DE3813390A1 - Verfahren zur steuerung der kraftstoffzufuhr bei einer ein fahrzeug antreibenden brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffzufuhr bei einer ein Fahrzeug antreibenden Brennkraftmaschine gemäß Oberbegriff des Hauptanspruches.

Aus der DE-OS 36 38 474 ist ein gattungsgemäßes Verfahren bekannt, bei welchem eine in der Abgasleitung der Brenn­ kraftmaschine angeordnete Meßeinrichtung ein dem Abgas­ trübungsgrad entsprechendes Signal an eine elektronische Steuereinheit übermittelt, durch welche wiederum bei Vollast der Brennkraftmaschine die einzuspritzende Kraft­ stoffmenge derart begrenzt wird, daß ein vorgegebener Grenzwert für den Rußpartikelausstoß nicht überschritten wird, gleichzeitig aber immer noch ein optimales Lei­ stungsangebot zur Verfügung steht.

Damit die Abgastrübung auch im Instationärbetrieb der Brennkraftmaschine keine zu hohen Werte annehmen kann, wird in der DE-OS 32 04 804 vorgeschlagen, bei der Auswahl des Minimalwertes für die Kraftstoffeinspritzung unter anderem auch die zeitliche Änderung der Brennkraftmaschi­ nendrehzahl zu berücksichtigen.

Beide Verfahren haben jedoch den Nachteil, daß im Falle eines erhöhten zu überwindenden Fahrwiderstandes wie z. B. bei größeren Fahrbahnsteigungen, die maximale Leistung der Brennkraftmaschine, die ohne eine Begrenzung der Vollast­ einspritzmenge möglich wäre, unerreichbar ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der im Oberbegriff des Hauptanspruches be­ schriebenen Art aufzuzeigen, mit welchem die Schadstoff­ emission möglichst gering gehalten wird, dennoch aber bei erhöhten Fahrwiderständen die Maximalleistung der Brenn­ kraftmaschine erreichbar bleibt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Hauptanspruches gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, daß während des normalen Fahrbetriebes ständig eine Begrenzung der Kraft­ stoffmenge im Vollastbereich gegeben ist, wodurch gerade die in höheren Lastbereichen überproportional ansteigende Schadstoffemission auf ein Minimum reduziert wird. Ist jedoch aufgrund erhöhter Fahrwiderstände, z. B. an Stei­ gungen oder bei hohen Zuladungen, selbst bei Vollastvor­ gabe die von der Brennkraftmaschine abgegebene Leistung nicht mehr ausreichend, so erfolgt eine Aufhebung dieser Kraftstoffmengenbegrenzung. Auf diese Aufhebung hat der Fahrer selbst jedoch keinerlei Einfluß, da diese aus­ schließlich beschleunigungsabhängig gesteuert wird. Eine versehentliche Freigabe der maximalen Kraftstoffmenge bei geringeren Fahrwiderständen, also dann, wenn auch mit begrenzter Vollastmenge eine ausreichende Leistung zur Verfügung steht, ist damit ausgeschlossen.

Die permanente Begrenzung der Brennkraftmaschinenleistung bei Vollast im normalen Fahrbetrieb führt bei einem Anfahrvorgang aufgrund eines verringerten Anfahrschlupfes nebenbei noch zu einer Reduzierung des Reifenverschleißes. Gleichzeitig wird beim Anfahren unter Vollastvorgabe eine Verbesserung des Fahrkomforts erzielt, denn die jetzt reduzierte Maximalleistung führt zwangsläufig auch zu einer Verringerung des Beschleunigungsstoßes beim Anfahren aus dem Stillstand. Selbstverständlich ist durch die Begrenzung der Vollastmenge auch eine Kraftstoffersparnis gegeben.

Mit der Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 2 ist eine optimale Anpassung des die Aufhebung der Leistungs­ begrenzung festlegenden Beschleunigungsgrenzwertes an die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit und an die aktuelle Brennkraftmaschinendrehzahl möglich.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und vorteilhafte Ausgestaltungen hierzu sind den übrigen Unteransprüchen zu entnehmen.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausfüh­ rungsbeispieles dargestellt. Im einzelnen zeigt:

Fig. 1 eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Prinzipskizze und

Fig. 2 die Funktionsweise der in Fig. 1 mit be­ zeichneten Steuereinheit.

