DE3243016C2 - Vorrichtung zur Regelung der Temperatur der Ansaugluft für Verbrennungsmotoren - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zur Regelung der Temperatur der Ansaugluft für Verbrennungsmotoren durch Mischen von kalter und vorgewärmter Luft in einem Ansaugkanalsystem mit Hilfe einer in Abhängigkeit der Temperatur der Mischluft elektrisch verstellbaren Steuerklappe werden in Abhängigkeit einer vorgebbaren Mischlufttemperatur-Toleranz und des maximalen Verstellweges der Steuerklappe elektrische Signale nach einem bestimmten beliebig vorgebbaren Bildungsgesetz erzeugt, die zur elektromotorischen Verstellung der Steuerklappe herangezogen werden. Die Verstellung der Steuerklappe erfolgt dabei derart, daß der betreffende Elektromotor bei jeder Ruhelage der Steuerklappe stromlos ist. Stromlos ist der Motor auch bei voll geöffneter oder geschlossener Steuerklappe.

Description

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ten der möglichen Steuerklappenstellungen zeigt, dar- sehen MeBwiderstandes wiedergibt Bei Ausfall dieses

gestellt ist Meßwiderstandes der für das elektrische Signal A (T₁)

Die Funktion der Geraden ist bei einem vorgegebe- die Annahme eines Wertes nach »Null« oder »Unendnen Toleranzbereich Z\ für die Soll-Temperatur zwi- Hch« bedeutet, soll das sich daraus einstellende Signal C sehen den Grenztemperaturen T_Bw*x \ und Τ_Βπώ> ι sowie 5 dafür sorgen, daß die Sieuerklappe ganz auf Warmluft bei einer möglichen Verstellbarkeit der Steuerklappe »Zu« gestellt wird, um dadurch eine mögliche Oberhitzwischen den Winkeln x_max und Xmjn durch die beiden zung des Motors zu vermeiden.

Punkte mit den Koordinaten XmJT_Bmm und XmJT_Bmax ι Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung darge-

f estgelegt Je nach Vorgabe des Toleranzbereiches stellt, in der neben der bereits erläuterten F i g. 1 gezeigt

nimmt diese Gerade eine andere Läge ein, indem sie io ist, in

jeweils durch die entsprechenden Punkte mit geänder- F i g. 2 eine schematische Darstellung des Ansaugsy-

ten Koordinaten Xm_1nIT^i_n und »mJT_Bmvcgebildet wird. stems mit Regelvorrichtung, und in

Bei Verwendung der Punkte mit den Koordinaten Xm_3xI F i g. 3 ein Blockschaltbild der Regelvorrichtung.

T_Bmin2 und a_mJT_B„ax2 ergibt sich eine Gerade P, die für Bei dem in F i g. 2 dargestellten Ansaugsystem strömt

einen gegenüber Z\ eingeschränkten Toleianzbereich 15 durch den Kaltluftstutzen 1 Kaltluft und durch den

Zi gilt Die das Bildungsgesetz Mr die Darstellung des Warmluftstutzen 2 vom Motor kommend Warmluft

Steuerklappenwinkels bildende Funktion kann wie be- Aus den genannten beiden Stutzen 1,2 strömt die Luft

schrieben linear sein, oder aber auch exponentiell. Le- in einen gemeinsamen Kanal 3. Von dort gelangt sie

diglich ihre Endpunkte müssen durch die obengenann- durch eine Filtereinrichtung 4 als sogenannte Mischluft

ten Koordinaten festgelegt sein. Durch die einmal für 20 durch den Kanal 5 in den Vergaser des Motors. Das

eine Regeleinrichtung getroffene Festlegung eines BiI- Verhältnis von Kaltluft zu Waru^uft-Mengenstrom

dungsgesetzes durch Vorgabe einer bestimmten Funk- kann durch eine Steuerklappe 6 verändert werden. Zu

tion mit den zuvor genannten Randbedingungen ist je- diesem Zweck ist die Steuerklappe zwischen dem Strö-

dem Winkel χ der Steuerklappe ein bestimmter elektri- mungsquerschnitt der Stutzen 1 und 2 derart verstellbar,

scher Temperaturwert innerhalb des Toleranzbereiches 25 daß dadurch bei Verkleinerung des einen Strömungs-

