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DE19937123C1 - Vorrichtung zur Einstellung der Drosselklappenstellung im Luftzuführungsbereich einer Brennkraftmaschine in Abhängigkeit eines Soll-Drehmoments - Google Patents

Vorrichtung zur Einstellung der Drosselklappenstellung im Luftzuführungsbereich einer Brennkraftmaschine in Abhängigkeit eines Soll-Drehmoments

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DE19937123C1 DE19937123A DE19937123A DE19937123C1 DE 19937123 C1 DE19937123 C1 DE 19937123C1 DE 19937123 A DE19937123 A DE 19937123A DE 19937123 A DE19937123 A DE 19937123A DE 19937123 C1 DE19937123 C1 DE 19937123C1
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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Einstellung der Drosselklappenstellung im Luftzuführungsbereich einer Brennkraftmaschine in Abhängigkeit eines Soll-Drehmoments vorgeschlagen, wobei eine Einrichtung, beispielsweise ein Schaltsaugrohr, wenigstens zwei Parameter abhängig umschaltbare Füllungsgrad beeinflussende Einstellungen besitzt. Jede dieser Einstellungen ist ein Motordrehzahl- und Füllungsgrad abhängiges oder Motordrehzahl- und Soll-Drehmoment abhängiges Kennfeld (12, 13) zur Vorgabe der Drosselklappenstellung zugeordnet, wobei ein Rampengenerator (24) zur Überführung des Vorgabewerts (sw1) des einen Kennfelds (12) in den Vorgabewert (sw2) des anderen Kennfelds (13) bei einer Umschaltung zwischen den entsprechenden Einstellungen vorgesehen ist. Durch diese Vorrichtung kann in einfacher und kostengünstiger Weise ohne großen zusätzlichen Aufwand an Prozessorleistung Drehmomentschwankungen bei Umschaltungen zwischen den Einstellungen weitgehend verhindert und dadurch eine Selbstbeschleunigung oder unkomfortables Ruckeln des Fahrzeugs eliminiert. Dabei bleibt das Fahrzeug bei Wirkungsgrad optimiertem Betriebspunkt immer dynamisch kontollierbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Einstellung der Drosselklappenstellung im Luftzuführungsbereich einer Brenn­ kraftmaschine in Abhängigkeit eines Soll-Drehmoments, wobei ei­ ne Einrichtung wenigstens zwei Parameter abhängige umschaltba­ re, den Füllungsgrad beeinflussende Einstellungen besitzt.
Eine z. B. aus der DE 44 04 063 A1 oder der DE-GM 89 14 049 be­ kannte Ausführung einer solchen Einrichtung ist ein sogenanntes Schaltansaugrohr, das beispielsweise zwei unterschiedlich lange Zuführungskanäle jeweils zu den einzelnen Zylindern der Brenn­ kraftmaschine besitzt. Im höheren Drehzahlbereich ist der kür­ zere Zuführungskanal wirksam, und im niedrigeren Drehzahlbe­ reich der längere, wobei die Umschaltung durch Betätigung einer Saugrohrklappe erfolgt. Die unterschiedlich langen Zuführungs­ kanäle bewirken auf der Basis von Resonanzeffekten einen ver­ besserten Füllungsgrad in den entsprechenden Drehzahlbereichen.
Da die Umschaltung zwischen dem kürzeren und dem längeren Zu­ führungskanal zu einem Drehmomentensprung führen würde, sind bereits Lösungen vorgeschlagen worden, um diesen zu verhindern. Ein Vorschlag basiert auf dem Prinzip eines Saugrohrmodells, mit Hilfe dessen die Füllungsgradänderung durch ein physikali­ sches Modell nachgebildet werden soll. Nachteilig daran ist der dazu erforderliche hohe Rechenaufwand sowie die Tatsache, daß Druckpulsationen, die einen großen Anteil an der Füllungsgrad­ änderung haben, nicht mit einbezogen werden können. Ein weite­ rer Vorschlag basiert auf einer Vorsteuerung mittels eines sin­ gulären Offsets, der aus einem Fahrpedal-/Drehzahl abhängigen Kennfeld ermittelt wird. Nachteilig an diesem Vorschlag ist zum einen die sprunghafte Änderung des Drosselklappenwinkels, die der realen Saugrohrdynamik kaum gerecht wird. Ruckelschwingun­ gen des Fahrzeugs können als Folge auftreten, und die Nichtbe­ rucksichtigung des jeweils aktuellsten Fahrpedalwerts bzw. der Umwelteinflüsse (Druck, Temperatur) während des Umschaltvor­ gangs kann ebenfalls zu unerwünschten Füllungsgradschwankungen führen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, mit der eine komfortablere Umschaltung ohne Ruckeln, Selbstbe­ schleunigen des Fahrzeugs und dergleichen bei geringem Zusatz­ aufwand an Prozessorleistung und Entwicklungskosten erreicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegen insbeson­ dere darin, daß Drehmomentenschwankungen bei Schaltvorgängen von Füllungsgrad beeinflussenden Einrichtungen die Saugrohr­ klappen in Schaltsaugrohren oder auch anderen Füllungsgrad be­ einflussenden Aktoren zur Zylinderabschaltung, Ventilsteuerung oder dergleichen weitgehend eliminiert werden. Ein komfortbe­ einträchtigendes Ruckeln des Fahrzeugs oder gar eine Selbstbe­ schleunigung beim Umschaltvorgang können wirksam verhindert werden. Dies wird durch eine extrem einfache und kostengünstige Lösung erreicht, die nur einen relativen geringen Aufwand an Prozessorleistung erforderlich macht. Das Fahrzeug bleibt dabei immer dynamisch kontrollierbar, d. h., der Drehmomentenwunsch des Fahrers oder anderer elektronischer Einrichtungen wird stets berücksichtigt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Wirkungsgrad optimierte Betriebspunkt nicht verlassen wird, z. B. ein Lambdawert von 1 und ein optimaler Zündwinkel werden beibehalten. Dies wird insbesondere auch dadurch erreicht, daß während des Umschaltvorganges für einen zeitlich begrenzten Zeitraum zwischen den beiden Kennfeldern gewichtet interpoliert wird.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Vorrichtung möglich.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in besonders vorteilhaf­ ter Weise bei einem Schaltsaugrohr mit Motordrehzahl abhängiger Umschaltung einer Saugrohrklappe angewendet werden.
Zur vorzugsweise linearen Überführung von einem Vorgabewert in den anderen, insbesondere während einer fest vorgebbaren Zeit­ dauer, sind in einer vorteilhaften schaltungsmäßigen Ausführung eine Subtrahierstufe zur Bildung der Differenz der Vorgabewerte und eine Multiplizierstufe zur Multiplikation des Differenz­ werts mit einer Rampenfunktion, wobei die Rampenfunktion je­ weils zwischen den Werten 0 und 1 abläuft und eine Addierstufe zur Addition des Ausgangswerts der Multiplizierstufe mit einem der Vorgabewerte vorgesehen.
Um ein häufiges Hin- und Herschalten im Drehzahlübergangsbe­ reich zu verhindern, sind die Umschaltvorgänge zwischen den Einstellungen zweckmäßigerweise Hysterese behaftet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dar­ gestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild nach einer Vorrich­ tung zur Einstellung der Drosselklappenstellung als Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 2 ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Drosselklappen­ bewegung während eines Umschaltvorgangs,
Fig. 3 ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Füllungsgradän­ derungen während eines Umschaltvorgangs,
Fig. 4 eine Schnittdarstellung durch ein Schaltsaugrohr mit zwei unterschiedlich langen Luftzuführungskanälen bei aktivem längeren Zuführungskanal und
Fig. 5 dieselbe Schnittdarstellung bei aktivem kürzeren Zufüh­ rungskanal.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wirkt ein von einem Fahrer eines Fahrzeugs betätigbares Fahrpedal 10 auf eine Funktionsstufe 11 ein, in der in bekannter Weise der vom Fahrer über das Fahrpedal übermittelte Drehmomentwunsch in eine Füllung bzw. einen Füllungsgrad t1 umgerechnet wird, die der Brennkraftmaschine zur Verfügung gestellt wird, und die dem Drehmomentwunsch entspricht. Durch gestrichelte Linien ist an­ gedeutet, daß auf die Funktionsstufe 11 in ebenfalls üblicher Weise noch weitere Funktionsstufen einwirken können, wie ein Fahrgeschwindigkeitsregler, ein Klopfschutzregler oder andere elektronische Regelsysteme zur Fahrzeugkontrolle. Eine interne Prioritätsregelung sorgt dafür, daß jeweils die wichtigste Vor­ gabe die Priorität erhält.
Das am Ausgang der Funktionsstufe 11 anliegende Signal für den Füllungsgrad t1 bzw. den Soll-Füllungsgrad wirkt auf zwei Dreh­ zahl- und Füllungsgrad abhängige Kennfelder 12, 13 ein denen jeweils hierzu noch das Motordrehzahlsignal n zugeführt ist. Aus den Eingangswerten Drehzahl und Füllungsgrad wird durch diese Kennfelder 12, 13 ein Ausgangssignal zur Einstellung des zuge­ hörigen Drosselklappenwinkels sw1 und sw2 erzeugt. Diese beiden Kennfelder sind zwei Einstellungen eines Schaltsaugrohrs 14 zu­ geordnet, wobei in den Fig. 4 und 5 ein derartiges Schalts­ augrohr im Schnitt dargestellt ist und im Folgenden zunächst beschrieben wird.
