Verfahren und Vorrichtung zur Leerlaufeinstellung einer Brennkraftmaschine

Abstract

 Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einstellung des Leerlaufs einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, wobei bei heißer Brennkraftmaschine die Leerlaufdrehzahl erhöht wird. Dabei liegt eine heiße Brennkraftmaschine dann vor, wenn die Motortemperatur und die Ansauglufttemperatur vorbestimmte Schwellwerte überschreiten und die Motordrehzahl eine vorgegebene Zeit lang oberhalb einer Grenzdrehzahl liegt.

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Leerlaufeinstellung einer Brennkraftmaschine.

[0002] Wird eine Brennkraftmaschine eine längere Zeit im Vollastbereich betrieben und dann in den Leerlaufbereich abgebremst, besteht die Gefahr, daß die Brennkraftmaschine sich überhitzt, wenn die üblicherweise eingestellte Leerlaufdrehzahl unverändert beibehalten wird. Es tritt infolge der dann herrschenden großen Öltemperaturen ein zu geringer Öldruck auf.

[0003] Zur Vermeidung dieser und ähnlicher ungewollter Situationen ist aus der DE 30 20 494 A1 bekannt, die Leerlaufeinstellung einer Brennkraftmaschine im Rahmen einer Leerlaufdrehzahlregelung durchzuführen und deren Sollwert derart von der Motor- bzw. Kühlmitteltemperatur der Brennkraftmaschine abhängig vorzugeben, daß oberhalb einer vorbestimmten Motor- bzw. Kühlmitteltemperatur, im sogenannten Heißleerlauf, die Drehzahl erhöht ist. Dadurch wird die Kühlwirkung verstärkt.

[0004] Aus der DE 40 16 099 A1 ist bekannt, zur Leerlaufeinstellung im normalen Betriebsbereich die Öltemperatur heranzuziehen. Um einen Öltemperatursensor einzusparen, wird die Öltemperatur aus anderen Größen bestimmt. Zu diesem Zweck wird die Zeitspanne bestimmt, während derer die Kühlmitteltemperatur gleich oder größer als eine Temperaturschwelle ist. Durch eine vorgegebene Beziehung zwischen dieser Zeitspanne und der Öltemperatur wird ein Maß für die Öltemperatur bestimmt und die Leerlaufdrehzahl entsprechend eingestellt. Maßnahmen, welche in Verbindung mit dem sogenannten Heißleerlauf das drohende Absinken des Öldrucks feststellen, werden nicht beschrieben.

[0005] Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen anzugeben, welche es ermöglichen, die Leerlaufdrehzahl zu erhöhen, wenn der Betriebszustand des sogenannten Heißleerlaufs erreicht ist, in dem ein geringer Öldruck aufzutreten droht, .

[0006] Die wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche erreicht.

Vorteile der Erfindung

[0007] Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise kann der Betriebszustand Heißleerlauf zufriedenstellend beherrscht werden. Dabei ermöglicht die erfindungsgemäße Vorgehensweise eine Erhöhung der Leerlaufdrehzahl, wenn der Öldruck zu gering zu werden droht. Besonders vorteilhaft ist, daß die erfindungsgemäße Vorgehensweise die Überschreitung einer Öltemperaturschwelle erkennen läßt, oberhalb derer ein zu geringer Öldruck aufzutreten droht, ohne daß ein Öltemperatursensor verwendet wird. .

[0008] Für den Anstieg der Öltemperatur ist die Zeit, die der Motor mit hohen Drehzahlen betrieben wird, wesentlich, Dabei wird in vorteilhafter Weise das Überschreiten der Öltemperaturschwelle auf der Basis einer aus der Drehzahl gebildeten Zeitspanne, der Motortemperatur und der Ansauglufttemperatur abgeschätzt.