Zzugeordnet Ist die Gerade O als Funktion gewählt, so querschnitts gleichzeitig der andere vergrößert wird

entsprechen z. B. den Winkeln x-, und as die Werte T_k und umgekehrt Angetrieben wird die Steuerklappe

bzw. Ta. Durch Bildung der Differenz zwischen 7* und durch einen elektrischen Stellmotor 7. Die Winkellage

T_B ergibt sich der Wert D. der Steuerklappe 6 zwischen den Strömungsquerschnit-

Ein Vergleich der Werte C und D liefert einen Ver- 30 ten der Stutzen 1 und 2 gibt ein Winkel χ an. Bei <*= 0 ist gleichswert E, der bei ungleichen Weiten von C und D die Warmluftzufuhr und bei «=45° ist die Kaltluftzueinem Elektromotor zur Verstellung der Steuerklappe fuhr jeweils vollständig geschlossen. Die Ist-Temperatur Energie zuführt, und zwar in der Weise, daß das Ergeb- 7} der Mischluft wird mit einem elektrischen Temperanis aus der Differenz aus Soll-Temperatur T_B und Ist- turfühler 8 ermittelt und der Regeleinrichtung 9 zuge-Temperatur 7/(^7}= T₈-73 der Mischluft in Richtung 35 führt

auf das Ergebnis des aus Tb und der sich mit dem^Bil- Für die Regelung vorgegeben ist ein Mischluft-Tem-

dungsgesetz aus der tatsächlichen Steuerklappen-Win- peratur-Toieranzbereich Z\ zwischen T_{Bmtt 1} =24* C und

kelstellung umgerechneten Temperatur ergebenden Te₁^_x, =25,5° C mit Z\ = 1,5 K. In der Regeleinrichtung

Differenz AT_k = T_B—T_k~D angenähert wird durch ent- 9 wird eine mittlere Temperatur

sprechende Verstellung der Steuerklappe. 40

Durch die Verstellung nimmt die Klappe eine neue _, _ (25,5 — 24) , „_

Winkelstellung an ein, wodurch gleichzeitig die Misch- ^B ~ ⁺ 2 ⁼ ' luft-Temperatur eine neue Ist-Temperatur 7}, erhält

Diese neue Temperatur 7}, wird nun wiederum als Wert über einen elektrischen Soll-Wertgeber als Wert B (T₈)

C mit dem neuen Wert D verglichen. Sind wie in dem 45 eingegeben. Der von dem Temperaturfühler 8 kommen-

Diagramro nach F L g. 1 die Ergebnisse aus JTn und ΔT_kk de die Ist-Temperatur 7) der Mischluft repräsentierende

gleich, so ist eine Lage der Steuerklappe erreicht, bei Wert A (Ti) wird in einem Vergleicher 10 verglichen und

der unter den gerade an den Eintrittsöffnungen des An- als Signal Causgegeben (F i g. 3).

saugkanalsystems herrschenden Temperatur- und Strö- Die Steuerklappenstellung wird in einem Umformer

mungsbedingungen die Mischluft-Temperatur im Soll- so 11 zu einem elektrischen Wert D' verarbeitet. Dieser

Temperaturbereich Z₁ liegt In dieser Situation erhält Wert O'wird sodann einem weiteren Umformer 12 zu-

der Stellmotor der Steuerklappe ein dem Wert E ent- geführt, in dem er nach einem anhand von F i g. 1 weiter

sprechendes Signal, das ihm keine Verstellenergie zu- oben beschriebenen Biklungsgesetz auf einen Wert D

führt, d.h. der Stellmotor ist in diesem Zustand stromlos. ti ansiormiert wird. Bei der Transformation nach der

Die Toleranzbeireiche Z können mit der erfindungs- 55 Funktion der Geraden O entspricht eine Klappepstel-

gemäßen Regelvorrichtung auf Temperaturdifferenzen lung λ,=20° einer transformierten Temperatur

von weniger als 14 K. und vorzugsweise sogar auf Wer- 7i=24,6°C. Die Ist-Temperatur beträgt 7}=24,5^OC.

te zwischen 0,5 und 1,0 K eingeschränkt werden. Daraus ergibt sich die Differenz

Bei den bisher beschriebenen Ist-Temperaturen 7} der

Mischluft lagen diese jeweils innerhalb des vorgegebe- 60 ΔΤ, — T_B—Ti= 0,25 K nen Töleranzbereiches Z Für den Fall, daß diese — wie

üblich — auch außerhalb dieses Bereiches zu liegen deren Wert proportional ist dem Wert kommen, ist die Regeleinrichtung zweckmäßigerweise

mit einer sogenannten Begrenzungsstufe für den Wert C = B(T_B) — A (Ti).

