DE3019608A1

DE3019608A1 - Vorrichtung zur luftdurchsatzsteuerung bei einem brennkraftmotor

Info

Publication number: DE3019608A1
Application number: DE19803019608
Authority: DE
Inventors: Kenji Ikeura
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1979-05-22
Filing date: 1980-05-22
Publication date: 1980-12-11
Also published as: DE3019608C2; FR2457383B1; GB2053508A; US4402289A; GB2053508B; FR2457383A1; US4545348A

Description

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BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung des Luftdurchsatzes bei einem Brennkraftmotor in Abhängigkeit von Motorbetriebsbedingungen selektiv entweder mittels Rückkopplung oder mit offenem Regelkreis, mit einem Luftdurchsatzsteuerventil mit einem Stellglied, welches durch ein Steuersignal mit veränderbarer Nutzimpulsbreite betätigt uiird.

In den zurückliegenden Jahren hat sich die Verschmutzung 1G der Atmosphäre durch in den Kraftfahrzeug-Abgasen enthaltene Schadstoffe wie Stickoxide ND , Kohlenmonoxid CO, schwefel-

säurehaltige Gase u.dgl. zu einem weltweiten Problem entwickelt. Andererseits sind die Preise für Kraftfahrzeug-Treibstoffe wie Benzin und Dieselöl wegen begrenzter l/orkommen ständig im Steigen begriffen.

Zur Vermeidung der Umweltbelastung durch Abgase und zur besseren Treibstoffausnutzung ist es notwendig, schon bei leerlaufendem Motor eine genaue Drehzahlkontrolle durchzuführen. Die Steuerung des Ansaugluftdurchsatzes erfolgt

2Q vorzugsweise selektiv und in Abhängigkeit von Motorbetriebsbedingungen entweder rückgekoppelt oder mit offenem Regelkreis. Bei der rückgekoppelten Steuerung erfolgt die Steuersignalerzeugung in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen einer durch einen Kurbelwellenwinkelfühler o.dgl. ermittelten Ist-Motordrehzahl und einer Bezugs-Drehzahl, die entsprechend einer Motor- oder Kühlmitteltemperatur ermittelt wird. Mit dem liJort "Bezugs-Motordrehzahl" ist die genau zu dem jeweiligen Motorbetriebszustand passende

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theoretische Soll-Drehzahl gerneint. Voraussetzung für eine rückgekoppelte Luftdurchsatzsteuerung ist ein stabiler Motarbetrieb. Wenn dagegen der Motor unstabil gefahren wird, sollte auf die Rückkopplungssteuerung verzichtet und statt dessen die Steuerung mit offenem Regelkreis angewandt werden.

Es ist daher notwendig, in Abhängigkeit von den MotorbetriebBZUständen den Steuerbetrieb zwischen Rückkopplung und offenem Regelkreis umzuschalten. Zum Stand der Technik gehören verschiedene Umschalteinrichtungen für diese Umschaltung. Im allgemeinen bewirkt die bekannte Umschalteinrichtung bei der Umschaltung von der Rückkopplung auf die Steuerung mit offenem Regelkreis eine Festlegung des Rückkopplungs-Steuersignals auf einen Festwert, wie er unmittelbar vor der Umschaltung anlag. Dieser Festwert wird während der Steuerung mit offenem Regelkreis beibehalten. Deshalb wird bei der Rückkehr zur Rückkopplungs-.steuerung das erste durch diese Steuerungsart bestimmte Steuersignal den gleichen Wert wie der zuvor benutzte Festwert haben. Falls sich der Motorbetriebszustand während der Steuerung mit offenem Regelkreis wesentlich verändert hat, dann wird dieses Rückkopplungs-Steuersignal stark von dem betriebsabhängigen Sollwert abweichen. Dies führt zu einem unstabilen Luftdurchsatz, und dabei kann der Motor stehenbleiben. Beim Anwärmen des Motors nach einem Haltstart hat das Steuersignal zur Bestimmung der Nutziinpulsbreite' des Impulssignals für den Luftdurchsatz einen verhältnismäßig hohen Wert, damit der Lfotor schnell warm wird. Im anschließenden Leerlauf wird die dem Steuerventil zugeführte Nutzimpulsbreite laufend in Abhängigkeit van Anstieg der Motor- oder Kühlmitteltemperatur reduziert. Wenn jedoch das Fahrzeug kurz nach dem Motor start abfährt

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und dabei van der rückgekoppelten Steuerung zur Steuerung mit offenem Regelkreis übergegangen wird, dann ist die Rückkopplungs-Impulsbreite auf einen relativ hohen üJert festgelegt. [Jährend der Fahrt werden Motor und Kühlmittel laufend wärmer, und wenn das Fahrzeug anhält und in den Leerlaufzustand übergeht, wird die von der Motor- oder Kühlmitteltemperatur abhängige Bezugs-Motordrehzahl relativ klein. LJird jetzt von der offenen zur Rückkopplungs-Steuerung umgeschaltet, dann ist die Impulsbreite des Rückkapplungs-Steuersignals zum Luftdurchsatzsteuerventil relativ groß, um den Luftdurchsatz und damit die Motordrehzahl zeitweilig anzuheben. Dieser hohe Leerlaufzustand ist zwar kurz, aber lästig für den Fahrer und führt außerdem zu einem erhöhten Schadstoffanteil in den Abgasen.

Nach dem Start des Motors wird sich in Abhängigkeit von den Fahrzuständen auch bei gleicher Motor- oder Kühlmitteltemperatur die Motorbelastung ändern. Ferner wird beispielsweise bedingt durch den Glzustand und andere Reibungskomponenten nach einer relativ langen Leerlaufzeit eine andere Motarbelastung vorhanden sein als unmittelbar nach einer Fahrzeit bei gleicher Temperatur. Im allgemeinen wird die Motorbelastung durch Reibung oder durch das Schmiermittel mit der Zeit laufend geringer, der Motor wird runder laufen. Die Bezugs-Motordrehzahl wird jedoch durch die Temperatur des Motors bzw. seines Kühlmittels bestimmt. Folglich werden bei der Festlegung der Bezugs-Drehzahl gewisse Belastungsbedingungen überhaupt nicht berücksichtigt. Folglich kann es vorkommen, daß beim Anlassen des Motors dieser wegen relativ hoher Belastung stehenbleibt.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß eine optimale, den Betriebsbedingungen des Motors besser angepaßte Steuerung des Luftdurchsatzes erzielbar ist.