Von einer zentralen Saugrohrtrommel bzw. einem zentralen Saug­ rohrkanal 15 aus verläuft jeweils ein spiralartig den Saugrohr­ kanal 15 umgreifender Zuführungskanal 16 zu jedem Zylinder bzw. Einlaßventil einer im übrigen nicht dargestellten Brennkraftma­ schine. Bei niederen Drehzahlen unterhalb einem vorgebbaren und bestimmbaren Drehzahlwert ist eine Saugrohrklappe 17 gemäß Fig. 4 geschlossen, so daß die über den Saugrohrkanal 15 zuge­ führte Verbrennungsluft durch die gesamte Länge des Zuführungs­ kanals 16 strömen muß. Bei höheren Drehzahlen ab dem vorgebba­ ren Drehzahlwert wird die Saugrohrklappe 17 gemäß Fig. 5 ge­ öffnet, so daß die Luft nunmehr durch diese Saugrohrklappe 17 in den Zuführungskanal 16 strömt und dadurch nur noch einen Teil der Länge des Zuführungskanals 16 durchströmen muß. Diese an sich bekannte Anordnung dient dazu, durch Resonanzeffekte den Füllungsgrad der Brennkraftmaschine zu verbessern. Ein auf der rechten Seite des Schaltsaugrohrs 14 mündender Zuführungs­ kanal 18 dient der Luftzufuhr des darauffolgenden Zylinders auf der gegenüberliegenden Seite.
Das Kennfeld 12 ist für den niedrigeren Drehzahlbereich, d. h. für den Zustand des Schaltsaugrohrs bei geschlossener Saugrohr­ klappe gemäß Fig. 4 und das Kennfeld 13 für den höheren Dreh­ zahlbereich bei geöffneter Saugrohrklappe 17 gemäß Fig. 5 aus­ gelegt. Das Ausgangssignal sw1 des Kennfelds 12 ist über eine Addierstufe 19 einem Stellglied 20 für die Drosselklappe 21 im Saugrohr der Brennkraftmaschine zugeführt, wobei die Drossel­ klappe 21 zur Vereinfachung der Darstellung in den Fig. 4, und 5 nicht abgebildet ist.
Im niederen Drehzahlbereich bei geschlossener Saugrohrklappe 17 wird die Drosselklappenstellung der Drosselklappe 21 somit al­ lein durch das Kennfeld 12 bestimmt.
Wird nun die Saugrohrklappe 17 bei Überschreitung des vorgebba­ ren oder berechenbaren Drehzahlwerts geöffnet, so erfolgt gleichzeitig die Umschaltung auf die Steuerung durch das zweite Kennfeld 13 über eine Rampe, d. h., das Drosselklappenwinkel-Steuersignal sw1 wird über eine Rampe in das Drosselklappenwinkel-Steuersignal sw2 überführt. Dies erfolgt dadurch, daß in einer Subtrahier­ stufe 22 zunächst ein Differenzwert zwischen den Signalen sw1 und sw2 gebildet wird. Dieses Differenzsignal wird einer Mul­ tiplizierstufe 23 zugeführt und dort mit dem Signal eines Ram­ pengenerators 24 multipliziert, der ein Rampensignal zwischen dem Wert 0 und dem Wert 1 erzeugt, wenn ein Umschaltsignal sk zum Öffnen der Saugrohrklappe 17 angelegt wird. Das gebildete Ausgangssignal der Multiplizierstufe 23 wird in der Addierstufe 19 zum Signal sw1 addiert, so daß der gewünschte Übergang in­ nerhalb der von dem Rampengenerator 24 festgelegte Zeitspanne erfolgt. In umgekehrter Weise führt ein Rückschaltsignal beim Schließen der Saugrohrklappe 17 zu einer umgekehrten Rampe des Rampengenerators 24, d. h., zu einer Überführung des Signals 1 in ein Signal 0 (gestrichelte Darstellung im Symbol für den Rampengenerator 24).
Der Gradient der Rampe des Rampengenerators 24 kann selbstver­ ständlich auch durch dynamische Größen eingestellt werden und/oder durch die Kennfelder 12, 13.
In Fig. 2 ist der Drossenklappenwinkel DK als durchgezogene Linie in Abhängigkeit der Zeit dargestellt. Der Zeitpunkt t1 ist der Zeitpunkt, in dem die Saugrohrklappe 17 im Schaltsaug­ rohr 14 geschlossen wird, und dadurch vom kürzeren Luftweg auf den längeren Luftweg umgeschaltet wird. Um einen Drehmomen­ tensprung zu verhindern, wird die Winkelposition der Drossel­ klappe 21 über eine Rampe auf einen niedrigeren Wert überführt, was zum Zeitpunkt t2 abgeschlossen ist. Ohne die Kompensation durch die erfindungsgemäße Saugrohrschaltung würde sich der ge­ strichelt dargestellte Kurvenverlauf ergeben. Der strichpunk­ tiert dargestellte Kurvenverlauf stellt den Fall dar, daß zwar eine Umschaltung zwischen den Kennfeldern 12, 13 erfolgt, je­ doch ohne Überführung durch eine Rampe.
