-
Verfahren zur Regelung der Temperatur der
-
Ansaugluft für Verbrennungsmotoren Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Regelung der Temperatur der Ansaugluft für Verbrennungsmotoren nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
-
Eine derartige Regelung der Temperatur der Ansaugluft ist bereits
aus der DE-AS 20 17 983 bekannt. Hierbei erfolgt die Verstellung der Steuerklappe
durch einen elektrisch in Abhängigkeit der Mischlufttemperatur geheizten Wachsthermostaten.
-
Der so geheizte Wachsthermostat ist in seiner Reaktion auf Temperaturänderungen
äußerst träge. Diese Einrichtung ist daher für die Regelung der Ansaugluft für Verbrennungsmotoren
in keiner Weise hinsichtlich ihrer Funktion befriedigend.
-
Zur Verstellung der Steuerklappe sind im übrigen Membranmotoren bekannt.
Die Betätigung der Membranmotoren erfolgt dabei durch eine Unterdruckleitung, deren
freies Ende im Mischluftstrom einem Bimetallstreifen gegenüber steht. Der letztere
ist dabei so angeordnet, daß er die Unterdruckleitung mehr oder weniger verschließt.
Eine solche Vorrichtung ist jedoch nicht nur recht umständlich in ihrem Aufbau,
sondern auch in ihrem Ansprechverhalten träge, ungenau sowie anfällig gegen Störungen.
-
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein insbesondere
reaktionsschnelleres und sichereres Regelverfahren zu schaffen.
-
Gelöst wird diese Aufgabe im wesentlichen bereits durch die Merkmale
des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1.
-
Die Ist-Temperatur T. der Mischluftwird durch einen Temperaturfühler
erfaßt und in ein elektrisches Signal A (Ti) umgesetzt. Die Soll-Temperatur Ts für
die Mischluft wird in Form einer elektrischen Größe B(TS) vorgegeben. Darüberhinaus
wird für die Soll-Temperatur ein Toleranzbereich (Z=Tsmax-Tsmin) ebenfalls als elektrische
Größe vorgegeben. Die elektrischen Größen A(Ti) bzw. B(TS) von Ist- und Soll- Temperatur
der Mischluft werden miteinander verglichen. Eine vorhandene Differenz ist ein Maß
für den tatsächlich vorhandenen Unterschied zwischen Soll- und Ist- Temperatur.
Dieser Unterschied wird in Form eines elektrischen Signals C weitergegeben und mit
einem die momentane Stellung der Steuerklappe in umgeformter GröBe wiedergebenden
Signal D verglichen.
-
Die Umformung der Größe der Winkelstellung der Steuerklappe in das
Signal D erfolgt über ein frei vorgebbares Bildungsgesetz, das in einem die Steuerklappenstellung
in eine elektrische Größe umwandelnden Umformer variabel eingearbeitet ist. Das
Bildungsgesetz ist dabei eine Funktion aus den Winkelwerten der Steuerklappenstellung
und den Temperaturwerten in dem frei vorgebbaren Toleranzbereich Z der Mischlufttemperatur.
Die Funktion kann z.B. eine Gerade 0 sein, wie sie in Fig.1, die ein Diagramm mit
den auf der Abszisse aufgetragenen Temperaturwerten aus dem Toleranzbereich Z und
auf der Ordinate aufgetragenen Winkelwerten der möglichen Steuerklappenstellungen
zeigt, dargestellt ist.