Die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe'ist kurzgefaßt im Patentanspruch 1 angegeben.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen aufgeführt.

Ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Steuer-IQ vorrichtung besteht darin, daß während der Steuerung mit offenem Regelkreis eine Veränderung des Steuersignaluiertes für die Rückkopplungssteuerung möglich ist. Auf diese Weise kann mit Vorteil die Bezugs-Drehzahl unter Berücksichtigung von Motor-Belastungsbedingungen korrigiert werden.

Vorzugsweise wird bei der Steuerung mit offenem Regelkreis die Impulsbreite des dem Luftdurchsatzsteuerventil zugeführten Steuersignals sowohl durch das Steuersignal für offene Regelung als auch durch das Steuersignal für Rückkopplungsregelung bestimmt. Die Impulsbreite für das Steuersignal bei offener Regelung wird in Abhängigkeit von der Motor- oder Kühlmitteltemperatur verändert.

Erfindungsgemäß erfolgt die Umschaltung von der Steuerung mit offenem Regelkreis zur rückgekoppelten Steuerung unter einer harmonischen Veränderung der IMutzimpulsbreite des dem Luftdurchsatzsteuerventil zugeführten Steuersignals.

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Damit ist ein glatter Umschaltvargang möglich.

Nach einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, die IMutzimpulsbreite des Steuerventils in Abhängigkeit von Matorbelastungen zu korrigieren, bei deren Ermittlung die Getriebeart, die Getriebeposition und/oder der Betriebszustand einer Klimaanlage berücksichtigt werden. Auf diese Weise erfaßt die Luftdurchsatzsteuerung alle wesentlichen Belastungsfaktoren des Motors.

Nachstehend uird ein die Merkmale der Erfindung aufweisendes Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Flg. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Luftdurchsatzsteuerung bei einem Brennkraftmator,

Fig. 2 eine grafische Darstellung zur Temperaturabhängigkeit eines Steuersignals,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung zugeordneten Steueranordnung mit offenem Regelkreis,

Fig. k eine grafische Darstellung eines Anfangs-Korrekturverhältnisses beim Starten des Motors, und

Fig. 5 ein Flußdiagramm eines Programms zur

Korrektur des Steuersignals in Abhängigkeit von unterschiedlichen Motorbelastungen,

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Einleitend sei darauf hingewiesen, daß die nachstehend
beschriebene Vorrichtung zum Steuern des Ansaugluftrnengenverhältnisses im allgemeinen für jede Art van
Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen geeignet ist, die
ein computergesteuertes Treibstoff-Einspritzsystem besitzen. Der Motor kann durch einen am Fahrzeug angebrachten Mikrocomputer gesteuert sein.

Gemäß Fig. 1 steht jeder Zylinder 12 des Brennkraftmotors 1D mit einem Lufteinlaßkanal 20 in Verbindung, zu dem ein

1G Ansaugstutzen 22 mit einem Luftreiniger Zh für atmosnärische Luft, ein in Strömungsrichtung weiter hinten angeordneter Ansaugluftmengenmesser 26, eine Drosselkammer 28 mit einer an ein nicht dargestelltes Gaspedal angeschlossenenDrosselklappe 3D zur Regulierung des Einlaßluft-

mengenuerhältnisses und ein Einlaßstutzen 32 gehören, der mehrere in Fig. 1 nicht dargestellte Verzweigungen besitzt. Obwohl in Fig. 1 nicht so dargestellt, kann der Luftmengenmesser auch noch mit einem anderen Motarsteuersystsm verbunden sein, beispielsweise zur Bestimmung des Brennstoffeinspritzmengenverhältnisses. In dem Einlaßstutzen 32

befindet sich eine Einspritzdüse ~5k. Das Mengenverhältnis des durch diese Düse eingespritzten Brennstoffes erfolgt
über ein nicht dargestelltes elektromagnetisches Betätigungselement, welches in bezug auf die Einspritzmenge,

den Einspritzzeitpunkt u.dgl. durch das andere Steuersystem nach verschiedenen Motorparametern angesteuert wird. Statt im Einlaßstutzen 32 kann die Einspritzdüse 3k bekanntlich auch in der Brennkammer des Zylinders 12 angeordnet sein.

Ein in die Drosselkammer 28 mündender Leerlaufkanal 36 besitzt in Strömungsrichtung vor und hinter der Drosselklappe 30 je eine Endöffnung 38 und ^O und bildet somit

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eine Überbrückung der Klappe. Eine in dem Leerlaufkanal angeordnete LeerlaufJustierschraube kZ ist in geeigneter Weise von Hand zur Regelung des Luftdurchsatzes justierbar. Ein in dem Lufteinlaßkanal 20 angeordneter Bypasskanal 44 mündet mit einem- Ende ■ 46 zwischen den Elementen "26 und 30, und mit dem anderen Ende 48 in Strümungsrichtung hinter der Drosselklappe 3D nahe dem Einlaßstutzen 32, so daß er die Drosselklappe 3D überbrückt.

Ein in dem Bypass kk befindliches Leerlauf-Regulierventil 5G enthält zwei durch eine Membran 56 getrennte Kammern und 5k, von denen letztere mit der Atmosphäre verbunden ist. Dieses Ventil unterteilt den Bypass kk in zuei oberhalb und unterhalb der Öffnung 57 des Ventils 50 gelegenen Abschnitte ^3 und k5. Ein an der Öffnung 57 befinrilichsr Ventilkörper 58 ist durch einen Schaft 60 so mit der Membran 56 verbunden, daß er zwischen einer geöffneten Ventilstellung, ljo die Abschnitte k3 und ^5 des Bypasskanals kk miteinander in Verbindung stehen, und einer geschlossenen Stellung verschiebbar ist. Eine Schraubendruckfeder &h in der Kammer 52 spannt die Membran 56 in der Zeichnung nach unten vor, ωο der Ventilkörper 58 von einem Ventilsitz 62 abgehoben und so normalerweise geöffnet ist.

