DE3337260A1 - Leerlaufregelung fuer einen ottomotor - Google Patents

Description

Dr. Werner Haßler : *- . ' ^: : · : :. ΐ

Patentanwalt

Asenberg 62 3 4. Oktober 1983

Lüdenscheid A 83 150

Anmelderin: Firma Atlas Fahrzeugtechnik GmbH
Eggenpfad 26
5980 Werdohl

Leerlaufregelung für einen Ottomotor Beschreibung

Die Erfindung bertrifft eine Leerlaufregelung für einen Ottomotor.

Im Leerlauf wird einem Ottomotor ein vergleichsweise fettes Kraftstoff-Luftgemisch zugeführt, damit der Motor im Leerlauf BeIastungsschwankungen aufnehmen kann. Dadurch ist eine erhöhte Schadstoff erzeugung und damit Umweltbelastung bedingt. Die Leerlaufdrehzahl selbst muß vergleichsweise hoch gewählt werden. Trotzdem treten Schwierigkeiten auf, wenn das Kraftfahrzeug eine Servolenkung oder eine Klimaanlage enthält und wenn dadurch Belastungsschwankungen auftreten.

Aufgabe der Erfindung ist eine Regelung der Leerlaufdrehzahl zur Kompensation von Lastränderungen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch folgende Merkmale geöst.
a) ein Anstellarm einer Drosselklappe im Saugrohr des Ottomotors

ist mit einer Kolbenstange einer pneumatischen Zylindereinheit gekoppelt ;
b) eine Zylinderkammer der Zylindereinheit ist an die Ventilkammer eines Dreiwege-Durchflußsteuerventils angeschlossen;

c) die Zylinderkammer ist mit dem Saugrohr auf der Abstromseite der Drosselklappe verbindbar;

d) ein Eintrittskanal des Dreiwege-Durchflußsteuerventils ist mit der Atmosphäre verbunden;

e) das Dreiwege-Durchflußsteuerventil weist eine ferromagnetische Ven tilplatte auf, die mit Ventilsitzen der Eintrittskanäle zusammenwirkt ;

f) zwei Spulen, die mit der Ventilplatte zusammenwirken, sind an Ge-

gentaktausgänge eines TmpuTsgenerators mit einstellbarem Tastverhältnis angeschlossen;
g) ein Differenzkreis vergleicht eine Solldrehzahl mit der Istdrehzahl der Kurbelwelle des Ottomotors und gibt ein Stellsignal für die Einstellung des Tastverhältnisses an den Impulsgenerator ab.

Die Erfindung unterscheidet sich dadurch in nicht naheliegender Weise vom Stand der Technik, als im Leerlauf die Drosselklappeneinstellung geregelt wird. Dadurch kann immer die benötigte Gemischmenge angesaugt werden. Die Schadstofferzeugung wird herabgesetzt. Durch die beschriebene Anstellung der Drosselklappe wird ein Absinken der Leerlaufistdrehzahl unter die Solldrehzahl vermieden. Die Erfindung sieht für die Regelung der Anstellung der Drosselklappe die Anwendung des Saugrohrunterdruckes über ein Dreiwege-Durchflußsteuerventil vor. Dieses Dreiwege-Durchflußsteuerventil wird durch einen Impulsgenerator mit einstellbarem Tastverhältnis von Impulsdauer zu Impulspause genau gesteuert. Das Dreiwege-Durchflußsteuerventil erlaubt so eine sehr genaue Steuerung des Durchflusses und damit des Stelldruckes in der Zylindereinheit zur Anstellung der Drosselklappe. Das Tastverhältnis läßt sich kontinuierlich zwischen 0 % und 100 % verstellen. Die Ventilplatte wird durch jeden Impuls zwischen den einander gegenüberliegenden Ventilsitzen hin und her bewegt, wobei die Anlagedauer an den Ventilsitzen durch das Tastverhältnis bestimmt ist. Dieses bedeutet, daß jeder Ventilsitz während einem dem Tastverhältnis entsprechenden Zeitanteil geschlossen oder geöffnet ist. Dadurch läßt sich der Durchfluß genau steuern, unbeeinflußt von Kennlinien des Ventildurchflusses.