Fig. 1 zeigt eine ein nicht dargestelltes Fahrzeug antreibende Dieselbrennkraftmaschine 1, an der eine von ihr angetriebene Einspritzpumpe 2 mit einem Drehzahlregler 3 angeordnet ist. An dem Drehzahlregler 3 ist ein Ver­ stellhebel 4 vorgesehen, welcher über ein Gestänge 5 mit einem vom Fahrer aus betätigbaren Fahrpedal 6 verbunden ist. Der Übersichtlichkeit wegen wurde auf die vollstän­ dige Darstellung dieses Gestänges 5 verzichtet. Über das Fahrpedal 6 bzw. über den Verstellhebel 4 erfolgt die vom Fahrer gewählte Vorgabe der Brennkraftmaschinenlast. Dabei wird in bekannter Weise unter Mitberücksichtigung der Brennkraftmaschinendrehzahl n eine an der Einspritzpumpe 2 angeordnete Regelstange 7, deren Stellung ein Maß für die Kraftstoffeinspritzmenge darstellt, zwischen einer Mini­ malstellung und einer Vollastanschlagstellung A oder B ausgelenkt. Eine mögliche Auslenkung nur bis zur Vollast­ anschlagstellung A, also eine Begrenzung der Vollastein­ spritzmenge ist erfindungsgemäß im normalen Fahrbetrieb vorgesehen und eine Auslenkung bis hin zur gestrichelt dargestellten Stellung B dann, wenn von dem Fahrzeug ein erhöhter Fahrwiderstand zu überwinden ist. Die Feststel­ lung der zu überwindenden Fahrwiderstände erfolgt über die aktuelle Fahrzeugbeschleunigung a bei Vollastvorgabe. Hierzu ist an dem Fahrpedalanschlag ein sogenannter Kick-down Schalter 8 angeordnet, welcher seinen Zustand über eine Meßwertleitung 9 an eine elektronische Steuer­ einheit 10 übergibt. Dieser Steuereinheit 10 wird ferner über einen Sensor 11 und eine Meßwertleitung 12 ein der Drehzahl eines angetriebenen Fahrzeugrades 13, damit also ein der Fahrzeuggeschwindigkeit v entsprechendes Signal und über den Sensor 14 und die Meßwertleitung 15 ein der aktuellen Brennkraftmaschinendrehzahl n entsprechendes Signal zugeführt. In Abhängigkeit der ihr zugeführten Signale erzeugt die Steuereinheit 10 ein Stellwertsignal, welches über die Steuerleitung 16 eine an der Einspritz­ pumpe 2 angeordnete Stelleinrichtung 17 zur Verschiebung des Vollastanschlages zwischen der Stellung A (begrenzte Vollastmenge) und der Stellung B (maximale Vollastmenge) in der in Fig. 2 dargestellten Art und Weise ansteuert.