Die Kammer 52 des Leerlaufregulierventils 50 ist an eine Kammer 66 eines Druckregulierventils 6ü als konstante Unterdruckquelle über einen Unterdruckkanal 67 angeschlossen, Eine Membran 72 unterteilt das Ventil 68 in zuei Kammern und 70, von denen die Kammer 66 nur einen Kanal Tk mit dem Einlaßstutzen 32 zwecks Anschluß an dessen Unterdruck verbunden ist. Die Kammer 70 mündet in bekannter üJeise in die Atmosphäre. An der Membran 72 ist gegenüber einem an dem

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Ende des Kanals Ik angeordneten Ventilsitz 78 ein Ventilkärper 75 angeordnet. In den hämmern 66 und 7G befindet sich je eine Schraubendruckfeder 71 bzw. 73, und diese halten die Membran 72 durch annähernd gleiche Federkräfte in einer neutralen Position. Obwohl nicht dargestellt, kann die Kammer 66 auch an ein Steuerventil zur Abgasrückführung angeschlossen sein, um einen Teil des durch einen Abgaskanal BG strömenden Abgases in den Einlaßstutzen 32 zurückzuführen.

IG Je nach der Druckdifferenz zwischen der Unterdruckkammer 66 und dem atmosphärischen Druck in der Kammer 70 wird die Membran 72 nach oben oder unten verschoben. Dabei wird der Ventilkörper 76 mehr oder weniger von seinem Ventilsitz abgehoben, um auf diese Weise einen Referenz-Unterdruck für das Leerlaufregulierventil 50 einzustellen. Dieser Referenz-Unterdruck gelangt über den Unterdruckkanal 67 mit Mündung 69 in die Kammer 52 des Ventils 50. Die kleine Öffnung 69 begrenzt Unterdruckänderungen in Richtung auf die Kammer 52 und glättet so die Ventiltätigkeit.

Die Kammer 52 von Ventil 5D steht ferner über einen Luftkanal 81 mit einer Kammer 82 eines Lufteinlaßventils Bk in Verbindung, welches durch eine Membran 80 in zwei Kammern 82 und 86 unterteilt ist. Die Kammer 82 ist über einen Kanal 90 oberhalb der Drosselklappe 30 mit dem Lufteinlaßkanal 2D verbunden. Ein in der Kammer 86 befindlicher Elektromagnet 92 wird durch Signalimpulse auf der Grundlage eines Steuersignals aus einem später beschriebenen Steuersignalgenerator in Verbindung mit einem Mikrocomputer elektrisch betätigt. Mit der Membran 88 ist ein durch den Elektromagneten 92 bewegbarer Ventilkörper 9^ angeordnet.

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Im Betrieb wird der Elektromagnet auf der Grundlage des Steuersignals mit veränderter Impulsbreite angesteuert und dadurch das Verhältnis zwischen den Öffnungs und Schließperioden des Ventilkürpers 9k su verändert, wie es zur Steuerung des zum LuFteinlaßventil Q^ fließenden Luftmengenverhältnisses erwünscht ist. Eine Schraubendruckfeder 96 in der Kammer 86 spannt die Membran mit dem Ventilkörper 9^ gegen das Ende des Kanals 90 vor, um den Ventilkörper 3k gegen einen Ventilsitz 98 am Ende des Kanals 90 zu legen. Durch Unterdruck von dem Druckregulierventil 68 wird die Membran 56 mit dem Ventilkörper zur Steuerung des Luftdurchsatzes durch den Bypasskanal kk bewegt. Durch Steuerung des Luftdurchsatzes durch den Lufteinlaßkanal Bk und den Kanal 81 wird der Unterdruck in der Kammer 52 kontrolliert.

Im Leerlaufzustand des Motors 10 ist die Drosselklappe weitgehend geschlossen, um die Einlaßluft abzusperren. Folglich gelangt im Leerlauf die Ansaugluft weitgehend durch den Leerlaufkanal 36 und den Einlaß kk in den Motor.

Den Luftdurchsatz durch den Leerlaufkanal 36 bestimmt die Justierschraube k2, und den Luftdurchsatz durch den üypasskanal kk bestimmt weitgehend das Leerlaufregulierventil 50, welches über den Kanal Tk, das Ventil 68 und den Kanal 67 an den Unterdruck im Einlaßstutzen 32 angeschlossen ist. Der Unterdruck in Kammer 52 wird reguliert durch atmosphärische Ansaugluft, welche durch den Kanal 90, das Ventil 8^ und den Kanal 81 strömt. Über den Ventilkörper 58 wird der Luftdurchsatz durch den Kanal kk über den Unterdruck in Kanal 52 gesteuert. Da die Motordrehzahl van dem Einlaßluftdurchsatz abhängt, kann sie im Leerlaufzustand des Motors 10 durch Regulieren des Luftdurchsatzes durch den Leerlaufkanal 36 und den Bypasskanal kk gesteuert werden.

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Die Steuerung des Luftdurchsatzes und damit der Motordrehzahl kann statt über den Elektromagneten 92, wie nachstehend beschrieben, auch manuell über die Leerlauf-Justierschraube 42 erfolgen. Die Justierschraube 42 dient im wesentlichen dazu, die Ausgangs-Leerlaufdrehzahl einzustellen.

