[0001] Die Erfindung betrifft eine Leerlaufregelung für einen Ottomotor, wobei ein Stellam
einer in einem Saugrohr angeordneten Drosselklappe mit einer Kolbenstange einer pneumatischen
Zylindereinheit gekoppelt ist, deren Zylinderkammer über eine Ventilkammer und Eintrittskanäle
eines Dreiwege-DurchfluDsteuerventils einerseits auf der Abstromstite der Drosselliappe
mit dem Saugrohr und ancererseits mit der Atmosphäre verbindbar ist.
[0002] Damit ein Ottomotor im Leerlauf Belastungsscliwarkungen aufnehmen kann und nicht
stehen bleibt, wird einem Ottomotor ein vergleichsweise fettes Kraftstoff-Luftgemisch
zugeführt. Dies bedingt eine erhöhte Schadstofferzeugung und damit Umweltbelastung.
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 im Leerlauf auftreten.
[0003] Die DE-OS 33 16 660 beschreibt eine Leerlaufregelung der eingangs genannten Art.
Die Drosselklappe kann aus einer Anschlagstellung, die der Leerlaufsolldrehzahl entspricht,
verstellt werden, um die Leerlaufistdrehzahl bei einem Absinken auf den Sollwert zu
halten. Bei zu hoher Leerlaufdrehzahl ist eine Beeinflussung der Drehzahl des Ottomotors
nicht möglich. Die Verstellung der Drosselklappe erfolgt dadurch, daß dem Dreiwege-Durchflußsceuerventil
periodisch eine Umschaltspannung zugeführt wird, so daß die Zylindereinheit vermehrt
mit Unterdruck beaufschlagt wird. Hiermit läßt sich offenbar eine stabile Einstellung
nicht gewährleisten, so daß periodische Schwankungen der Leerlaufdrehzahl auftreten.
[0004] Die DE-OS 29 48 151 beschreibt eine Leerlaufsteuerung, die ein absinken dtr hotordrehzah]
unter die Leerlaufsolidrejzahl ausschliessen soll. Die Steuerung erfolgt mit Hilfe
eines Magnetventils, das ien Saugrohrunterdruck in einem Stellventil wirksam werden
läßt.. Aucn rier dürfte eine stabile Einstellung kaum möglich sein.
[0005] Aufgabe der Erfindung ist eine Regelung der Leerlaufdrehzahl unter Kompensation von
Belastungsünderunger.
[0006] Im Folgenden bedeutet. Solldrehzahl und Istdrehzahl immmer Leerlaufsolidrehzahl und
Leerlaufistdrehzahl.
[0007] Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß das Dreiwege-Durchflußsteuerventil
eine membranartige, frei bewegliche, ferromagnetische Ventilplatte aufweist, die mit
Ventilsitzen der Eintrittskanäle zusammenwirkt und zwischen zwei einander gegenüberstehenden
Spulen angeordnet ist, daß die beiden Spulen an Gegentaktausgänge eines Impulsgenerators
mit einstellbarem Tastverhältnis angeschlossen sind, daß ein Differerzkreis ein Solldrehzahlsignal
mit einem Istdrehzahlsignal des Ottomotors vergleicht und ein Änderungssignal für
das Tastverhältnis an den Impulsgenerator abgibt und daß das Solldrehzahlsignal in
Abhängigkeit von Betriebsparametern veränderbar ist.
[0008] Die Erfindung unterscheidet, sich dadurch in nicht naheliegender Weise vom Stand
der Technik, als im Leerlauf die Drosselklappeneinstellung geregelt wird, so daß Drehzahlabweichungen
oberhalb und unterhalb der Solldrchzahl ausgeregelt werden können. Dadurch kann immer
die günstigste Gemisehmenge angesaugt werden. Die Schadstofferzeugung wird herabgesetzt.