[0009] Besonders vorteilhaft ist es, bei der Bestimmung dieser Zeitspanne die Zeit, für die der Motor mit einer Drehzahl oberhalb einer Grenzdrehzahl betrieben wird, heranzuziehen. Dabei ist vorteilhaft, die Zeit zu berücksichtigen, für die der Motor mit einer Drehzahl unterhalb einer Grenzdrehzahl betrieben wird.

[0010] Ein wesentlicher Vorteil ist, daß durch die Simulation der Öltemperatur keine Leitungen und Pins am Steuergerät vorgesehen werden müssen, ferner keine Auswertungsschaltungen und Auswertungsprogramme für das Öltemperatursensorsignal in der Motorsteuereinheit notwendig sind.

[0011] Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie aus den abhängigen Ansprüchen.

Zeichnung

[0012] Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Dabei zeigt Figur 1 ein Übersichtsblockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorgehensweise, während in Figur 2 ein Flußdiagramm zur Realisierung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise als Rechnerprogramm skizziert ist.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

[0013] Figur 1 zeigt eine Steuereinheit 10, die über eine Ausgangsleitung 12 neben anderen, aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellten Funktionen wie Kraftstoffzumessung und Zündungseinstellung ein zumindest die Leerlaufluft zur Brennkraftmaschine einstellendes Stellelement 14 betätigt. Der Steuereinheit 10 ist über die Eingangsleitungen 16 bis 18 mit Meßeinrichtungen 20 bis 22 zur Erfassung von Betriebsgrößen von Brennkraftmaschine und/oder Fahrzeug, über die Eingangsleitung 24 mit einer Meßeinrichtung 26 zur Erfassung der Motortemperatur (Kühlwassertemperatur), über eine Leitung 28 mit einer Meßeinrichtung 30 zur Erfassung der Ansauglufttemperatur und über eine Leitung 32 mit einer Meßeinrichtung 34 zur Erfassung der Motordrehzahl verbunden. Die Eingangsleitungen 16 bis 18 führen auf eine Sollwertbildungseinheit 36, deren Ausgangsleitung 38 auf ein Schaltelement 40 führt. In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel führt wenigstens eine der Leitungen 24, 28 und 32 ebenfalls zur Einheit 36. Vom Schaltelement 40 führt eine Leitung 42 zu einer Reglereinheit 44, welcher über eine Leitung 46 die Motordrehzahl zugeführt wird. Ausgangsleitung der Reglereinheit 44 ist die Leitung 12. Die Leitung 24 führt einerseits zu einer Schwellwertstufe 48, andererseits zu einer weiteren Schwellwertstufe 50. Ebenso führt die Leitung 28 zum einen zu einer Schwellwertstufe 52, zum anderen zu einer Schwellwertstufe 54, die Leitung 32 zu einer Schwellwertstufe 56 und zu einer Schwellwertstufe 58. Die Ausgangsleitung 60 der Schwellwertstufe 56 führt auf den inkrementierenden Eingang 62 eines Zählmittels 64, die Ausgangsleitung 66 der Schwellwertstufe 58 auf den dekrementierenden Eingang 68, des Zählmittels 64. Die Ausgangsleitung 70 des Zählmittels 64 führt einerseits zu einer Schwellwertstufe 72, andererseits zu einer weiteren Schwellwertstufe 74. Die Ausgangsleitung 76 der Schwellwertstufe 52, die Ausgangsleitung 78 der Schwellwertstufe 48 und die Ausgangsleitung 80 der Schwellwertstufe 72 führen auf ein logisches UND-Gatter 82, dessen Ausgangsleitung 84 auf den Setzeingang 86 eines eine Flip-Flop-Funktion darstellenden Elements 88 geführt ist. Die Ausgangsleitung 90 der Schwellwertstufe 50, die Ausgangsleitung 92 der Schwellwertstufe 54 sowie die Ausgangsleitung 94 der Schwellwertstufe 74 führen auf ein logisches ODER-Gatter 96, dessen Ausgangsleitung 98 auf den Rücksetzeingang 100 des Elements 88 geführt ist. Die Ausgangsleitung 102 des Elements 88 führt auf das Schaltmittel 40. In seiner zweiten Schaltposition (strichliert dargestellt) verbindet dieses die Leitung 42 mit einer Leitung 104, welche von einem Speicherelement 106 zur Speicherung der Solleerlaufdrehzahl Nsollheiß im Heißleerlaufzustand ausgeht. Ferner geht von der Leitung 70 eine Leitung 108 zu einem Speicherelement 110, in dem der Ausgangswert des Zählmittels 64 zu vorgegebenen Zeitpunkten (symmbolisiert durch das Schaltmittel 112) gespeichert wird. Bei Einschalten der Zündung wird dieser dauerhaft gespeicherte Wert über die Leitung 114 in Zählmittel 64 geladen.