Ein ferner in Fig. 1 dargestellter Mikrocomputer 100 zur .automatischen Steuerung des Luftmengenverhältnisses enthält einen Zentralprozessor (CBU) 102, eine Speichereinheit 104 und als Interface eine Eingabe/Ausgabeeinheit 106, UDn verschiedenen Fühlern erhält der Mikrocomputer folgende Eingangssignale:

a) Mit jedem einzelnen Grad oder mit jedem bestimmten Wert über einem Grad des Kurbelwellenuiinkels einen Kurbelwellenimpuls, und über einen Kurbelwellen-Ljinkelfühler 110 bei jedem vorgegebenen Kurbeluellenuinkel einen Kurbelujellen-Standardimpuls. Dabei wird die Umdrehung einer Kurbelwelle 112 abgetastet.

b) l/an einem in ein Kühlmittel 116 innerhalb eines den Zylinder 12 umgebenden Kühlmittelkanals 116 eingetauchten Temperaturfühler 114 ein Kühlmitteltemperatursignal. Ein von dem Fühler 114 erzeugtes temperaturabhängiges Analogsignal wird durch einen Analog/Digitalwandler 120 in ein binärkodiertes Digitalsignal umgesetzt, welches zur Verarbeitung durch den Mikrocomputer 100 geeignet ist und in die Einheit 106 eingespeist wird;

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c) Ein Drosselklappenwinkelsignal, welches von einem mit einem veränderlichen Widerstand 124 ausgestatteten Idinkelf ühler 122 analag erzeugt und durch einen Analag/Digitalujandler 126 in ein Dirjitalsignal umgewandelt uiird;

d) Ein Neutralsignal (EIN/AUS-Signal) von einem Getriebeschalter 12ß;

e) Ein Fahrzeug-Geschüjindigkeitssignal von einem Geschuiindigkeitsfühler 13D, der eingeschaltet ist, wenn die Fahrzeuggeschuindigkeit kleiner als ein gegebener LJert van beispielsweise B km/h ist; und

f) Ein Batteriespannungssignal von einer Batterie 127 über einen Analog/Digitalwandler 12'J.

Obgleich in der dargestellten Ausführungsform ein veränderlicher Diderstand 124 in dem Idinkelf ühler zur Abtastung der geschlossenen Drosselklappenstellung verwendet ujird, kann anstelle des LJiderstandes ein Schalter eingesetzt werden, der geschlossen wird, wenn die Drosselklappe geschlossen ist.

Bei dem nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Kühlmitteltemperatur als Kriterium für die Ermittlung der gewünschten Bezugs-Motordrehzahl Ng^y verwendet. Statt dessen könnte dafür auch z.B. die Motortemperatur'benutzt werden. In Fig. 2 ist grafisch die Beziehung zwischen der Kühlmitteltemperatur T und dem zur Einstellung der Bezugs-Motordrehzahl (das ist die für die jeweilige Kühlmitteltemperatur gewünschte Soll-Drehzahl) dem Elektromagneten 92 zugeführten Steuersignalnutzimpulsverhältnis bei der Steuerung mit offenem Uegel-

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kreis dargestellt. Im normalen Fahrbetrieb steigt die Kühlmitteltemperatur auf 6D^DC bis 95°C, und dafür wird eine Leerlaufdrehzahl VDn 6GÜ U/min eingehalten. Steigt die Kühlmitteltemperatur darüber, weil der Motor überhitzt ist, dann wird die Bezugs-Leerlaufdrehzahl auf den Maximalwert von 1itQ0 U/min erhöht, um mit einem erhöhten Kühlluftdurchsatz durch den Kühler (nicht dargestellt) den Motor wirksam abzukühlen. Wenn dagegen die Kühlmitteltemperatur unter dem angegebenen Normal-1Q bereich liegt, wird die Bezugs-Leerlauf drehzahl auch auf einen Maximalwert van 16G0 U/min erhöht, um den Motor schneller zu erwärmen und seine Kalt-Leerlaufdrehzahl zu stabilisieren.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung bildet die Festlegung ,je der Bezugs-Motardrehzahl für einen besonderen Kühlmittel-Kalttemperaturbereich. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung liegt dieser besondere Temperaturbereich zwischen 0 C und 30 C, und die über diesen Temperaturbereich hinweg konstant gehaltene Bezugsdrehzahl· beträgt ~\küQ U/min. Dieser besondere Temperaturbereich ist so gewählt, weil (mit Ausnahme von extrem kaltem Wetter) die Kühlmitteltemperatur vor jedem Kaltstart in diesem Temperaturbereich liegt.

Bei der praktischen Steuerung über einen Mikrocomputer wird die Bezugs-Motordrehzahl entweder mit offenem oder geschlossenem (Rückkopplung) Regelkreis bestimmt. Bei der Rückkopplungssteuerung erhält das Lufteinlaßventil B^ ein anderes (Mutzimpulsverhältnis (das ist das Verhältnis zwischen der IMutzimpulsbreite und dem Gesamtimpuls) als bei der Steuerung mit offenem Regelkreis für die Bezugs-Motordrehzahl W_qFT, entsprechend der Differenz zwischen

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der Ist- und der Bezugs-Motordrehzahl. Die Rückkopplungssteuerung erfolgt in Abhängigkeit wan der durch einen Drosselklappenuinkelfühler 122 ermittelten Drosaelklappen-PDsitiDn, in Abhängigkeit von der durch einen Neutralschalter 128 ermittelten Getriebeposition, ferner in Abhängigkeit von der durch einen Geschujindigkeitsfühler 130 ermittelten Fahrzeuggeschuindigkeit uslj. . In jedem Fall üjird die Rückkopplungssteuerung unter Bezugnahme auf zuvor in den Mikrocomputer eingegebene Fahrzustände, beispiels-

10. ueise auf den Zustand, wenn die Drosselklappe geschlossen und das Getriebe in IMeutralposition steht, oder wenn die Drosselklappe geschlossen ist und die Fahrgeschwindigkeit kleiner als B km/h ist. Falls die Fahrbedingungen zur Durchführung der Rückkopplungssteuerung nicht geeignet sind, übernimmt der Mikrocomputer die Steuerung mit offenem Regelkreis nach Tabellenujerten. Bei dieser Art von offener Steuerung uiird das Steuersignal für die Bezugs-Motordrehzahl Ngc-r gemäß Tabelle nach der Kühlmitteltemperatur bestimmt, ldie oben gesagt entspricht das Steuersignal der Nutzimpulsbreite des Impulssignals.

