:





  2. 2. Verfahren zum Ermitteln eines Lastsignals (LS) nach Anspruch 1, bei dem das Lastsignal (LS) nach folgender Formel ermittelt wird:





    wobei FAK ein Wichtungsfaktor ist.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Lastsignal (LS) zur Ermittlung eines Schaltpunktes für ein Automatikgetriebe (21) in einer elektronischen Getriebesteuerung (25) verwendet wird.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com