Durch die beschriebene Einstellung der Drosselklappe wird im Leerlauf die Istdrehzahl
auf der Solldrehzahl gehalten. Die Erfindung sieht für die Regelung der Einstellung
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 Einstellung der Drosselklappe. Das Tasiverhältmis 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 eines dem Tastverhältnis entsprechenden Zeitanteils
geschlossen oder geöffnet ist. Dadurch läßt sich der Durchfluß genau steuern, unbeeinflußt
von Kennlinien des Durchflußstteuerventils. Die Reglung der Leeriläufdrehzahl erfolgt
darllberhinaus auch parameterabhängig, so daß die Leelaufdrehzahl an unterschiedliche
Betriebszustärnde des Motors agepaßt werden kann.
[0009] 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 übrjgen Bauteile für die Gemischaufbareitung beliebig.
[0010] Damit das Tastverhältnis des Impulsgenerators genau gesteuert werden kann, ist vorgesehen,
daß zur Änderung des TastverhäItnisses des Impulsgtnerators ein Taststeuerkreis vorgesehen
ist.
[0011] Eine sichere Einstellung 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 aer wirksame Anteil des Unterdrucks
durch die Einstellung des Tastverhältnisses festgelegt wird.
[0012] Die Einwirkung unterschiedlicher Parameter wirc dadurch ermöglicht, daß ein Abwand
lungskreis vorgtsahen ist, an dem das Solldrehzahlsignal anliegt und an dessen Ausgang
ein in Abhängigkeit von Betriebsparametern abgewandeltes Solldrehzahlsignal abgegeben
wird.
[0013] Damit bei kaltem Motor die Leerlaufdrehzahl einen höheren Wert hat, ist vorgesehen,
daß bei niedriger Motortemperatur des Ottomotors an dem Abwandlungskreis ein Signal
eines Temperaturfühlers anliegt, das die abgewandelte Solldrehzahl erhöht. Mit ansteigender
Betriebstemperatur des Ottomotors stellt sich das Signal des Temperaturfühlers auf
den Grundwert ein, so daß entsprechend die abgewandelte Solldrehzahl auf die Solldrehzahl
für den Leerlauf abgesenkt wird. Damit ist die Leerlaufregelung nach der Erfindung
auch als Startautommatik wirksam, so daß keine besondere Startautomatik nötig ist.
[0014] Bei Verzogerungsvorgängen, insbesondere bei schlagartigem Schließen der Drosselklappe,
soll die Motordrehzahl nur allmählich auf die Leerlaufdrehzahl abgesenkt werden, um
die Schadstoffemission klein zu halten. Hierfür sieht die Erfindung vor, daß bei einer
plötzlichen Drehzahlverminderung des Ottomotors ein Änderungssignal im Sinne einer
Erhöhung der Solldrehzahl an den Abwandlungskreis abgegeben wird.
[0015] Dieses Abwandlungssignal kann am zweckmäßigsten unmittelbar aus dem Istdrehzahlsignal
abgeleitet werden, indeu zur Erzeugung dieseg Abwandlurgssignals das Istdrehzahlsignal
an einem Differenzierkreis anliegt , der bei einer starken Drehzahlverminderung ein
Ausgangssignal abgibt.
[0016] Zur Deeinflussung der Zeit, in der die Motordrehzahl auf die Leerlaufsolldrehzahl
abgesenkt wird, ist vorgesehen, daß dem Differenzierkreis ein Zeitglied mit verzögertem
Abklingen des Ausgangssignal nachgechaltet ist. Damit kann die Motordrehzahl bei plötzlichem
Loslassen des Gaspedals allmälilich auf den Leerlaufsollwert zurückgführt werden.
[0017] Eine Ausfuhrungsfonn der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die anliegende
Zeichnung erläutert, in der darstellen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht der Leerlaufregelung in Verbindung mir dem Saugrohr
eines Ottomotors,
Fig. 2 ein Impulsdiagramm für eine Grenze des Tastverhältnisses
Fig. 3 ein Impulsdiagramm für die entgegengesetzte Grenze des Tastverhätnisses.