Die Erfindung ist bei allen Ottomotoren anwendbar, die ein Saugrohr mit einer Drosselklappe aufweisen. Im übrigen können diese Ottomotoren mit einem Vergaser oder mit einer Einspritzung ausgerüstet sein. Da die Leerlaufregelung nur die Einstellung der Drosselklappe beeinflußt, sind die übrigen Bauteile für die Gemischaufbereitung beliebig.

Damit das Tastverhältnis des Impulsgenerators genau gesteuert werden kann, ist vorgesehen, daß zur Änderung des Tastverhältnisses des Impulsgenerators ein Taststeuerkreis vorgesehen ist.

Die Ansprechzeit der Leerlaufregelung läßt sich dadurch beeinflussen, daß die mit dem Saugrohr verbundene Leitung eine Drosselstelle enthält.

Eine weitere Vergleichsmäßigung des Regelverhaltens wird dadurch

erreicht, daß die in die Atmosphäre mündende Leitung eine Drosselstelle enthält.

Damit keine Regelschwingungen auftreten, ist vorgesehen, daß der Durchflußquerschnitt der in die Atmosphäre mündenden Drosselstelle kleiner als der Durchflußquerschnitt der dem Saugrohr zugeordneten Drosselstelle ist.

Eine sichere Anstellung der Drosselklappe erreicht man dadurch, daß die pneumatische Zylindereinheit als Membranventil mit einer Rückstellfeder ausgebildet ist. Der Unterdruck wirkt also gegen die Kraft der Rückstellfeder, wobei der wirksame Anteil des Unterdrucks durch die Einstellung des Tastverhältnisses festgelegt wird.

Nach einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die pneumatische Zylindereinheit als doppelt wirkender Zyliner ausgebildet ist, dessen zweite an den Eintrittskanal angeschlosseneZylinderkammer mit der Atmosphäre verbunden ist. Dieser doppelt wirkende Zylinder ist so ausgebildet, daß die Kolbenstange des Kolbens durch die Zylinderkammer hindurchreicht, so daß die auf den Kolben wirksame Druckfläche innerhalb der Zylinderkammer kleiner als in der Zylinderkammer ist. Dieser Zylinder arbeitet also aufgrund des Differenzdruckes sowie der Differenzflächen und läßt sich infolgedessen in seiner Ansprechzeit sehr variabel steuern.

Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung erläutert, in denen darstellen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht der Leerlaufregelung in Verbindung mit dem Saugrohr des Ottomotors, Fig. 2 ein Impulsdiagramm für das Dreiwege-Durchflußsteuerventil

im Zustand der Erhöhung der Leerlaufdrehzahl, Fig. 3 ein Impulsdiagramm für den stationären Zustand der Leer-

laufdrehzähl und

Fig. 4 eine schematische Ansicht einer abgewandelten Leerlaufregelung.

Fig. 1 zeigt ein Saugrohr 1 eines Ottomotors, das eine auf einer Welle 2 entgegen der Wirkung einer nicht dargestellten Rückstellfeder mittels eines Anstellhebels 33 verschwenkbare Drosselklappe 3 enthält. Dem Saugrohr 1 kann ein Vergaser oder eine Einspritzung zugeordnet sein. In Fig. 1 ist die Strömungsrichtung 4 der angesaugten Luft bzw. des Luft-Kraftstoffgemisches angegeben. An einer Düse 5 steht der volle Unterdruck des Saugrohres 1 an und kann dort über eine Leitung 40 abgegriffen werden.

