DE3241024C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zur bedarfsabhängigen Ladersteuerung nach der Gattung des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 4.

Es ist bekannt, bei Brennkraftmaschinen Ladereinrichtungen, die also durch Zuführung von unter erhöhtem Druck stehender Luft zu den Brennräumen die von der Brennkraft­ maschine abgegebene Leistung zum Teil erheblich erhöhen können, auch bedarfsabhängig zuzuschalten, beispielsweise bei den aus der Anfangsgeschichte der Kraftfahrtechnik bekannten Kompressormo­ toren. Solche Kompressoren konnten vom Fahrer des Kraftfahr­ zeugs je nach Leistungsbedarf willkürlich zugeschaltet werden, zum überwiegenden Teil allerdings nur kurzzeitig, zur Vermei­ dung von Motorschäden.

Die DE-OS 24 16 287 offenbart eine Ladersteuerung derart, daß sie Ladegebläse-Regelorgane je nach Belastung der Brennkraftmaschine, d. h. bei Leerlauf, Teillast oder Vollast, öffnet oder schließt.

Bei den gegenwärtig verwendeten Ladertypen handelt es sich hauptsächlich um sogenannte Turbolader, die mit hohen Dreh­ zahlen vom Abgas der Brennkraftmaschine angetrieben über ein Turbinenrad der Brennkraftmaschine vorverdichtete Luft zuführen. Nachteilig bei diesen Turboladern ist der relativ abrupte Einsatz ab einer vorgegebenen Drehzahlschwelle, unterhalb welcher die Brennkraftmaschine bei vergleichsweise geringem Wirkungsgrad wegen der niedrigen Anfangsverdichtung keine überzeugende Leistung anbieten kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ladersteuerung zu schaffen, mit der optimale Verhältnisse über alle Lastbereiche auch i. V. mit dem Zu- bzw. Abschalten des Laders erzielbar sind.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einer gattungsgemäßen Einrichtung mit den Merkmalskombinationen der Patentansprüche 1 und 4.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vor­ richtung zur bedarfsabhängigen Ladersteuerung mit den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs bzw. des ersten Vorrichtungsanspruchs haben demgegenüber den Vorteil, daß der Laderbetrieb in den gewünschten Verfügungsbereich des Fahrers eines mit einer solchen Brennkraftmaschine ausgerüste­ ten Kraftfahrzeuge verlagert ist, so daß der Fahrer beispiels­ weise durch Bewegen des Gaspedals in eine Vollastposition den Lader zuschalten kann, andererseits aber der Laderbetrieb für eine vorgebbare Variationsbreite auch nach Rückführung des Gas- oder Fahrpedals in eine mittlere Position beibehalten wird, so daß das Leistungsangebot des zusätzlichen Laders ausgenutzt werden kann und insbesondere ein unangenehmer Zu- bzw. Ab­ schaltbetrieb des Laders vermieden ist. Die Erfindung ermög­ licht also insbesondere auch den willkürlichen, also bedarfs­ abhängigen Laderbetrieb in Zwischenbereichen, wobei im Endeffekt der Fahrer es in der Hand hat, ob er das zusätzliche Leistungsan­ gebot durch den Lader beibehalten oder ohne Lader verbrauchs­ günstig und mit gutem Wirkungsgrad zu fahren wünscht. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und aus den Unteransprüchen, wobei die Abschaltung des Laders nicht bei einer vorgegebenen Zurücknahmeposition der Drosselklappe, also konstanten Drosselklappenwinkel erfolgt, sondern in Abstimmung auf die jeweilige Drehzahl der Brennkraftmaschine.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung darge­ stellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläu­ tert. Es zeigt

Fig. 1 anhand einer schematisierten Diagramm­ darstellung die von einer Brennkraftmaschine abgegebene Leistung über der Drehzahl mit und ohne Lader,

Fig. 2 das von einer Brenn­ kraftmaschine abgegebene Drehmoment über der Drehzahl als Voll­ lastkurve mit Lader, Vollastkurve ohne Lader und als Abschalt­ linie mit Lader,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel vorliegender Er­ findung als Schemaschaltung und

Fig. 4 in einer Ausgestaltung der Erfindung eine variable Ausschaltkurve des Laders in Abhängig­ keit zu Drehzahl und Drosselklappenstellung.

Die Erfindung beruht auf der Grundkonzeption, einen Motor im Bedarfsfall zur Leistungssteigerung über einen (mechanisch) zuschaltbaren Lader aufzuladen. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, einen Motor vorhandener Größe im Hubraum zu reduzie­ ren und eine gewünschte höhere Ausgangsleistung während be­ stimmter Zeiten bedarfsabhängig über den zuschaltbaren Lader zu holen. Bei abgeschaltetem Lager verfügt dann der durch den Einsatz einer solchen Konzeption kleinerer Motor bei gleicher Fahrleistung über einen besseren Wirkungsgrad als der zugrunde­ gelegte Ausgangsmotor, was zu erheblichen Kraftstoffreduzierun­ gen (bis etwa 20%) führt. Wird der Lader beispielsweise dadurch zugeschaltet, daß dem Gas- oder Fahrpedal ein bei Vollast an­ sprechender und dann die Zuschaltung des Laders über eine Ma­ gnetkupplung bewirkender Schalter vorgesehen ist, dann ergibt sich die in Fig. 1 im Kurvenverlauf I dargestellte Motorleistung mit Lader immer nur während der Vollast-Gaspedalstellung. Wird das Gaspedal zurückgenommen, dann ergibt sich entsprechend dem Kurvenverlauf II über den gesamten im Fahrbetrieb verfüg­ baren Motordrehzahlbereich von Leerlaufdrehzahl n_L bis n_max eine, zum Teil wesentlich geringere Motorleistung P_M.