Fig. 1 zeigt ein Saugrohr 1 eines Ottomotors, das eine auf einer Welle 2 entgegen
der Wirkung einer Rückstellfeder 56 mittels eines Stellarms 33 verschwenkbare Drosselklappe
3 aufnimmmt. Für die Schließstellung der Drosselklappe 3 ist ein Anschlag 58 vorgesehen.
Die Drosselklappe 3 wird normalerweise durch ein Zugelement 57 betätigt, das an ein
nicht dargestelltes Gaspedal angekoppelt ist. Außerdem wirkt ein Gestänge 32 auf den
Stellarm 33 ein, das jedoch nur in der Leerlaufstellung des Zugelements 57 wirksam
ist und im übrigen das Zugelement 57 nicht behindert. Die Koppelung dieser Betätigungselemente
ist im Einzelnen nicht dargestellt. Dem Saugrohr 1 kann ein Vergaser oder eine Einspritzung
zugeordnet sein. In Fig. 1 ist die Strömungsrichtung 4 der angesaugten Luft bzw. des
Kraftstoff-Luftgemisches angegeben. An einer Düse 5 steht der volle Unterdruck des
Saugrohres 1 an und kann dort über eine Leitung 40 abgegriffen werden.
[0018] Die Erfindung sieht ein 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 frei bewegliche, membranartige, 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 je des Topimagneten 17, 18 nimt auch einer
der Dintrittsstuztn b, 9 auf. In die Ventilkammer 7 mündet ein Austrittskanal 19,
der zu einer pneumatischen Zylindereinheit 20 führt.
[0019] Die Spulen 15, 16 sind au Gegentaktausgänge 21, 22 eines Impulsgenerators 23 mit
einstellbarem Tastverhältnis angeschlossen. Der Impulsgenerator 23 arbeitet mit einer
Impulsfrequenz bis zu 1 leHz. Das Tastverhältnis zwischen Impulsdauer und Impulspause
des Impulsgenerators 23 läßt sich durch einen Taststeuerkreis 24 zwischen 0 und 100
% steuern. Der Taststeuerkreis 24 wird von dem Ausgangssignal eines Differenzkreises
25 beaufschlagt. An einem Eingang 26 liegt ein abgtwandeltes Solldrehzahlsignal für
die Leerlaufdrehzahl an, das für bestimmte Betritbszustände gegenüber dem Solldrehzahlsignal
abgewandelt ist, was noch in Einzelheiten erläutert wird. Am anderen Eingang 27 liegt
ein Istdrehzahlsignal an, das die tatsächliche Drehzahl der Kurbelwelle des Ottomotors
angibt. Das jeweilige Differenzsignal dient zur Steuerung des Tastverhältnisses über
den Taststeuerkreis 24, was noch genauer erjautert wird.
[0020] Die Zylinderainheit 20 enthält eine eine Zylinderkammer 34 abschließende Membran
28, einen Kolben 29 mit einer Kolbenstange 37 und eine Druckfeder 3C. Die Kolbenstange
37 ist über einen schwenkbar gelagerten Stellhebel 31 mit dem Gestänge 32 gekoppelt.
[0021] Das Dreiwege-Durchflußsteuerventil 6 ist im Einzelnen folgendermaßen angeschlossen.
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. Die Durchflußquerschnitte der Drosselstellen
35 und 36 sind kleiner als der Durchflußquerschnitt des Durchflußsteuerventils 6,
damit Änderungen des Durchflußquerschnitts des Durchilußsteuerventils, insbesondere
Abnutzungen der Verntilsitze 10 und 11 keine nachteilige Auswirkung auf des Regelverhalten
haben.