Die nachstehende Tabelle I zeigt die Beziehung zuiischen der Kühlmitteltemperatur (TU) und der entsprechenden üezugs-Motordrehzahl Nqr-r· Diese Tabelle ist in 32 Bytes einer Speichereinheit 1Qii (ROM) abgespeichert.

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Tabelle I	Bezugs- Drehzahl N_SET(U/min)	Kühlmittel temperatur ThJ	Bezugs- Drehzahl ^NSET
Kühlmittel temperatur TUJ (⁰C)	1400	36.5	1225
117 und höher	1000	33	1325
104	600	29,5	1400
94	600	22	1400
80	600	10	1400
59,5	725	1	1400
55,5	837,5	-k	1425
51,5	937,5	10,5	1475
47,5	1012,5	18,5	1525
43,5	1100	-30 und niedriger	1600
4Oy 5

Gemäß dieser Tabelle wird die Motordrehzahl in Stufen wan 12,5 U/min erhöht. Mittelwerte der Kühlmitteltemperatur zwischen den Tabellenujerten werden interpoliert.

Bei der erfindungsgemäßen LuftdurcJisatz-Steuervorrichtung wird bei der Steuerung mit offenem Regelkreis wird der Elektromagnet 92 durch ein auf der Kühlmitteltemperatur beruhendes IMutzirnpulsverhältnis angesteuert. Andererseits wird bei der Ruckkapplungssteuerung das IMutzimpulsuerhältnis entsprechend der Ist-Motordrehzahl unter Berücksichtigung des Kurbelwellenwinkelfühlers und der Differenz zwischen der Ist- und der Bezugs-Motordrehzahl bestimmt.

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Er?indu'ngsgemäß ujird bei der Steuerung mit offenem Regelkreis das Steuerverhältnis unter Berücksichtigung der offenen und der rückgekoppelten Regelung ermittelt.

Bei der Steuerung mit offenem Regelkreis gibt es drei verschiedene Methoden zur Abwandlung des Steuerverhältnisses:

Erste Methode: Änderung des gesamten Steuerwertes

entsprechend der Kühlmitteltemperatur;

Zweite Methode: Es wird nur der von der offenen Steuerung 1D abhängige Wert geändert, jedoch nicht der

von der Rückkopplungssteuerung abhängige Wert, und

Dritte Methode: Es uiird der bei der zweiten Methode

von der Rückkopplungssteuerung abhängige Wert ebenfalls geändert, und bei der

Steuerung mit offenem Regelkreis wird der Rückkopplungssteuerwert entsprechend der Kühlmitteltemperatur geändert.

Bei der ersten Methode werden Tabellondnten bestimmt und entsprechend einer in Fig. 2 dargestellten Steuercharakteristik aus der Speichereinheit 1D^ ausgelesen. In der Praxis sind diese Tabellendaten in einem Festspeicher (ROM) innerhalb der Speichereinheit gespeichert. Das Signal des Kühlmittelfühlers 11^ wird über einen Analog/Digitalwandler 120 in den Mikrocomputer 100 eingegeben, und die Ermittlung des Steuerverhältnisses erfolgt gemäß Tabelle.

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Fig. 3 enthält ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Durchführung der zweiten Methode. Von dem Kühlmittelfühler 11^ gelangt das Temperatursignal S.. in eine Schaltung 21Ü zur Bestimmung der Üezugs-Motordrehzahl ^SFT ^^aprechend der Kühlmitteltemperatur. Ein der Bezugs-Motardrehzahl Ν,-,ρ-τ entsprechendes Ausgangssignal S.„ der Schaltung 210 geht in eine Schaltung 212 zur Ermittlung des Rückkopplungs-Steuerverhältnisses. Die Schaltung 212 enthält ferner von dem Murbeluiellenujinkelfühler 110 ein der Ist-Motordrehzahl N_RpM entsprechendes Impulssignal Ξ.,. Aus diesen Werten ermittelt die Schaltung 212 eine Differenz Δ IM zwischen der Bezugs-Drehzahl Nrr-T und der Ist-Drehzahl ^w _Rp_M· ^Ein dieser Differenz ^iM entsprechendes Rückkopplungssteuersignal Ξ.- gibt die Schaltung 212 an eine Additiünsstufe 21*+ ab. Das Kühlmitteltemperatur-Signal S.. geht gleichzeitig in eine Schaltung 21S zur Ermittlung eines Steuerverhältnisses für offenen Regelkreis. Diese Schaltung 216 erhält ferner ein Karrektursignal SIk in bezug auf positive und negative Beschleunigungsvorgänge. Die Schaltung errechnet aus ihren Eingangsdaten das Steuerverhältnis für offenen Regelkreis und gibt ein entsprechendes Ausgangssignal S.g an die Additionsstufe 21^ ab, uielche die beiden Signale S ,. und S , addiert. Eine Schaltung 218 begrenzt die Steuerverhältnis-Summe der Signale S.5 und

S., auf einen oberen und unteren Grenzwert. 16

In die Schaltung 212 zur Ermittlung des Rückkopplungs-Steuerverhältnisses gelangt ein Befehlssignal S „ van einem Diskriminator 222, welcher verschiedene Eingänge über Motorbetriebszustände verarbeitet und entscheidet, ob die Rückkopplungssteuerung durchgeführt wird. Ent-

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scheidet der Diskriminator 222 auf Durchführung der Steuerung mit offenem Regelkreis, dann fixiert das Befehlssignal S^n das won der Schaltung 212 erzeugte Signal. Folglich bleibt während der Einspeisung des Signals S^n das von der Schaltung 212 ermittelte Steuerverhältnis konstant. Wird dagegen die Steuerung mit offenem Regelkreis durchgeführt, dann bleibt die Schaltung 216 in Funktion zur Bestimmung des Steuer- . Verhältnisses, um das Signal S.,- entsprechend der Kühlmitteltemperatur zu erzeugen. Somit kann, auch ωεπη während der offenen Steuerung das RückkDpplungs-Steuerverhältnis auf ein gegebenes Verhältnis fixiert ist, die Umschaltung von der offenen zur Rückkopplungs-Steuerung stufenlos erfolgen, und es kommt zu keiner Verzögerung im Ansprechverhalten, was sonst möglicherweise zur Erzeugung besonders großer oder kleiner Steuerwerte führen würde.