-
Die Funktion der Geraden ist bei einem vorgegebenen Toleranzbereich
Z1 für die Soll-Temperatur zwischen den Grenztemperaturen Tsmax 1 und Tsmin 1 sowie
bei einer möglichen Verstellbarkeit der Steuerklappe zwischen den Winkelni max und
cS min durch die beiden Punkte mit den Koordinaten α max/Tsmin und i min/Tsmax
1 festgelegt. Je nach Vorgabe des Toleranzbereiches nimmt diese Gerade eine andere
Lage ein, indem sie jeweils durch die entsprechenden punkte mit geänderten Koordinaten
CC min/Tsmin und g ma-=/Tsmax gebildet wird. Bei Verwendung der Punkte mit den Koordinaten
oC max/Tsmin 2 und o& min/Tsmax 2 ergibt sich die Gerade P, die für einen gegenüber
Z1 eingeschränkten Toleranzbereich Z2 gilt. Die das Bildungsgesetz für die Darstellung
des Steuerklappenwinkels bildende Funktion kann wie beschrieben linear sein, oder
aber auch exponentiell. Lediglich ihre Endpunkte müssen durch die obengenannten
Koordinaten festgelegt sein. Durch die einmal für eine Regeleinrichtung getroffene
Festlegung eines Bildungsgesetzes durch Vorgabe einer bestimmten Funktion mit den
zuvor genannten Randbedingungen ist jedem Winkels α der Steuerklappe ein bestimmter
Temperaturwert innerhalb des Toleranzbereiches Z in Form einer elektrischen Größe
zugeordnet. Ist die Gerade O als Funktion gewählt, so entsprechen z.B. den Winkeln
« i und ii die Temperaturen Tk bzw. Tkk.
-
Aus dem Vergleich der Signale C und D resultiert ein Vergleichssignal
E, das bei ungleichen Signalen von C und D einem Elektromotor zur Verstellung der
Steuerklappe Energie zuführt und zwar in der Weise, daß das Ergebnis aus der Differenz
aus Soll-Temperatur T c Ist-Temperatur Ti 5 ( # Ti = T5 Ti) der Mischluft in Richtung
auf das Ergebnis des aus T5 und der sich mit dem Bildungsgesetz aus der tatsächlichen
Steuerklappen-Winkelstellung umgerechneten Temperatur ergebenden Differenza Tk =
T5 Tk angenähert wirdt
durch entsprechende Verstellung der Steuerklappe.
Durch die Verstellung nimmt die Klappe eine neue Winkelstellung ii ii ein, wodurch
gleichzeitig die Mischluft-Temperatur eine neue Ist-Temperatur Tii erhält. Diese
neue Temperatur Tii wird nun wiederum als Signal C mit dem neuen Signal D verglichen.
Sind wie in dem Diagramm nach Fig.1 die Ergebnisse aus z Tii und d T gleich, so
ist eine Lage der Steuerklappe erreicht, bei her unter den gerade an den Eintrittsöffnungen
des Ansaugkanalsystems herrschenden Temperatur- und Strömungsbedingungen die Mischluft-Temperatur
im Soll-Temperaturbereich Z liegt. In dieser Situation erhält der Stellmotor der
Steurklappe ein Signal E, das ihm keine Verstellenergie zuführt, d.h. der Stellmotor
ist in diesem Zustand stromlos.
-
Die Toleranzbereiche Z können mit dem erfindungsgemäßen Regelverfahren
auf Temperaturdifferenzen von weniger als 1,5°C und vorzugsweise sogar auf Werte
zwischen 0,5 und 1,00 C eingeschränkt werden.
-
Bei den bisher beschriebenen Ist-Temperaturen T. der Mischluft lagen
diese jeweils innerhalb des vorgegebenen Toleranzbereiches Z. Für den Fall, daß
diese - wie üblich - auch außerhalb dieses Bereiches zu liegen kommen, ist die Regeleinrichtung
zweckmäßigerweise mit einer sogenannten Begrenzungsstufe für das Signal C versehen.
Diese Begrenzungsstufe ist Gegenstand des Anspruchs 3.
-
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung enthält Anspruch 4, der eine
Notregelung für den Fall eines totalen Ausfalls des die Ist-Temperatur erfassenden
elektrischen Meßwiderstandes widergibt. Bei Ausfall dieses Meßwiderstandes der für
das elektrische Signal A (Ti) die Einnahme eines Wertes nach Null oder unendlich
bedeutet, soll das sich daraus einstellende Signal C dafür sorgen, daß die Steuerklappe
ganz
auf Warmluft "Zu" gestellt wird, um dadurch eine mögliche Uberhitzung
des Motors zu vermeiden.
-
Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt, in der neben
der bereits erläuterten Fig. 1 gezeigt ist in Fig. 2 eine schematische Darstellung
des Ansaugsystems mit Regeleinrichtung, und in Fig. 3 ein Blockschaltbild der Regeleinrichtung.