Die Erfindung sieht Vxn Dreiwege-Durchflußsteuerventil 6 vor. Dasselbe weist innerhalb einer Ventilkammer 7 zwei einander gegenüberstehende Eintrittsstutzen 8 und 9 mit Ventilsitzen 10 und 11 auf, die Eintrittskanälen 12 und 13 zugeordnet sind. Innerhalb der Ventilkammer 7 befindet sich eine ferromagnetische Ventilplatte 14, die wechselweise mit den Ventilsitzen 10 und 11 zusammenwirkt. Der Ventilplatte 14 stehen Spulen 15, 16 gegenüber, die jeweils auf einen Topfmagneten 17, 18 gewickelt sind. Der jeweilige Kern jedes Topfmagneten 17, 18 bildet auch einen der Eintrittsstutzen 8, 9. In die Ventilkammer 7 mündet ein Austrittskanal 19, der zu einer pneumatischen Zylindereinheit 20 führt.

Die Spulen 15, 16 sind an Gegentaktausgänge 21, 22 eines Impulsgenerators 23 mit einstellbarem Tastverhältnis angeschlossen. Der Impulsgenerator 23 arbeitet mit einer Impulsfrequenz bis zu 1 kHz.

Das Tastverhältnis zwischen Impulsdauer und Impulspause des Impulsgenerators 23 läßt sich durch eine Taststeuerstufe 24 zwischen 0 und 100 % steuern. Die Taststeuerstufe 24 wird von dem Ausgangssignal eines Differenzkreises 25 beaufschlagt. An einem Eingang 26 liegt ein Solldrehzahlsignal für die Leerlaufdrehzahl an. Am anderen Eingang 27 liegt ein Istdrehzahlsignal an, das die tatsächliche Drehzahl der Kurbelwelle angibt. Das jeweilige Differenzsignal dient zur Steuerung des Tastverhältnisses über die Taststeuerstufe 24.

Die Zylindereinheit 20 enthält eine eine Zylinderkammer 34 abschließende Membran 28, einen Kolben 29 mit einer Kolbenstange 37 und eine Druckfeder 30. Die Kolbenstange 37 ist mit einem schwenkbar gelagerten Stellhebel 31 gekoppelt. Der Stellhebel 31 ist über ein Gestänge 32 mit einem Anstellarm 33 zur Verschwenkung oder Anstellung der Drosselklappe 3 gekoppelt. Die Betätigung der Drosselklappe 3 bzw. des Anstellarms 33 über das Gaspedal wird durch eine geeignete Ausbildung des Gestänges 32 nicht behindert. Die Zylinderkammer 34 ist mit dem Austrittskanal 19 verbunden. Die Leitung 40 führt zum Eintrittskanal 13 mit der Drosselstelle 36. Der Eintrittskanal 12 mündet in die Atmosphäre und enthält eine Drosselstelle 35, deren Durchflußquerschnitt kleiner als der Durchflußquerschnitt des Durchflußsteuerventils 6 und der Drosselstelle 36 ist.

Am Eingang 26 des Differenzkreises 25 wird eine Solldrehzahl für den Leerlauf vorgegeben. Die Solldrehzahl beträgt z.B. 500 Umdrehungen pro Minute. An der Leitung 27 steht ein Istdrehzahlsignal an, das die Istdrehzahl der Kurbelwelle angibt. Beim Vergleich innerhalb des

Differenzkreises 25 wird ein Differenzsignal gebildet. So lange die Istdrehzahl größer als die Solldrehzahl ist, wird am Ausgang des Differenzkreises 25 kein Signal für den Taststeuerkreis 24 abgegeben. Das Tastverhältnis des Impulsgenerator 23 beträgt in diesem Fall etwa 0 %. In Fig. 2 ist für dieses Tastverhältnis der Impulsverlauf dargestellt und zwar gibt die obere Kurve die kurzen Impulse mit langer Impulspause am Ausgang 21 für die Spule 15 an. Der Gegentaktausgang 22 und damit die Spule 16 führen eine Impulsform gemäß der unteren Hälfte der Fig. 2. Also kurze Impulspause und lange Impulsdauer.