Vorzugsweise befindet sich die zuvor beschriebene Schaltung in dem Mikrocomputer, welcher den Funktionsablauf steuert. Obwohl dies nicht näher beschrieben wird, ist bei der dritten Methode das Rückkopplungs-Steuerverhältnis von der Kühlmitteltemperatur abhängig. Hierbei ändert sich das Rückkopplungs-Steuerverhältnis unabhängig von der Differenz zwischen der Ist- und der Oezugs-Motordrehzahl.

Die zuvor beschriebene Vorrichtung, bei der alternativ die Durchführung der offenen und der rückgekoppelten Steuerung möglich ist, kann die Leerlauf-Motordrehzahl genau und mit Erfolg geregelt werden. Selbst wenn beispielsweise das Fahrzeug mit kaltem Motor und ohne Aufwärmvorgang ab-

3ü fährt, beherrscht die Vorrichtung den Steuervorgang.

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Gemäß Fig. 2 kann das Leerlaufsteuerventil 5D den Motorzuständen folgen und verhindert uirksam einen zu hohen ader zu niedrigen Leerlauf. Gemäß Fig. 2 ist das Steuerverhältnis im Hochtemperaturbereich relativ groß, damit durch eine große Leerlaufdrehzahl der Kühlmittelumlsuf souiie der Kühlluftdurchsatz erhöht und so die Motortemperatur schnell reduziert üjird.

Unmittelbar nach dem Anlassen hat der Motor einen anderen Zustand als nach längerer Leerlaufzeit, auch uenn die gleiche Kühlmitteltemperatur herrscht. Dies hängt ab von dem Schmierölzustand, der inneren Reibung und dgl. Mit längerer Leerlaufzeit uierden die internen Motaruiderstände geringer. Außerdem ändert sich beim Anlassen die Matortemperatur in verschiedenen Bereichen nicht immer im gleichen Maße uie die Kühlmitteltemperatur. Die Zylinder erwärmen sich im Brennkammerbereich schneller als an anderen Stellen.

Damit der Motor nach dem Start Liegen erhöhter innerer Widerstände nicht stehenbleibt, erfolgt erfindungsgemäß nach dem Anlassen des Motors eine Erhöhung der Bezugs-Drehzahl um eine gegebene Größe innerhalb eines gegebenen Zeitraumes. .Für die Praxis sind ein Korrekturwert für die Bezugs-Motordrehzahl und eine Erhaltungszeit entsprechend der Kühlmitteltemperatur in einem ROM der Speichereinheit 10^ won Fig. 1 als Tabellendaten gespeichert. Nach dem Anlassen des Motors, uas durch die Stellung EIIM des Startschalters erkennbar ist, erfolgt die Bestimmung des Korrekturverhältnisses der Bezugs-Drehzahl nach Tabellendaten.

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Das Verhältnis zur Erhöhung der Bezugsdrehzahl und des Gültigkeitszeitraumes für diese Erhöhung kann für den. erforderlichen Matorbetrieb beim Anlassen nach einer Formel errechnet werden. Jedoch ujird diese Formel sehr kompliziert sein und den Matarzuständen nicht so genau folgen können, um den Erfordernissen ganz zu entsprechen.

Es ist ferner möglich, den ersten Korrekturwert zur Erhöhung der Bezugs-Motordrehzahl nur nach der in Fig. k grafisch dargestellten Steuercharakteristik zu bestimmen. 1D Nach dieser Methode erfolgt die Ermittlung des ersten Korrekturverhältnisses nach der Kühlmitteltemperatur beim Motorstart. Anschließend erfolgt dann eine Verminderung des Korrekturverhältnisses nach einer gegebenen Größe und in einem gegebenen Zeitraum.

Erfindungsgemäß ist es möglich, die Bezugsdrehzahl innerhalb eines Zeitraumes relativ zu einer zuerst bestimmten Korrekturrate zu korrigieren. Auf diese Weise kann die RDM-Speicherkapazität für Korrekturzwecke beim Motorstart reduziert werden.

Ferner besteht die Möglichkeit, den auf die oben angegebene Weise bestimmten Korrekturujert auch noch für andere Korrekturzwecke auszunutzen, beispielsweise bei der Bemessung der Treibstoffzufuhr beim Motorstart.

Somit läßt sich bei und nach einem Kaltstart die Motordrehzahl stets genau regeln, und die Motordrehzahl uiird nach dem Start auch bei unterschiedlichen Motorbelastungen stets stabil gehalten. Mit einem so geregelten Motor kfinn besser gefahren werden, und seine Abgase enthalten weniger Schadstoffe.

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Das uiie vorstehend erläutert festgelegte Steuerverhältnis * beim Motorstart ujird ferner unter Berücksichtigung der Getriebeart (Schaltgetriebe oder Automatik), der Getriebeposition (-Db-ive oder Neutral), des Betriebszustands der Klimaanlage und dgl. festgelegt, wie aus der nachstehenden Tabelle ersichtlich ist.

	Tabelle II	Klima anlage	Getriebe- positian	Korrektur- Ldert	Min.Nutzimp.
		AUS		0	25
	Schaltgetriebe	EIN		5	30
		AUS ti	NEUTRAL DRIUE	0 1,5	25 25
15	Automatik- Getriebe	EIN	NEUTRAL	9	32,5
		Il	DRIUE	10,5	3k

Durch Bestimmung des minimalen Nutzimpulsverhältnisses werden unrunder Motarlauf und eine unstabile Motordrehzahl mit Erfolg verhindert.