-
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ansaugsystem strömt durch den Kaltluftstutzen
1 Kaltluft und durch den Warmluftstutzen 2 vom Motor kommend Warmluft. Aus den genannten
beiden Stutzen 1,2 strömt die Luft in einen gemeinsamen Kanal 3. Von dort gelangt
sie durch eine Filtereinrichtung 4 als sogenannte Mischluft durch den Kanal 5 in
den Vergaser des Motors. Das Verhältnis von Kaltluft zu Warmluft-Mengenstrom kann
durch eine Steuerklappe 6 verändert werden. Zu diesem Zweck ist die Steuerklappe
zwischen dem Strömungsquerschnitt der Stutzen 1 und 2 derart verstellbar, daß dadurch
bei Verkleinerung des einen Strömungsquerschnittes gleichzeitig der andere vergrößert
wird und umgekehrt. Angetrieben wird die Steuerklappe durch einen elektrischen Verstellmotor
7. Die Winkellage der Steuerklappe 6 zwischen den Strömungsquerschnitten der Stutzen
1 und 2 gibt ein Winkel ob an. Bei α = 0 ist die Warmluftzufuhr und beict
= 450 ist die Kaltluftzufuhr jeweils vollständig geschlossen. Die Ist-Temperatur
T. der Mischluft wird mit einem elektrischen Temperaturfühler 8 ermittelt und der
Regeleinrichtung9zugeführt.
-
Für die Regelung vorgegeben ist ein Mischluft-Temperatur-Toleranzbereich
Z zwischen Tsmin 1 = 24O C und Tsmax T = 25,50C -. 1 mit Z1 = 1,50C. In der Regeleinrichtung
9 wird eine mittlere 'Pemperatur T5 = 24+ (25,5 -24) = 24,75°C über einen elektrisch
2
Soll-Wertgeber als Signal B (Ts) eingegeben. Das von dem Temperaturfühler
8 kommende die Ist-Temperatur T. der Mischluft repräsentierende Signal A (Ti) wird
in einem Vergleicher 10 verglichen und als Signal C ausgegeben.
-
Die Steuerklappenstellunci wird in einem Signalumformer 11 zu einem
elektrischen Signal D' verarbeitet. Dieses Signal D' wird sodann einem weiteren
Umformer 12 zugeführt, in dem es nach einem anhand von Fig.1 weiter oben beschriebenen
Bildungsgesetz auf ein Signal D transformiert wird. Bei der Transformation nach
der Funktion der Geraden 0 entspricht eine Klappenstellung i i=20° C einertransformiertEnTemperatur
Tk = 24,6°C. Die Ist-Temperatur beträgt T. = 24,50C. Die Differenz z Ti= T5 -Ti
= 0,250C wobei dieser Wert proportional ist dem Wert C = B(TS) -A(Ti).
-
Die Differenz a Tk=Ts Tk= 0,150C, wobei dieser Wert wiederum proportional
D ist. Da ein Vergleicher 13, dem die Signale D und C zugeführt werden, zeigt, daß
z Tk = D kleiner als z Ti = C ist, und # T. an u Tk heranzuführen ist, ergibt sich
ein Winkelstellungswert αii, dem eine transformierte Temperatur Tkk = Tii,
der neuen Isttemperatur der Mischluft, entspricht. In diesem Zustand gemäß dem Punkt
R ist der Stellmotor 7 stromlos.
-
Eine Begrenzungsstufe 14 sorgt dafür, daß aus dem Vergleicher 10 kommende
Signale C, wenn sie aus einer Temperaturdifferenz herrühren, die größer oder kleiner
der Temperaturdifferenz des Toleranzbereiches Z = T5 max -T min = 25,5 - 240C= 1,50C
5 sind, jeweils auf denjenigen Grenzwert Cmax bzw. C min des Toleranzbereiches beschränkt
werden, der dem Wert des Signals C am nächsten kommt. Dadurch ist sichergestellt,
daß die Steuerklappe 6 in ihren Endlagen jeweils kraft- und stromlos an ihren Gegenlagern
anliegt.