Diese Impulsform bewirkt, daß die Ventilplatte 14 nahezu dauernd an dem Ventilsitz 11 anliegt. Infolgedessen ist der Eintrittskanal 17 abgesperrt, so daß in der Zylinderkammer 34 im wesentlichen Atmosphärendruck herrscht. Der Kolben 29 der Zylindereinheit 20 wird infolgedessen in seiner rechten Endlage, bezogen auf Fig. 1, gehalten, so daß die Drosselklappe geschlossen bleibt. Der Motor läuft somit unbeeinflußt im Leerlauf.

Wenn jetzt infolge einer Belastungsanderung die Leerlaufdrehzahl absinkt, so wird das Istdrehzahlsignal auf der Leitung 27 kleiner als das Solldrehzahlsignal auf der Leitung 26. Der Differenzkreis gibt jetzt ein Ausgangssignal an die Taststeuerstufe 24 ab. Das dadurch hervorgerufene Ausgangssignal der Taststeuerstufe 24 bewirkt ein höheres Tastverhältnis innerhalb des Impulsgenerators 23. Das Tastverhältnis kann zwischen 0 % und 100 % kontinuierlich gesteuert werden.

Fig. 3 zeigt in der oberen Hälfte den Impulsverlauf für ein Tastverhältnis von nahezu 100 % am Ausgang 21 und in der unteren Hälfte am Gegentaktausgang 22. Die Spulensteuerung mit diesen Impulsen bedeutet, daß die Ventilplatte 14 nahezu ständig an dem Ventilsitz 10 anliegt und infolgedessen der Saugrohrunterdruck in der Zylinderkammer 34 wirksam ist. Infolgedessen wird durch den Saugrohrunterdruck der Kolben 9, bezogen auf Fig. 1, nach links bewegt. Dadurch wird der Anstellarm 33 mit der Drosselklappe 3 in Uhrzeigerrichtung verschwenkt, so daß die Drosselklappe geöffnet wird. Der Motor kann also eine größere Gemischmenge ansaugen, so daß sich entsprechend die Drehzahl erhöht. Diese Beeinflussung dauert so lange an, bis die Istdrehzahl wieder den Solldrehzahlwert erreicht hat.

Zur Ausschaltung kurzzeitiger Regelschwingungen dienen die Drosselstellen 35 und 36 in den Eintrittskanälen 12 und 13. Diese. Drosselstellen gewährleisten eine allmähliche Änderung der Drehzahl unter Belastungsschwankungen.

Fig. 4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung mit einer doppelt wirkenden Zylindereinheit 201. Die Leitung 40 von dem Saugrohr ist unmittelbar mit der Zylinderkammer 34 verbunden. Eine weitere Zylinderkammer 341 ist einerseits über eine Drosselstelle 38 mit der Atmosphäre und andererseits über eine Leitung 39 mit dem Eintrittskanal 12 des Dreiwege-Druchflußsteuerventils 6 verbunden. An dem Kolben 29 sitzt eine Kolbenstange 37, die über ein Gestänge 32 mit dem Anstellarm 33 verbunden ist. Die Kolbenstange 37 stellt auch sicher, daß die wirksame Kolbenfläche innerhalb der Zylinderkammer 34 kleiner als innerhalb der Zylinderkammer 341 ist. Wichtig für die Anordnung ist, daß der Durchflußquerschnitt der Drosselstelle 38 kleiner als der Durchflußquerschnitt aller übrigen Drosselstellen ist.

Die Funktion dieser Leerlaufregelung entspricht weitgehend der Funktion der zuvor beschriebenen Leerlaufregelung. Solange die Leerlaufsolldrehzahl nicht unterschritten ist, wird die Ventilplatte 14 an dem Ventilsitz 11 in Anlage gehalten. Infolgedessen wirkt sich der Saugrohrunterdruck in beiden Ventilkammern aus. Da die Drosselstelle 35 einen vergleichsweise kleinen Durchflußquerschnitt und das Durchflußsteuerventil 6 demgegenüber einen großen Durchflußquerschnitt haben, ist der Unterdruck in beiden Zylinderkammern im wesentlichen gleich groß, so daß der Kolben unter der Wirkung der Differenzflächen in seine linke Endstellung gezogen wird. Die Drosselklappe 3 bleibt also geschlossen.