[0014] Im Normalbetrieb der in Figur 1 dargestellten Steuervorrichtung bildet die Sollwertbildungseinheit 36 abhängig von den zugeführten Betriebsgrößen wie Getriebestellung, Batteriespannung, etc. sowie Betriebsgrößen wie Motordrehzahl, Kühlwassertemperatur und Ansauglufttemperatur einen Leerlaufdrehzahlsollwert NSoll, welcher von der Reglereinheit, beispielsweise einem PID-Regler, unter Vergleich mit der Istdrehzahl durch Betätigen des Stellelements 14 eingestellt wird. Im sogenannten Heißleerlauf wird das Schaltmittel 40 unter nachfolgend beschriebenen Bedingungen in die strichliert dargestellte Position geschaltet und die Leerlaufdrehzahl auf der Basis des für diesen Betriebszustand vorgesehenen Sollwertes eingestellt.

[0015] Die Umschaltung auf den gegenüber dem Drehzahlsollwert im Normalbetrieb betragsmäßig höheren Sollwert im Heißleerlauf erfolgt dann, wenn ein Absinken des Öldrucks auf niedrige Werte droht. Dies wird erkannt, wenn ein Ansteigen der Öltemperatur über einen vorgegebenen Schwellwert berechnet wird. Das Umschaltsignal wird dann gebildet, wenn die Motortemperatur und die Ansauglufttemperatur oberhalb vorgegebener Grenzwerte liegen und - im einfachsten Fall - der Motor für eine vorgegebene Zeit mit einer Drehzahl oberhalb einer Grenzdrehzahl betrieben wird. Dabei wird bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Zeit, die der Motor unterhalb der Grenzdrehzahl betrieben wird, mitberücksichtigt und so als ergänzendes Kriterium die Abkühlung des Öls bei Unterschreiten der Grenzdrehzahl durch Abziehen dieser Zeit herangezogen.

[0016] Wenn die Steuereinheit 10 erstmalig nach Unterbrechen der Stromversorgung in Betrieb genommen wird (sog. Urstart), wird das Zählmittel 64 initialisiert, vorzugsweise auf den Wert 0 gesetzt. Überschreitet die Istdrehzahl den in der Schwellwertstufe 56 vorgegebenen Grenzwert (z.B. 4000 Umdr./min), wird der Zählwert des Zählmittels in regelmäßigen Zeitabständen (z.B. 10 sec) inkrementiert, vorzugsweise um 1 erhöht. Unterschreitet die Istdrehzahl den in der Schwellwertstufe 58 vorgegebenen Grenzwert, der vorzugsweise mit dem in der Schwellwertstufe 56 vorgegebenen Grenzwert identisch ist, so wird der Zählwert des Zählmittels 64 in regelmäßigen Zeitabständen (z.B. 10 sec) dekrementiert, vorzugsweise um 1 erniedrigt. Der so gebildete Zählwert Z wird über die Leitung 70 abgegeben und zu vorbestimmten Zeitpunkten dauerhaft im Speicherelement 110 gespeichert. Bei einem Normalstart der Brennkraftmaschine wird der im Speicherelement 110 dauerhaft gespeicherte Zählwert in das Zählmittel 64 geladen. Es wird also immer vom gespeicherten Zählwert ausgegangen. Der Zählwert Z ist ein Maß für eine von der Motordrehzahl Motorlast abhängige Zeitdauer. Die Zeitdauer wird ermittelt aus der Zeit, für die die Drehzahl vorbestimmte Schwellwerte überschritten hat, vermindert um die Zeit, für die die Maschine unterhalb des Grenzwerts betrieben wird. Sie stellt also ein Maß dar für die Zeit, für die der Motor mit hoher Drehzahl betrieben wird. Zu beachten dabei ist, daß der Zählwert auf einen Minimal- und Maximalwert begrenzt ist.