[0022] Der Eingang 26 des Differenzkreises 25 ist an einen Abwandlungskreis 53 angekoppelt,
in den einerseits ein Solldrehzahlsignal 54 eingegeben wird. Andererseits liegen über
die Leitungen 60 und 61 Abwandlungsignale an, die das Solldrehzahlsignal 54 abwandeln,
so daß am Eingang 26 ein abgewandeltes Solldzehzahlsignal 54 anliegt.
[0023] Die Leitung 60 kommt von einem Temperaturfühler 54, der in eine Kühlwasserleitung
59 des Ottomotors eingebaut ist und die Kuhlwassertemperatur mißt. Auch jede andere
Messung der Motortemperatur ist möglich.
[0024] Das Istdrehzahlignal auf der Leitung 27 wird in einem Differenzierkreis 51 diffcrenziert.
Der Difierenzierkreis 51 gibt dann ein Ausgangssignal ab, wenn die Motordrehzah] schlagartig
absinkt. Dieses ist der Fall bei plötzlichem Loslassen des Gaspedals. Das Ausgangssignal
des Differenzierkreisis 51 liegt an einem Zeitglied 52 an, das nach dem Ansprechen
auf das Ausgangssignal des Differenzierkreises 51 ein allmä'hlich auf den Grundwert
abfallendes Spannungssignal auf der Leitung 61 an den Abwandlungskreis 53 abgibt.
Dadurch wird eine Erhöhung des abgewandelten Solldrehzahlsignals am Eingang 26 bewirkt,
so daß sich die Drehzahl entsprechend dem abgewandelten Solldrehzahlsignal nur allmählich
auf die Leerlaufsolldrehzahl einstellt. Damit werden plötzliche Verzögerungen der
Motordrehzahl vermieden. Die Schadstoffemission wird herabgesetzt.
[0025] Das Regelverhalten der Leerlaufregelung wird zunächst für den Fall des betriebswarmen
Motors erläutert. Am Eingang 26 des Differenzkreises 25 liegt das nicht abgewandelte
Solldrehzahlsignal an. Die Solldrehzahl hat einen Grundwert von 500 Umdrehungen pro
Minute. Auch andere Einstellungen sind möglich. An der Leitung 27 steht ein Istdrehzahlsignal
an, das die Istdrehzahl der Kurbelwelle angibt. Beim Vergleich innerhalb des Differenzkreises
25 wird ein Differenzsignal als Änderungssignal gebildet. Solange die Istdrehzahl
größer als die Solldrehzahl ist, wird am Ausgang des Differenzkreises 25 ein Änderungssignal
einer Polarität an den Taststeuerkreis 24 abgegeben, das eine Verkleinerung des Tastverhältnises
des Impulsgenerators 23 ergibt, im Falle der Darstellung der Fig. 2 etwa 0 %. Die
obere Kurve gibt 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 nach rechts, bezogen auf Fig. 1, bewegt, so daß die Drosselklappe den
Saugrohrquerschnitt verkleinert. Die Motordrehzahl wird abgesenkt, bis die Solldrehzahl
erreicht ist. Dann verschwindet das Änderungssignal, so daß sich das Ausgangssignal
des Taststeuerkreises 24 nicht mehr ändert. Infolgedessen erfolgt keine weitere Drehzahländerung.
[0026] Wenn dann infolge einer Belastungsänderung die Leerlaufdrehzahl ahsinkt, so wird
das Istdrehzahlsignal auf der Leisung 27 kleiner als das Solldrehzahlsignal auf der
Leitung 26. Der Differenzkreis 25 gibt jetzt ein Ausgangssignal entgegengesetzter
Polarität an den Tantsteuerkreis 24 ab, so der Taststeuerkreis 24 ein höheres Tastverhältnis
des Impulsgenerators 23 bewirkt.
[0027] 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, bczogen auf Fig.