Wenn dagegen die Leerlaufdrehzahl unter den Sollwert absinkt, so wird das Durchflußsteuerventil 6 umgesteuert, so daß die Ventilplatte 14 an dem Ventilsitz 10 zur Anlage kommt. Damit wird der Suagrohrunterdruck in der Zylinderkammer 34 wirksam, so daß die Kolbenstange 37 ausgefahren wird und die Drosselklappe 3 anstellt. Die Leerlaufdrehzahl steigt infolgedessen an und wird auf dem Sollwert gehalten.

- Leerseite -

Claims (9)

Leerlaufregelung für einen Ottomotor Ansprüche

1.) Leerlaufregelung für einen Ottomotor, gekennzeichnet durch., folgende Merkmale:

a) ein Anstellarm (33) einer Drosselklappe (3) im Saugrohr (1) des Ottomotors ist mit einer Kolbenstange (37) einer pneumatischen Zylindereinheit (20, 20') gekoppelt;

b) eine Zylinderkammer (34) der Zylindereinheit (2ü) ist an die Ventilkammer (7) eines Dreiwege-Durchflußsteuerventils (6) angeschlossen;

c) die Zylinderkammer (34) ist mit dem Saugrohr (1) auf der Abstromseite der Drosselklappe (3) verbindbar;

d) ein Eintrittskanal (12) des Dreiwege-Durchflußsteuerventils (6) ist mit der Atmosphäre verbunden;

e) das Dreiwege-Durchflußsteuerventil (6) weist eine ferromagnetische Ventilplatte (14) auf, die mit Ventilsitzen (10, 11) der Eintrittskanäle (12, 13) zusammenwirkt;

f) zwei Spulen (15, 16), die mit der Ventilplatte (14) zusammenwirken, sind an Gegentaktausgänge (21, 22) eines Impulsgenerators (23) mit einstellbarem Tastverhältnis angeschlossen;

g) ein Differenzkreis (25) vergleicht eine Solldrehzahl mit der Istdrehzahl der Kurbelwelle des Ottomotors und gibt ein Stellsignal für die Einstellung des Tastverhältnisses an den Impulsgenerator (23) ab.

2. Leerlaufregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Änderung des Tastverhältnisses des Impulsgenerators (23) ein Taststeuerkreis (24) vorgesehen ist.

3. Leerlaufregelung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Saugrohr (1) verbundene Leitung (40) eine Dros-

selstelle (36) enthält. OO O/ ZOU

4. Leerlaufregelung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Atmosphäre mündende Leitung (39) eine Drosselstelle (35) enthält.

5. Leerlaufregelung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußquerschnitt der in die Atmosphäre mündenden Drosselstelle (35) kleiner als der Durchflußquerschnitt der dem Saugrohr zugeordneten Drosselstelle (36) ist.

6. Leerlaufregelung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch

gekennzeichnet, daß die pneumatische Zylindereinheit (20) als Membranventil mit einer Rückstellfeder (30) ausgebildet.

7. Leerlaufregelung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderkammer (34) der Zylindereinheit (20) unmittelbar mit dem Saugrohr verbunden ist.

8. Leerlaufregelung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die pneumatische Zylindereinheit als doppelt wirkender Zylinder (201) ausgebildet ist, dessen zweite an die Eintrittskammer (12) angeschlossene Zylinderkammer (341) mit der Atmosphäre verbunden ist.

9. Leerlaufregelung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (37) des Kolbens (29) durch die Zylinderkammer (34) hindurchreicht, so daß die auf den Kolben (29) wirksame Druckfläche innerhalb der Zylinderkammer (34) kleiner als in der Zylinderkammer (341) ist.