[0017] In den Schwellwertstufen 48, 52 und 72 werden die zugeführten Werte der Kühlwassertemperatur Tmot, der Ansauglufttemperatur TANS sowie des Zählwerts Z mit vorgegebenen Schwellwerten verglichen und bei Überschreiten des jeweiligen Schwellwerts über die Leitungen 76, 78 und 80 ein entsprechendes Signal abgegeben. Überschreiten alle drei Betriebsgrößen den jeweils vorgegebenen Schwellwert, erzeugt das logische UND-Gatter 82 ein entsprechendes, das Element 88 setzendes Signal über die Leitung 64. Entsprechend ändert das Element 88 sein Ausgangssignalpegel auf der Leitung 102 und führt zur Umschaltung des Schaltmittels 40. Der Betriebszustand Heißleerlauf wird also erkannt, wenn die Motortemperatur, die Ansauglufttemperatur vorbestimmte Schwellwerte überschreiten sowie die Drehzahl für eine bestimmte Zeitdauer oberhalb eines Schwellwertes lag. Mit anderen Worten wird die Zeitdauer, für die die Drehzahl oberhalb der Grenzdrehzahl lag, mit einer Schwelle verglichen, die abhängig von der Geschichte des zeitlichen Drehzahlverlaufs ist. Beispiele für die Grenzwerte in einem Ausführungsbeispiele sind 4800 Umdr/min für die Drehzahl, 100°C.für die Motor-, 60°C für die Ansauglufttemperatur. Der Grenzzählwert wird beispielsweise bei ständig hoher Drehzahl nach 15 min erreicht.

[0018] Dabei ist zu erwähnen, daß der Zählbereich des Zählmittels 64 durch Maximal- und Minimalwerte begrenzt ist und daß ein Setzen des Betriebszustandes Heißleerlauf nur außerhalb der Startphasen vorgenommen werden kann. Das Element 88 wird mit jedem Start der Brennkraftmaschine zurückgesetzt, um einen definierten Ausgangspunkt zu schaffen.

[0019] Unterschreiten die dargestellten Betriebsgrößen Kühlwassertemperatur, Ansauglufttemperatur und Zählwert, die in den Schwellwertstufen 50, 54 und 74 vorgegebenen Schwellwerte, erzeugt die jeweilige Schwellwertstufe ein entsprechende Signalpegel auf den Leitungen 90, 92 und 94. Das logische ODER-Gatter 96 erzeugt dann ein Ausgangssignal auf der Leitung 88, welches zum Rücksetzen des Elements 88 und zum Schalten des Schaltmittels 40 in die durchgezogene Stellung führt, wenn wenigstens eines der angegebenen Betriebsgrößen den vorgegebenen Schwellwert unterschreitet. Dann wird der Betriebszustandheißleerlauf als beendet erkannt.

[0020] Neben der in Fig. 1 dargestellten Ausgestaltung kann der Fachmann die erfindungsgemäße Vorgehensweise auch mit anderen Schaltelementen realisieren und die gewünschte Funktion erlangen.