Cversehen. 65

Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung enthält An- Die Differenz spruch 3, der eine Notirg'elung für den Fall eines totalen

Ausfalls des die Ist-Temperatur erfassenden elektri- AT_k = Tb — Tk = 0,15 K

ist wiederum proportional dem Wert D. Da ein Vergleicher 13, dem die Werte D und C zugeführt werden, zeigt, daß ATk~ Dkleiner als AT,~ Cist, und ATian ATt heranzuführen ist, ergibt sich ein Winkelstellungswert au, dem ein transformierter Temperaturwert TwTn, d. h. derjenige der neuen Ist-Temperatur 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 außerhalb des Toleranzbereiches

Z, - (T_Bm„, - Tüm,n ι) = 25,5 - 24°C = 1,5 K

15

liegen, jeweils auf denjenigen Grenzwert C_m« bzw. C_mm des Toleranzbereiches beschränkt werden, der dem Wert Cam nächsten kommt. Dadurch ist sichergestellt, daß die Steuerklappe 6 in ihren Endlagen jeweils kraft- und stromlos an ihren Gegenlagern anliegt

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims (3)

1 2 ren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Patentansprüche: Eine derartige Vorrichtung ist bereits aus der DE-AS 20 17 983 bekannt Hierbei erfolgt die Verstellung der

1. Vorrichtung zur Regelung der Temperatur der Steuerklappe durch einen elektrisch in Abhängigkeit Ansaugluft für Brennkraftmaschinen, insbesondere 5 der Mischlufttemperatur geheizten Wachsthermostavon Kraftfahrzeugen, durch Mischen kalter und von ten. Bei dem Wachsthermostaten handelt es sich um dem Motor erwärmter Frischluft zu einer der Ver- einen äußerst tragen Stellmotor, mit dem es nicht mögbrennung zuzuführenden Mischluft, bei der in einem lieh ist, Änderungen in den Eigenschaften der zu mi-Ansaugkanal mit zwei getrennten Einlaßöffnungen sehenden Kalt- und Warmluftströme den heutigen Anfür die kalte und die erwärmte Frischluft eine das io forderungen entsprechend schnell genug auszugleichen. Verhältnis der freien Strömungsquerschnitte der Auch ein Ersatz des Wachsthermostaten durch z. B. eibeiden Einlaßöffnungen variierende Steuerklappe nen elektrischen Stellmotor, wie er bei digitalen Wegrevorgesehen ist, die von einem Elektromotor verstell- gelungen aus der Siemens-Zeitschrift, Heft 10, Oktober bar ist, der Bestandteil einer Regeleinrichtung ist, die 60, Seiten 664—671 bekannt ist, würde hier keine befriedadurch gekennzeichnet ist 15 digende Abhilfe schaffen. Denn die durch das Vorhandensein verschiedener voneinander unabhängiger Ein-

(a) daß ein Vergleicher (10) vorgesehen ist zum flußgrößen gegebene Instabilitätsgefahr könnte nur Vergleichen der in elektrische Werte umgewan- durch eine Erhöhung der Trägheit des Regel kieises verdelten Soll- und Ist-Temperaturen (A) der hindert werden. Ein träges Reaktionsverhalten soll aber Miscjiiuft, wobei der Mischluft-Soll-Tempera- 20 gerade vermieden werden.

tur-Wert (B) durch eine beliebig vorgebbare Zur Verstellung der Steuerkiappe sind im übrigen

Bezugstemperatur T_B in einem Temperaturbe- Membranmotoren bekannt Die Betätigung der Memreich (Z) mit Temperaturgrenzwerten Tboöi, branmotoren erfolgt dabei durch eine Unterdrucklei- Tboox festgelegt ist, tung, deren freies Ende im Mischluftstrom einem Bime-