Die Erfindung ermöglicht auch ein Fahren mit Lader, also mit zusätzlich aktiviertem Leistungsvermögen des Motors in einem dazwischenliegenden Leistungsbereich, der sich bei Rücknahme des Gaspedals aus der Vollast- oder Vollgasstellung anbietet.

In Fig. 3 ist die Spule der die Laderzuschaltung bewirkende Magnetkupplung mit S_M bezeichnet. Wird der Spule über einen von einem Relais R betätigten Schalter r1 von einem Spannungs­ anschluß +U_B Versorgungsspannung zugeführt, dann zieht die Ma­ gnetkupplung an und schaltet den Lader ein.

Das Relais R liegt in Reihe mit einem ersten, in der Vollaststel­ lung ansprechenden Gaspedalschalter S1 und einem zweiten Gas­ pedalschalter S2, der sich dann in seinem geschlossenen, strom­ leitenden Zustand befindet, wenn das Gaspedal eine vorgegebene, niedergedrückte Position erreicht und überschritten hat, was einem bestimmten Öffnungswinkel der Drosselklappe von z. B. α₀ = 60 bis 65° entspricht. Schließlich verfügt das Relais R noch über einen zwei­ ten Schalter r2, der als Selbsthaltekontakt parallel zum ersten Gaspedal-Vollastschalter S1 geschaltet ist und diesen daher über­ brücken kann.

Es ergibt sich dann folgende Wirkungsweise, wobei die in Fig. 3 gezeigte Schalterstellung den Betrieb der Brennkraftmaschine mit einer Position des Gaspedals darstellt, die den vorgegebenen Drosselklappenwinkel α₀ überschritten hat, sich jedoch nicht in der Vollastposition befindet.

Das Zuschalten des Laders erfolgt dann über den Schalter S1 am Gaspedal, wenn dieses in die Vollastposition gedrückt wird. Hierdurch ergibt sich auch ein eindeutiger Bezug für den Fahrer; das Relais R wird über die in Reihe geschalteten Schalter S1 und S2 an Spannung gelegt und schließt seinen ersten Schaltkontakt r1. Gleichzeitig hiermit schließt das Relais R seinen Selbsthaltekon­ takt r2, so daß auch ein Abgehen von Vollastposition des Gaspedals möglich ist, ohne daß dies sofort zu einem Abschalten des Laders führt.

Die Abschaltung des Laders erfolgt dann bei einem ersten Ausfüh­ rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dadurch, daß die Gaspedal­ stellung vom Fahrer soweit zurückgenommen wird, wie dies einem Öffnungswinkel von α₀ entsprechend einem Drosselklappenwinkel etwa von 60 bis 65° entspricht. In diesem Fall öffnet der zweite Gaspe­ dalschalter S2 und macht das Relais R spannungslos. Der zunächst als konstant angenommene Drosselklappenwinkel α₀ sollte so gewählt werden, daß, wie in Fig. 2 gezeigt, die Vollastlinie III ohne Laderbetrieb der Abschaltlinie IV mit Laderbetrieb ent­ spricht, wobei die Vollastlinie mit Laderbetrieb mit V bezeichnet ist. Die Kennlinien in Fig. 2 geben jeweils das über den Drehzahlbereich n_L bis n_max verfügbare Motordrehmoment M_M an. Aus dem Kennlinienverlauf der Abschaltlinie IV mit Lader bei Drosselklappenwinkel α₀ = konstant ist ersichtlich, daß im unteren Drehzahlbereich die Abschaltkurve IV von der Vollast­ kurve III ohne Lader abweicht, wohingegen im oberen Drehzahl­ bereich eine gute Übereinstimmung erreicht wird. Diese Abwei­ chung bedeutet, daß bei unteren Drehzahlen dann, wenn der vorge­ gebene Drosselklappenwinkel durch Rücknahme des Gaspedals überschritten wird und dadurch der Laderbetrieb eingestellt wird, das jeweils im Moment der Laderabschaltung gegebene Drehmoment auch dann nicht erreicht werden kann, wenn der Fahrer (bei dieser Drehzahl) auf Vollast, aber ohne Laderzu­ schaltung, geht. Andererseits ist es einsichtig, daß im unteren Drehzahlbereich durch die Wahl einer anderen Gangstufe (höhere Motordrehzahl) die Leistung auch ohne Lader aufgebracht werden kann, so daß die der Erfindung zugrundeliegende Steuerung des Laderbetriebs eine über den verfügbaren Drehzahl- und Drossel­ klappen-Winkelbereich zufriedenstellende Lösung bietet.

Entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung läßt sich eine auch für den unteren Drehzahlbereich bessere Übereinstimmung von Vollastlinie ohne Lader und der Ausschaltlinie mit Lader durch eine entsprechende Änderung des α-Ausschaltwertes über der Motordrehzahl n erreichen. Fig. 4 zeigt einen Funktionsblock FB, der in grundsätzlich beliebiger Form eingespeichert einen Kurven­ verlauf der Abhängigkeit des Ausschaltwinkels α von der Motor­ drehzahl n enthält. Der Funktionsblock ist so ausgelegt, daß er den eingespeicherten Kurvenverlauf mit den tatsächlich vorlie­ genden Werten beim Betrieb der Brennkraftmaschine vergleicht und bei Übereinstimmung an seinem Ausgang A ein Öffnungssignal für den zweiten Schalter S2′ erzeugt, wodurch das Relais R zur Magnetkupplungsbetätigung des Laders abfällt. Der vorgegebene Kurvenverlauf der Abhängigkeit des Öffnungswinkels α von der Drehzahl kann von einem Funktionsgenerator im Funktionsblock FB erzeugt werden oder in beliebiger sonstiger analoger oder ins­ besondere auch digitaler Weise gespeichert sein. Bei analoger Speicherung und analogem Vergleich lassen sich die α-Werte beispielsweise mit Hilfe eines Potentiometers P am Gaspedal erzeugen und dem Funktionsblock FB zuführen. Eine der Motor­ drehzahl proportionale Analogspannung kann beispielsweise durch Integration von Zündimpulsen (mittels Tiefpaß) und vorgeschalte­ tem Impulsformer erfolgen.

Durch die Ausgestaltung der Fig. 4 läßt sich dann in gewünschter Weise die Ausschaltlinie mit Lader auch im unteren Drehzahlbe­ reich so legen, wie in Fig. 2 strichpunktiert angegeben und mit IV′ bezeichnet. Der Fahrer verfügt also bei Rücknahme des Gas­ pedals über die vorgegebene bzw. errechnete α-Position hinaus über das gleiche Drehmoment des Motors, wenn er nach Abschal­ tung des Laders wieder soweit Gas gibt, daß er in eine angenäherte Vollastposition gelangt, ohne Gaswechsel.

Claims (7)

1. Verfahren zur bedarfsabhängigen Ladersteuerung bei Brenn­ kraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß bei durch einen Fahrpedal-Vollaststellungsschalter (S1) willkürlich zuschalt­ barer Laderleistung die Rückschaltung auf laderfreien Motor­ betrieb infolge einer Selbsthaltefunktion erst dann erfolgt, wenn, im Bereich höherer Drehzahlen, die Vollastkurve (III) ohne Laderbetrieb in etwa der Abschaltkurve (IV) mit Laderbetrieb entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschaltung bei Unterschreiten eines vorgegebenen konstan­ ten Drosselklappenwinkels durch Gaspedalzurücknahme erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschaltung auf laderfreien Motorbetrieb in Abhängigkeit zu einem sich mit der Motordrehzahl (n) änderndem α-Ausschaltwert erfolgt, derart, daß über den gesamten nutzbaren Drehzahlbereich die Vollastlinie ohne Laderbetrieb im wesentlichen der Abschalt­ linie mit Laderbetrieb entspricht.

4. Vorrichtung zur bedarfsabhängigen Ladersteuerung bei Brenn­ kraftmaschinen, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei in Abhängigkeit zur Gaspedalstellung jeweils betätigbare Schalter (S1, S2) vorgesehen sind, die in Reihe geschaltet auf ein über einen Relaishauptschalter (r1) den Lader zuschaltendes Relais (R) arbeiten, wobei ein Selbsthaltekontakt (r2) des Relais (R) dem in der Vollaststellung des Gaspedals den Lader zu­ schaltenden Schalter (S1), diesen hierdurch überbrückend, parallelgeschaltet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schalter (S2) bei einer einem vorgegebenen Drossel­ klappenwinkel (α₀ = 60 bis 65°) entsprechenden durch Rücknahme bewirkten Gaspedalstellung öffnet und hierdurch den Laderbe­ trieb abschaltet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schalter (S2) zur Abschaltung des Laderbetriebs bei einem durch Rücknahme der Gaspedalstellung bewirkten variablen Drosselklappenwinkelposition in Abhängigkeit zur Motordrehzahl öffnet.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Funktionsblock (FB) vorgesehen ist, dem Betriebszustands­ signale (Drehzahl n, Drosselklappenwinkelstellung α) von Gebern zugeführt sind und in welchem in Form eines Kurven­ verlaufs die Abhängigkeit des α-Ausschaltwertes für den Lader über der Motordrehzahl derart gespeichert ist, daß die Voll­ lastlinie ohne Laderbetrieb im wesentlichen der Abschaltlinie mit Laderbetrieb über dem nutzbaren Drehzahlbereich (n_L bis n_max) entspricht.