[0021] Figur 2 zeigt ein Flußdiagramm der erfindungsgemäßen Vorgehensweise als Realisierungsbeispiel im Rahmen eines Rechnerprogramms. Der in Figur 2 dargestellte Programmteil wird dabei zu vorgegebenen Zeitpunkten aufgerufen. In einem Ausführungsbeispiel hat sich als geeigneter Wert die Aufrufung des Programmteils alle 10 Sekunden bewährt. Nach Start des Programmteils wird in einem ersten Schritt 200 anhand einer Marke abgefragt, ob eine Urstartbedingung vorliegt. Ist dies der Fall, wird gemäß Schritt 202 der Zählerwert Z auf 0 gesetzt. Liegt keine Urstartbedingung vor, wird der abgespeicherte Zählerwert Z im Schritt 201 geladen. Nach Schritt 201 oder 202 wird im Schritt 204 Kühlwassertemperatur Tmot, Motordrehzahl Nist und Ansauglufttemperatur TANS eingelesen und im darauffolgenden Abfrageschritt 206 abgefragt, ob die Istmotordrehzahl einen vorgegebenen Schwellwert N0 überschritten hat. Ist dies der Fall, wird im Schritt 208 der Zähler inkrementiert, das heißt um 1 erhöht, und ggf. im darauffolgenden Schritt 210 auf seinen Maximalwert Zmax begrenzt. Ist die Motordrehzahl kleiner oder gleich des vorgegebenen Schwellwertes N0, wird im Schritt 212 der Zähler dekrementiert, das heißt der Zählwert Z um 1 erniedrigt und im darauffolgenden Schritt 214 ggf. auf den Minimalwert Zmin begrenzt. Danach wird im Abfrageschritt 216 überprüft, ob die Kühlwassertemperatur einen Schwellwert Tmot0 überschritten hat, die Ansauglufttemperatur einen Schwellwert TANS0 überschritten hat und der Zählerwert größer als ein Zählerschwellwert Z0 ist. Liegen alle diese Bedingungen gleichzeitig vor, so wird im Schritt 218 eine Marke für den Betriebszustand des Heißleerlaufs gesetzt. Dies führt im Programm der Leerlaufdrehzahlregelung dazu, daß der Leerlaufdrehzahlsollwert NSoll durch den für diesen Betriebszustand vorgegebenen Sollwert NSollheiß ersetzt wird. Nach dem Schritt 218 wird im Schritt 220 der vorliegende Zählerwert dauerhaft gespeichert und der Programmteil beendet. Wird im Schritt 216 festgestellt, daß die drei Bedingungen nicht gleichzeitig vorliegen, so wird im Abfrageschritt 222 überprüft, ob die Kühlwassertemperatur kleiner als ein Schwellwert (Tmot0 - deltal) oder die Ansauglufttemperatur kleiner als ein Schwellwert (TANS0 - delta2) oder der Zählwert Z kleiner als ein vorgegebener Schwellwert (Z0 - delta3) ist. Ist dies nicht der Fall, hat sich am aktuellen Betriebszustand der Brennkraftmaschine nichts geändert, so daß mit Schritt 220 und der Speicherung des Zählwerts Z fortgefahren wird. Ist eine der im Schritt 222 überprüften Bedingungen erfüllt, so wird im Schritt 224 das Verlassen des Betriebszutandes Heißleerlauf bzw. der Normalbetriebszstand der Leerlaufregelung erkannt und die Heißleerlaufmarke entsprechend verändert bzw. auf ihrem bisherigen Wert gehalten. Dies führt im Programm der Leerlaufdrehzahlregelung dazu, daß der von Betriebsgrößen abhängige Leerlaufdrehzahlsollwert NSoll der Regelung zugrundegelegt wird. Nach Schritt 224 wird der Zählwert gespeichert und der Programmteil beendet.