In Fig. 3 sind die sich ergebenden Konsequenzen auf den Fül­ lungsgrad FG dargestellt. Ohne Kompensation durch die erfin­ dungsgemäße Vorrichtung würde sich ein bleibender statio­ närer Fehler des Füllungsgrads einstellen, der beispielsweise zu einer ungewollten Beschleunigung des Fahrzeugs führen könnte (gestrichelte Kurve). Im Falle einer Umschaltung zwischen den Kennfeldern jedoch ohne Rampenüberführung würde der durch die strichpunktiert dargestellte Kurve sich ergebende Füllungsgrad­ sprung ergeben, der zu Drehmomentsprüngen und damit einem Ruc­ keln des Fahrzeugs führen würde. Die durchgezogene Kurve gibt die Verhältnisse mit der erfindungsgemäßen Schaltung wieder, d. h., lediglich im Übergangsbereich der Rampe treten geringfü­ gige Füllungsgradschwankungen auf, die sich jedoch für den Fah­ rer so gut wie nicht bemerkbar machen.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die Anwendung für ein Schaltsaugrohr 14 mit zwei unterschiedlich langen Luft­ zuführungswegen beschränkt, sondern kann beispielsweise auch für Schaltsaugrohre angewendet werden, die eine größere Zahl unterschiedlich langer Luftzuführungskanäle besitzt. Entspre­ chend kann sich die Zahl der Kennfelder erhöhen. Dabei kann die Umschaltung zwischen den verschiedenen Luftzuführungskanälen auch an Stelle einer Saugrohrklappe 17 durch andere Mittel er­ folgen.
Weiterhin kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch für andere füllungsgradbeeinflussende Aktoren eingesetzt werden, z. B. eine Vorrichtung zur Zylinderabschaltung, einen Nockenwellensteller oder eine andere Vorrichtung zur Ventilschaltung.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Einstellung der Drosselklappenstellung im Luftzuführungsbereich einer Brennkraftmaschine in Abhängig­ keit eines Soll-Drehmoments, wobei eine Einrichtung (14) wenigstens zwei Parameter abhängig umschaltbare, den Füllungsgrad beeinflussen­ de Einstellungen besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Einstellung ein von der Motordrehzahl und dem Füllungsgrad abhängiges oder von der Motordrehzahl und dem Soll-Drehmoment abhängiges Kennfeld (12, 13) zur Vorgabe der Drosselklappenstellung zugeordnet ist, wobei ein Rampengenerator (24) zur Überführung des Vorgabewerts (sw2) des einen Kennfelds (12) in den Vorgabewert (sw2) des anderen Kennfelds (13) bei einer Umschaltung zwischen den entsprechen­ den Einstellungen vorgesehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens zwei Parameter abhängig umschaltbare Einstellun­ gen besitzende Einrichtung als Saugrohranordnung (14) im Luft­ zuführungsbereich mit jeweils zwei unterschiedlich langen Zu­ führungskanälen (18) zu den einzelnen Zylindern der Brennkraft­ maschine ausgebildet ist, wobei eine Parameter abhängige Um­ schaltung zwischen diesen Zuführungskanälen (18) vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Umschaltung jeweils eine Saugrohrklappe (17) vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Motordrehzahl abhängige Umschaltung vorgesehen ist, so daß im niederen Drehzahlbereich jeweils ein längerer und im höheren Drehzahlbereich ein kürzerer Zuführungskanal (18) aktiv ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Rampengenerator (24) zur linearen Überführung von einem Vorgabewert (sw1) in den anderen (sw2) ausgebildet ist, wobei diese Überführung insbesondere während einer festen vorgebbaren Zeitdauer erfolgt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Subtrahierstufe (22) zur Bildung der Differenz der Vorga­ bewerte (sw1, sw2) und eine Multiplizierstufe (23) zur Multi­ plikation des Differenzwerts mit einer Rampenfunktion ausgebil­ det ist, wobei die Rampenfunktion jeweils zwischen den Werten 0 und 1 abläuft, und daß eine Addierstufe (19) zur Addition des Ausgangswerts der Multiplizierstufe (23) mit einem der Vorgabe­ werte (sw1) ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rampengenerator zur Parameter abhängi­ gen Überführung von einem Vorgabewert in den anderen ausgebil­ det ist, wobei diese Überführung insbesondere während einer Pa­ rameter abhängigen Zeitdauer erfolgt.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Umschaltvorgänge zwischen den Einstellungen mit einer Hysterese behaftet sind.
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