Die Steuerung wird mit dem Start der Brennkraftmaschine aktiviert (Fig. 2). Im Eingabeblock 18 erfolgt die Übernahme des aktuellen Zustandes des Kick-down Schalters 8. Ist dieser nicht betätigt (Verzweigungsblock 19), liegt also von dem Fahrpedal 6 aus keine Vollastvorgabe vor, so verzweigt die Steuerung zu ihrem Ausgangspunkt 20. Im Falle eines nicht betätigten Kick-down Schalters 8 ist der Vollastanschlag der Regelstange 7 immer in der die Kraft­ stoffeinspritzmenge begrenzenden Stellung A. Liegt eine Vollastvorgabe vor (Verzweigungsblock 19), so erfolgt im anschließenden Block 21 die Ermittlung der aktuellen Fahrzeugbeschleunigung a. Dies geschieht mit Hilfe eines in der Steuereinheit 10 integrierten Zeitgebers, indem jeweils immer zu Beginn und am Ende einer vorgegebenen Zeitspanne T _m die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit v eingelesen (Block 22 und Verzweigungsblock 23) und abge­ speichert (Block 24) wird. Durch Bildung der Differenz aus diesen beiden Geschwindigkeiten v _m und v _m-1 und Division durch die Zeitspanne T _m ergibt sich die aktuelle Fahr­ zeugbeschleunigung a (Block 24). Nach der Bestimmung des Wertes a wird in Block 25 aus einem im Festwertspeicher der Steuereinheit 10 abgelegten Kennfeld 26 für die gerade aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit v und die gerade aktuelle Brennkraftmaschinendrehzahl n, welche ebenfalls zuvor im Block 22 eingelesen wurde, ein Grenzwert a _G für die Fahrzeugbeschleunigung ermittelt, unterhalb derer die Begrenzung der Vollasteinspritzmenge aufgehoben wird. Selbstverständlich kann der jeweilige Grenzwert a _G auch nach einer vorgegebenen Funktion in Abhängigkeit der genannten Parameter berechnet werden. Im Verzweigungsblock 27 folgt nun die Abfrage, ob die aktuelle Fahrzeugbe­ schleunigung a größer oder gleich dem Grenzwert a _G ist. Wenn nicht, also wenn die Fahrzeugbeschleunigung a auf­ grund höherer Fahrwiderstände unterhalb des Grenzwertes a _G liegt, erfolgt über den Ausgabeblock 28 eine entsprechende Ansteuerung der Stelleinrichtung 17, wodurch der Vollast­ anschlag in die Stellung B, d. h. in die die maximale Kraftstoffeinspritzmenge zulassende Stellung überführt wird. In dieser Stellung B bleibt der Vollastanschlag nun so lange, bis die Abfrage, ob der Kick-down Schalter 8 noch betätigt ist (Eingabeblock 29 und Verzweigungsblock 30) mit nein beantwortet wird oder im Falle eines ge­ schlossenen Kick-down Schalters bis wieder eine Beschleu­ nigung a vorliegt, die größer oder gleich dem Grenzwert a _G ist (Block 27). Bei geöffnetem Kick-down Schalter 8 (Block 30) verzweigt die Steuerung direkt zu dem Punkt 31, wonach die Stelleinrichtung 17 den Vollastanschlag wieder in die Stellung A, d. h. in die die Vollastmenge begrenzende Stellung überführt (Ausgabeblock 32). Bei noch geschlos­ senem Kick-down Schalter 8 (Block 30) erfolgt, um laufend die aktuelle Beschleunigung a ermitteln zu können (Block 21), zuerst ein Rücksprung zum Eingabeblock 22 zur erneu­ ten Eingabe von v und n.

Ist die aktuelle Fahrzeugbeschleunigung a größer oder gleich dem Grenzwert a _G (Verzweigungsblock 27), bleibt der Vollastanschlag in der Stellung A bzw. wird in diese Stellung A überführt, falls er noch in der Stellung B steht. Hieran im Anschluß erfolgt ein Rücksprung zum Ausgangs­ punkt 20 zur erneuten Eingabe des aktuellen Zustandes des Kick-down Schalters 8.

Infolgedessen, daß der Grenzwert a _G in Abhängigkeit sowohl der Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. der Raddrehzahl als auch der Brennkraftmaschinendrehzahl ermittelt wird, ist die jeweilige Getriebeübersetzung bei der Bestimmung des Grenzwertes automatisch mitberücksichtigt, denn das Verhältnis aus der Raddrehzahl und der Brennkraftmaschinendrehzahl liefert eine direkte Aussage über die gerade gefahrene Übersetzung. Anstelle der Erfassung der Brennkraftmaschinendrehzahl n (Block 22, Fig. 2) ist es in diesem Zusammenhang selbstverständlich auch möglich, die gerade gewählte Übersetzung mittels eines geeigneten Meßfühlers am Schalt- oder Wählhebel des Fahrzeuges direkt an die Steuereinheit zu übergeben.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es ebenso denkbar, mehrere aktuelle Beschleunigungswerte in Folge zu ermitteln, daraus den Mittelwert zu bilden und dann erst die Stelleinrichtung 17 (Fig. 1) entsprechend anzusteu­ ern. Damit kann z. B. ein sofortiges, unerwünschtes Ansprechen der Stelleinrichtung auf einen zufällig außer­ halb der Meßtoleranz liegenden Meßwert verhindert werden.