(b) daß jeder Winkelstellung λ der Steuerkiappe (6) 25 tallstreif en gegenübersteht Der letztere ist dabei so annach Umformung in ehjsm Umformer (11) in geordnet, daß er die Unterdruckleitung mehr oder wenieinen elektrischen Wert in einem weiteren Um- ger verschließt Eine solche Vorrichtung ist nicht nur former (12) ein nach einem Bildungsgesetz in recht umständlich in ihrem Aufbau, sondern auch in iheinen elektrischen Wert umgewandelter Tem- rem Ansprechverhalten träge, ungenau sowie anfällig peratur-Wert T_k im Bereich (Z) zugeordnet ist, 30 gegen Störungen.

dessen Abweichung von der Bezugstemperatur Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe

Tb ein elektrischer Wert .0 ist, zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Rege-

(c) daß im Vergleicher (10) aus der Differenz der lung der Temperatur so weiterzubilden, daß die geelektrischen Werte A \κ>\ B ein elektrischer wünschte Ansaugluft-Mischtemperatur rascher und ge-Wert C gebildet wird, und in einer Begren- 35 nauer als bei bekannten Regeleinrichtungen einstellbar zungsstüfc (14) Ti= Tmin, wenn 7} kleiner als T_mi„ ist und Instabilitäten im genannten Regelbereich ver· ist, und Τ,= Tm_1x, wenn 7/größer T_m„ist, gesetzt mieden werden.

werden, und Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung

(e) daß ein weiterer Vergleicher (13) eingebaut ist mit den Merkmalen des kern/zeichnenden Teils des Pain dem nach einem Vergleich der elektrischen 40 tentanspruchs 1.

Werte C und D die elektrische Antriebsenergie Die Ist-Temperatur 7} der Mischluft wird durch einen

für den Stellmotor (7) ermittelt und diesem za- Temperaturfühler erfaßt und in ein elektrisches Signal geführt wird, wobei A (Ti) umgesetzt Die Soll-Temperatur T_B für die Mischluft wird in Form einer elektrischen Größe B(Tb) vorgeil) bei C= D der Stellmotor (7) keine Energie- 45 geben. Darüber hinaus wird für die Soll-Temperatur ein zufuhr erhält so daß die Steuerklappe (6) in Toleranzbereich (Z= Tsmix— T_Bmm ebenfalls als elektriihrer augenblicklichen Stellung verbleibt, sehe Größe vorgegeben. Die elektrischen Größen A (Ti) (2) bei C# D der Stellmotor (7) eine Energie- bzw. B (T_B) von Ist- und Soll-Temperatur der Mischluft zufuhr erhält, so daß die Steuerklappe (6) werden miteinander verglichen. Eine vorhandene Diffeeine Stellung einnimmt bei der die Werte 50 renz ist ein Maß für den tatsächlich vorhandenen Unter-C und,O angenähert sind. schied zwischen Soll- und Ist-Temperatur. Dieser Un-

ierschied wird in Form eines elektrischen Wertes Cwei-

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- tergegeben und mit einem der momentanen Stellung zeichnet, daß die einstellbaren Grenztemperaturen der Steuerklappe zugeordneten elektrischen Wert D Tmin T_max in dem Temperaturbereich (Z) für die 55 verglichen.

Mischluft-Soll-Temperatur um maximal l3 K, vor- Die Umformung der Größe der Winkelstellung der

zugsweise 0,5 bis 1 K auseinander liegen. Steuerklappe in den elektrischen Wert D erfolgt über

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ein frei vorgebbares Bildungsgesetz, das in einem die gekennzeichnet, daß zur Messung der Ist-Tempera- Steuerklappenstellung in eine elektrische Größe umtür Τ, der Mischluft ein temperaturabhängiger elek- &o wandelnden Umformer variabel eingearbeitet ist Das irischer Widerstand dient, der bei Widerstandswer- Bildungsgesetz ist dabei eine Funktion aus den Winkelten von »Null« oder »Unendlich« den Wert C auf werten der Steuerklappenstellung und den Temperatureine solche Größe setzt, daß bei jedem Wert D die werten in dem frei vorgebbaren Toleranzbereich Z der Steuerklappe die Warmluftkanalöffnung verschließt. Mischlufttemperatur. Die Funktion kann z. B. eine Ge-65 rade O sein, wie sie in

F i g. 1 die ein Diagramm mit den auf der Abszisse

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung aufgetragenen Temperaturwerten aus dem Toleranzbeder Temperatur der Ansaugluft für Verbrennungsmoto- reich Zund auf der Ordinate aufgetragenen Winkelwer-