Das in Fig. 5 dargestellte Flußdiagramm bezieht sich auf ein Programm zur Errechnung der zuvor erläuterten Korrekturen beim Motorstart. Dieses Programm wird für jeweils einen' Zyklus der Motorumdrehung ausgeführt. Ferner sei darauf hingewiesen, daß dieses Programm in Serie mit einem Programm zur Bestimmung der Grund-Bezugsdrehzahl ausgeführt wird. Der Grund-Steuerausgang in bezug auf die Bezugsdrehzahl ^ccj wird nach Tabelle entsprechend der

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Kühlmitteltemperatur in einem Block 3DD bestimmt. Das Grund-Steuerverhältnis ujird in ein A-Reyister eingeschrieben. Lüird in einem Entscheidungsblock 3D2 durch entsprechende Anfrage festgestellt, daß der Startschalter eingeschaltet ist, dann wird eine Rückkopplungsanujeisung gesetzt, um die Rückkopplungssteuerung unmittelbar nach dem Anlassen in einem Block 304'durchzuführen. In Block 3Ok erfolgt die Übertragung des im Α-Register gespeicherten Grundsteuerverhältnisses in ein Ausgaberegister. Bei Startschalter AUS uird in einem Entscheidungsblock 306 die Getriebeart geprüft. Bei einem Schaltgetriebe wird in einem Entscheidungsblock 308 die Klimaanlage geprüft. Falls sie eingeschaltet ist, erfolgt eine Erhöhung des in dem Α-Register gespeicherten Grundsteuerverhältnisses um 10 bztu. 5 % des dem Magneten 92 zugeführten IMutzimpulsverhältnisses. Dieser erhöhte Wert wird mittels eines Blockes 310 mieder in dem Α-Register gespeichert. Gleichzeitig wird der Wert 60 als Minimal-Ausgangsverhältnis (entsprechend 3D% des Steuersignal-Nutzimpulsverhältnisses) in einem B-Register mit Block 310 gespeichert.'Falls die Klimaanlage abgeschaltet wird, ujird der Wert 5ü als Minimal-Uerhältnis (entsprechend 25% des Steuersignal-Nutzimpulsverhältnisses) in einem B-Register mit Block gespeichert. In diesem Fall ujird der im Α-Register gespeicherte Steuerausgang nicht korrigiert. Nach Verarbeitung des Steuerausgangs und nach Bestimmung des minimalen Steuerverhältnisses gemäß Block 310 und 312 uird der Steuerausgang mit Block 31^ in das Ausgaberegister übertragen. Mit Block 31^t erfolgt ebenfalls die Übertragung

3D des im B-Register gespeicherten minimalen Steuerverhältnisses in ein entsprechendes Register.

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Bei Entscheidung zugunsten eines Automatik-Getriebes in EntscfiGidungsblück 306 wird die Getriubeposition in einem Entscheidungsblack 316 überprüft. Falls die Stellung NEUTRAL ist, uiird in einem Eojtscheidungsblcre-k 5- 318 der Zustand der Klimaanlage überprüft. Ist sie eingeschaltet, wird der im Α-Register gespeicherte Steuerausgang um 18 erhöht, das entspricht 3% des Steuersignal-IMutzimpulsverhältnisses. Außer diesem Vorgang erfolgt in einem Entscheidungsblack 32ü eine Veränderung

1U des im B-Register gespeicherten Minimalverhältnisses auf 65, entsprechend 32,5$ des Impulsverhältnisses. wird die Klimaanlage abgeschaltet, dann wird der im B-Register gesetzte Minimalujert auf einen liiert 50 gebracht, das entspricht 25% des Nutzimpulsverhältnisses. Dafür ist ein Black 322 vorgesehen. In diesem Fall erfolgt keine Korrektur des Steueraustjangs.

Erfolgt im Block 316 die Antwort WEIN, dann uiird in einem Entscheidungsblück 32^ der Uutriebszuütand der Klimaanlage überprüft. Wenn sie läuft, wird in einem

?.U Entscheidungsblack 326 Fc;g tcjeotell t, ah diu Fahrgaschujindigktiit gleich ader grüf3er als h km/h ist. Hei der Antwort NEIN wird der StGucrausgany um 21 erhöht, entsprechend 10,5% dec Nutzimpulsverhältnisses. Dies geschieht mit Hlück 32ii. i'iit diesem Qlock ulrd auch der Minimaluert in

fl'.i ilnm H-Rl¹ ij "l :.i tor auf iJM i|GSGtzL, [iiiLrjprcjchiiniJ 3'i-,.j rh-'U inipulsverhültnisses. Erfolgt in dem Entscheidungsblack 32^ die Antiuort NEIN ader in dem Black 326 die Antwort JA, dann wird der Steuerausgang um 3 erhöht, entspre-chend 1,5% des Impulsverhältnisses, und zwar in einem Black 33Ü. Gleich-

3U zeitig uird der Minirnalwert im Π-Register auf 5LJ gesetzt, fMi tsprechend 25^:/ά des Impulsverhäl tnisses.

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BAD ORIGINAL

TER MEER - MÜLLER - STEINMEISTER ,iJl.i I I Ü 1 ¹J / 1 1 fi ( 3 ) / ! i i J

Nach Verarbeitung der Blöcke 320, 322, 320 ader 33LJ üjird der Steuerausgang in das Ausgnheregiüter, und der Minimaluiert in sein entsprechendes Register übertragen, s. Block 31^.

Der Entscheidungsblack 326 hat dii2 Miifgniui, die Erhöhung der Nutzimpulsbreite des Steuersignals zu begrenzen, denn bei einer höheren Κει Ii r ζ κ u t j y l; ι; ι; I ι ijj i ri (J i .ijkeit rotiert auch der Motor entsprechend schneller als sonst, wenn er möglicherweise s behenüleihen kann oder die Klimaanlage antreibt. Jedoch ist der Uluck τ,'.ύ nicht immer zur Bestimmung des Irnpulsvurhäl tnisuuu für die Regelung der Leerlaufdrehzahl beim Stnrt nutijenriig. Wenn Block 326 fehlt, gibt es lediglich ti Ine leichte: Disharmonie durch den Fiatorlastuer.lisel he im Min- und Ausschalten der Klimaanlage.