Die Steuerung sieht ferner vor, beim Ausfall eines Meß­ fühlers die Vollasteinspritzmenge bis zur Wiederherstel­ lung seiner Funktionsfähigkeit ständig begrenzt zu halten. Es ist damit ein schadstoffarmer Notfahrbetrieb gewähr­ leistet. Der Ausfall eines Sensors kann über eine Kon­ trollampe am Armaturenbrett des Fahrzeuges signalisiert werden.

Die Erfindung beschränkt sich nicht ausschließlich nur auf eine Aufhebung der Leistungsbegrenzung unter Vollastvor­ gabe, sondern es ist genauso möglich die Leistungsbegren­ zung bei Erreichen eines vorgegebenen Grenzwertes für die Lastvorgabe aufzuheben. Dabei kann anstelle eines Kick- down Schalters auch ein geeigneter, die Fahrpedal- oder die Verstellhebelauslenkung erkennender Sensor eingesetzt werden, dessen Meßsignale an die Steuereinheit übergeben werden, welche dann letztendlich bei Erreichen des vorge­ gebenen Grenzwertes für die Lastvorgabe die Aufhebung der Begrenzung der Kraftstoffeinspritzmenge veranlaßt. Natür­ lich gilt in diesem Fall ebenfalls, daß eine Aufhebung der Leistungsbegrenzung nur dann in Frage kommen, wenn ein zugehöriger Grenzwert für die Fahrzeugbeschleunigung bereits unterschritten ist.

Um eine weitere Verbesserung des Fahrkomforts zu errei­ chen, ist es ebenso denkbar, eine stufenlose Begrenzung der Vollasteinspritzmenge vorzusehen, indem der Vollast­ anschlag je nach Fahrzustand jede Stellung zwischen A und B einnehmen kann.

Für den Fall, daß an jedem Fahrzeugrad ein dessen Drehzahl erfassender Sensor angeordnet ist, kann das erfindungsgemäße Verfahren ohne größeren Aufwand für die Anpassung der Steuerung auch zur Regelung des Antriebs­ schlupfes eingesetzt werden.

Claims (5)

1. Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffzufuhr bei einer ein Fahrzeug antreibenden Brennkraftmaschine, bei welchem die Kraftstoffmenge in höheren Lastbereichen begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzung der Kraftstoffmenge unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes (a _G ) für die Fahrzeugbeschleuni­ gung aufgehoben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzwert (a _G ) für die Fahrzeugbeschleunigung in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit (v) und der Brennkraftmaschinendrehzahl (n) aus einem Kennfeld (26) ermittelt wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit einer elektronischen Steuereinheit, welcher ein der aktuellen Lastvorgabe entsprechendes Signal zugeführt wird und welche ein Stellwertsignal zur Betätigung einer die Kraftstoffzuführmenge bestimmenden Stelleinrichtung erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuereinheit (10) zur Ermittlung der aktuellen Fahrzeugbeschleunigung (a) ferner ein der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit (v) entsprechendes oder ein der aktuellen Brennkraftmaschinendrehzahl (n) entsprechendes Signal zugeführt wird, daß in einem Festwertspeicher der Steuereinheit (10) ein fahrzeuggeschwindigkeits- und brennkraftmaschinendrehzahlabhängiges Kennfeld (26) zur Ermittlung des jeweiligen Grenzwertes (a _G ) für die Fahr­ zeugbeschleunigung abgelegt ist und daß das Stellwertsig­ nal die Stelleinrichtung (17) derart ansteuert, daß bei Vollast der Brennkraftmaschine (1) und bei Fahrzeugbe­ schleunigung (a), die unterhalb des jeweiligen aus dem Kennfeld (26) ermittelten Grenzwertes (a _G ) liegen, die maximale Kraftstoffmenge zugeführt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuereinheit (10) über eine elek­ trische Signalleitung (9) mit einem vom Fahrpedal (6) aus betätigbaren Kick-down Schalter (8) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit (v) ent­ sprechende Signal über einen an einem Rad (13) des Fahr­ zeuges angeordneten Sensor (11) abgegriffen und über eine Meßwertleitung (12) an die elektronische Steuereinheit (10) übergeben wird.