1, nach links bewegt. Dadurch wird der Stellarm 33 mit der Drosselklappe 3 in Uhrzeigerrichtung
verschwenkt, so daß die Drosselklappe 3 geöffnet wird. Der Motor kann also eine größere
Geudschmenge ansaugen, so daß sich entsprechend die Drehzahl erhöht. Diese Beeinflussung
dauert so lange an, bis die Istdrehzahl wieder den Solldrehzahlwert erreicht hat.
[0028] Das Tastverhältnis kann zwischen 0 % und 100 % kontinuierlich gesteuert und auf jeden
Wert eingestellt werden. Jede Stellung entspricht einer stabilen Einstellung der Drosselkappe.
[0029] Zur Ausschaltung kurzzeitiger Regel Schwingungen dienen die DrossElstellen 35 und
36 in den Eintrittskanälen 12 und 13. Diese Drosselstellen begrenzen die Änderungsgeschwindigkeit
der Drehzahl.
[0030] Über den Abwandlungskreis 53 kann das Solldrehzahlsignal abgewandelt werden, wie
dies oben erläutert wurde. Man erhält dann während der Warmlaufphase oder während
einer Verzögerungsphase eine erhöhte Leerlaufdrehzahl.
1. Leerlaufregelung für einen Ottomotor, wobei ein Stellarm (33) einer in einem Saugrohr
angeordneten Drosselklappe (3) mit einer Kolbenstange (37) einer pneumatischen Zylindereinheit
(20) gekoppelt ist, deren Zylinderkammer (34) über eine Ventilkammer (7) und Eintrittskanäle
(12, 13) eines Drciwege-Durchflußsteuerventils (6) einerseits auf der Abstromseite
der Drosselklappe (3) mit dem Saugrohr (1) und andererseits mit der Atmosphäre verbindbar
ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Dreiwege-Durchflußsteuerventil (6) eine membranartige,
frei bewegliche, ferromagnetische Ventilplatte (14) aufweist, die mit Ventilsitzen
(10, 11) der Eintrittskanäle (12, 13) zusammenwirkt und zwischen zwei einander gegenüberstehenden
Spulen (15, 16) angeordnet ist, daß die beiden Spulen (15, 16) an Gegentaktausgänge
(21, 22) eines Impulsgenerators (23) mit einstellbarem Tastverhältnis angeschlossen
sind, daß ein Differenzkreis (25) ein Solldrehzahlsignal mit einem Istdrehzahlsignal
des Ottomotors vergleicht und ein Änderungssignal für das Tastverhältnis an den Impulsgenerator
(23) abgibt und daß das Solldrehzahlsignal (54) in Abhängigkeit von Betriebsparametern
veränderbar ist.
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 pneumatische
Zylindereinheit (20) als Membranventil mit einer Rückstellfeder (30) ausgebildet.
4. Leerlaufregelung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Abwandlungskreis (53) vorgesehen ist, an dem das Solldrehzahlsignal (54) anliegt
und an dessen Ausgang ein in Abhängigkeit von Betriebsparametern abgewandeltes Solldrehzahlsignal
abgegeben wird.
5. Leerlaufregelung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet., daß bei niedriger Motortemperatur
des Ottomotors an dem Abwandlungstreis (53) ein Signal eines Temperaturfühlers (55)
anliegt, das die abgewandelte Solldrehzahl erhöht.
6. Leerlaufregelung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer plötzlichen
Drehzahlverminderung des Ottomotors ein Ändrungssignal im Sinne einer Erhöhung der
Solldrehzahl an den Abwandlungskreis (53) abgegeben wird.
7. Leerlaufregelung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung dieses
Abwandlungssignals das Istdrehzahlsignal an einem Differenzierkreis (51) anliegt,
der bei einer starken Drehzahlverminderung eiu.Ausgangssignal abgibt.
8. Leerlaufregelung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Differcnzierkreis
(51) ein Zeitglied (52) mit verzögertem Abklingen des Ausgangssignal nachgeschaltet
ist.