Das zuvor erläuterte erfindungsgemüße Prugrairim urlaubl. eine genaue und erfolgreiche Steuerung im offenen Uagulkreis entsprechend den Ho barbelas fcungen. Dadurch werden nachfolgende andere S teuernpern tiuncri v,v.\\v uv Iv. i r:h ti.fr 1.. 2ü Außerdem besteht auch bei der Bestimmung rlcu miriimnlun Impulsverhältnisses nach Matorbelastung auπIi bei schnull absinkender Drehzahl keine Gefahr, rfnß der HüLur stcliunbleibt.

Erfindungsgemäß uiir-d sich der üteuernustjang im Frill ei nun normalen Schaltgetriebes nicht mit der Ue briebt'pasi tii.ni ändern. Dagegen erfolgt im Falle eines Au Ι,πιικι tikge bj-iuhe:; mit Sicherheit eine Änderung des SteuernuLJiirinijii, iiiiiiin ninu Umschaltung von DRIUE auf NEUTRAL ader utngukuhr I: η rialy I., ueil sich dann die Motorbelasbung entsprechend ünderl·,.

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Claims

PATENTANWÄLTE

TER MEER-MÜLLER-STEINMEISTER

Beim Europäischen Patentamt zugelassene Vertreter — Professional Representatives before the European Patent Office Mandatalres agrees pres !'Office «uropeen des brevets

Dipl.-Chem. Dr. N. ter Meer Dipl.-lng. H, Steinmeister Dipl.-lng, F. E. Müller _o. , „ _

THftstrasse 4, Siekerwall 7,

D-8000 MÖNCHEN 22 D-4800 BIELEFELD

Case: UlG 0G19/116(3)/S0
St/Gt/th

IMISSAIM MOTGR COMPANY, LTD. 2, Takara-cho, Kanagauie-ku, Yokohama-shi, Kanagaua-ken, Japan

Vorrichtung zur Luftdurchsatzsteuerung bei einem Brennkraftmo.tor

Priorität: 22. Mai 1979 , Japan, No. 54-62204 25. Mai 1979 , Japan, No. 54-64841

PATENTANSPRÜCHE

M.^Vorrichtung zur Steuerung des Luftdurchsatzes bei einem Brennkraftmotor in Abhängigkeit uon Motorbetriebsbedingungen selektiv entueder mittels Rückkopplung oder mit offenem Regelkreis, mit einem Luftdurchsatzsteuerventil mit einem Stellglied, welches durch ein Impulssignal mit veränderbarer Nutzimpulsbreite betätigt uird, dadurch gekennzeichnet, daß

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TER MEER · MÖLLER . STEINMEISTER .:.-.:.. '.--.-- 'Μ^ββν LJG DQ 1 9/116 ( 3)/Sl

zur Steuerung mit einem offenen Regelkreis

- eine Fühleinrichtung (114), weiche die Motortemperatur mißt und ein der Motortemperatur entsprechendes Fühlsignal abgibt,

- eine erste Einheit zur Erkennung und Festlegung eines zur Durchführung der Steuerung mit offenem Regelkreis geeigneten Motorbetriebszustands, und

- eine zweite Einheit zur Erzeugung des dem Stellglied (92) zuzuführenden Impulssignals und'zur Bemessung

der Impulssignal.-IMutzimpulsbreite in Abhängigkeit von dem Fühlersignal
gehören.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß bei der Durchführung der Steuerung mit offenem Regelkreis die Nutzimpulsbreite des Irapulssignals fortlaufend in Abhängigkeit von dem Fühlersignal verändert üjird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1,

gekennzeichnet durch eine dritte Einheit, die in Abhängigkeit vom Startvargang des Motors die Nutzimpulsbreite des Impulssignals für einen gegebenen Zeitraum mit einem gegebenen Verhältnis erhöht.

k. Vorrichtung nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, daß dieses Verhältnis der IMutzimpulsbreitenerhöhung von dem Fühlersignal abhängig ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal ein von einer Differenz zwischen einer Ist-Motordrehzahl und

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<--i\lis53*rf-kfi3 Qü 19/116 (3) SO

— 3 —

einer Bezugs-Motordrehzahl abhängiges Rückkopplungs-Steuerverhältnis und ein von dem Fühlersignal abhängiges Steuerverhältnis für offenen Regelkreis umfaßt.

S. Vorrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, dal3 das Inpulssignal-Verhältnis für offenen Regelkreis entsprechend den Änderungen des Fühlersignals verändert wird, und daß während der Durchführung der Steuerung mit offenem Regelkreis ein festes Rückkopplungsverhältnis besteht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß bei Durchführung der Steuerung mit offenem Regelkreis beide Steuerverhältnisse für offene und rückgekoppelte Regelung des Impulssignals den Änderungen des Fühlersignals entsprechend geändert werden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1,

gekennzeichnet durch eine dritte Einheit zum Korrigieren der IMutzimpulsbreite des Impulssignals in Abhängigkeit von Motor-Lastbedingungen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, daß die Motor-Lastbedingungen unter Berücksichtigung der Art des vorhandenen Getriebes, der Position "Drive" oder "Neutral" bei einem Automatikgetriebe und/oder des Ein- oder Ausschaltzustands einer Klimaanlage ermittelt werden.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet, daß die Motor-Belastungsfaktoren einen Einfluß auf ein Änderungsverhältnis bei der Korrektur der Nutzimpulsbreite des Irnpulssignals haben.

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TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER .:..... ".---.-Missen ' YG 001 9/116 (3) SO

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet durch eine vierte Einheit zur Bestimmung einer minimalen Nutzimpulsbreite des Irtpulssignals in Abhängigkeit von den Mator-Lastbedingungen.

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