[0022] Es ist vorteilhaft , den Leerlaufdrehzahlsollwert Nsoll nach dem Verlassen des betriebszustandes Heißleerlauf erst im nächsten Leerlaufzyklus einzustellen, so daß der Fahrer in einem Leerlaufzyklus keine Drehazhländerung bemerkt.

[0023] Zusammenfassend ist festzustellen, daß der Betriebszustand Heißleerlauf dann erkannt wird, wenn die Motortemperatur und die Ansauglufttemperatur und der Zeitdauer, für die die Drehzahl oberhalb einer Grenzdrehzahl sich befand, jeweils vorgegebene Schwellwerte überschreiten. Der Betriebszustand Heißleerlauf wird nicht erkannt bzw. als verlassen angesehen, wenn die Motortemperatur oder die Ansauglufttemperatur oder die Zeitdauer unterhalb jeweils vorgegebener Schwellwerte liegen. Heißleerlauf wird erkannt, wenn beispielsweise bei gleichzeitigem Vorliegen der anderen Bedingungen die Drehzahl lange Zeit über der Schwelle liegt Dabei ist zwischen den Schwellwerten eine Hysterese vorgesehen, um ein ständiges Schalten zu vermeiden.

Ansprüche

1. Verfahren zur Einstellung des Leerlaufs einer Brennkraftmaschine, wobei bei heißer Brennkraftmaschine die Leerlaufdrehzahl erhöht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebszustand der heißen Brennkraftmaschine mit Überschreiten einer Öltemperaturschwelle, bei der der Öldruck zu niedrig werden kann, als erreicht angesehen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Überschreiten der Öltemperaturschwelle dann angenommen wird, wenn die Motortemperatur, die Ansauglufttemperatur und die Zeitdauer, für die der Motor mit einer Motordrehzahl oberhalb einer Grenzdrehzahl betrieben wurde, vorbestimmte Grenzwerte überschreiten.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer von der Zeitdauer, für die der Motor mit einer Motordrehzahl oberhalb einer Grenzdrehzahl betrieben wurde, agezogen wird, für die sich die Drehzahl unterhalb der Grenzdrehzahl befindet, so daß das Öl sich abkühlt.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des Drehzahlkriteriums ein Zählwert inkrementiert, bei Unterschreiten der Grenzdrehzahl der Zählwert dekrementiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebszustand mit heißer Brennkraftmaschine dann erkannt wird, wenn der Zählwert einen vorbestimmten Grenzwert und die Motor- und die Ansauglufttemperatur vorbestimmte Schwellwerte überschreiten.

6. Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebszustand mit heißer Brennkraftmaschine dann als nicht erreicht oder als verlassen angesehen wird, wenn die Motortemperatur oder die Ansauglufttemperatur oder Zeitdauer der Überschreitung des Drehzahlgrenzwerts bzw. der Zählwert vorgegebene Schwellwerte unterschreiten.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zählwert dauerhaft zwischengespeichert wird und nach Start der Brennkraftmaschine von dem zwischengespeicherten Zählwert ausgegangen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erstinbetriebnahme der Steuereinheit oder bei Inbetriebnahme nach Abklemmen der Stromversorgung der Zählwert auf einen vorgegebenen Wert, vorzugsweise 0 gesetzt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Leerlaufzustand bei erkanntem Betriebszustand mit heißer Brennkraftmaschine die Leerlaufdrehzhal erhöht wird, bei Verlassen des Betriebszustandes die Drehzahl erniedrigt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl im nächsten Leerlaufzyklus erniedrigt wird.

11. Vorrichtung zur Einstellung des Leerlaufs einer Brennkraftmaschine, mit einer Steuereinheit, welche bei heißer Breunkraftmaschine die Leerlaufdrehzahl erhöht, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, welche den Betriebszustand mit heißer Brennkraftmaschine bei Überschreiten einer Öltemperaturschwelle, bei der der Öldruck zu niedrig werden kann, als erreicht annehmen.

Zeichnung