DE3019608C2

DE3019608C2 - Vorrichtung zur Steuerung des Luftdurchsatzes bei einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3019608C2
Application number: DE3019608A
Authority: DE
Inventors: Kenji Yokosuka Kanagawa Ikeuva
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1979-05-22
Filing date: 1980-05-22
Publication date: 1982-10-14
Also published as: GB2053508A; FR2457383A1; US4545348A; DE3019608A1; US4402289A; GB2053508B; FR2457383B1

Description

ziert Wenn jedoch das Fahrzeug kurz nach dem Motorstart abfährt und dabei von der rückgekoppelten Steuerung zur Steuerung mit offenem Regelkreis übergegangen wird, ist die Rückkopplungs-lmpulsbreite auf einen relativ hohen Wert festgelegt Während 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. Wird jetzt von der offenen zur Rückkopphngssteuerung umgeschaltet, so ist die Nutzimpulsbreite relativ groß und der Luftdurchsatz und damit die Motordrehzahl wird zeitweilig angehoben. Diese hohe Leerlaufdrehzahl besteht zwar nur in einem verhältnismäßig kurzen Zeitraum, ist jedoch lästig für den Fahrer und führt außerdem zu einem erhöhten Schadstoff anteil in den Abgasen.

Nach dem Start des Motors wird sich in Abhängigkeit νυη den Fahrzuständen auch bei gleicher Motor- oder Kühlmitteltemperatur die Motorbelastung ändern. Beispielsweise wird bedingt durch den ölzustand und andere Reibungskomponenten nach einer relativ langen Leerlaufzeit bei gleicher Motortemperatur eine andere Motorbelastung vorhanden sein, als unmittelbar nach einer Fahrzeit Im allgemeinen wird die Motorbelastung infolge Reibung oder durch da: wärmerwerdende 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

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung so zu verbessern, daß durch eine jederzeit den Betriebsbedingungen des Motors angepaßte Steuerung des Luftdurchsatzes eine optimale Regulierung der Motordrehzahl im Leerlauf erzielbar ist

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

Vorteilhafte Weiferbildungen des Erfindungsgedankens sind in den Unteransprüchen aufgeführt

Ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß während der Steuerung mit offenem Regelkreis eine Veränderung der Nutzimpulsbreite des Impulssignals 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 einem Luftdurchsatz-Steuerventil zugeführten Impulssignals sowohl durch das Steuersignal für offene Regelung als auch durch das Steuersignal für Rückkopplungs-Regelung bestimmt Die Impulsbreite für das Steuersignal bei offener Regelung wird in Abhängigkeit von der Motor- oder Kühlmitteltemperatur verändert

Erfindungsgemäß erfolg: die Umschaltung von der Steuerung mit offenem Regelkreis zur rückgekoppelten Steuerung unter einer harmonischen Veränderung der Nutzimpulsbreite des dem Luftdurchsatz-Steuerventil zugeführten Impulssignals. Damit ist ein glatter Umschaltvorgang möglich. Nach einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, die Nutzimpulsbreite des Steuerventils in Abhängigkeit von Motorbelastungen zu korrigieren, bei deren Ermittlung die Getriebeart, die Getriebepoätion und/oder der Betriebszustand einer Klimaanlage berücksichtigt werden. Auf diese Weise erfaßt die Luftdurchsatzsteuerung alle wesentlichen Belastungsfaktoren des Motors.

Nachstehend wird ein die Merkmale der Erfindung aufweisendes Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Luftdurchsatzsteuerung bei

ίο einer Brennkraftmaschine,

F i g. 2 eine grafische Darstellung zur Temperaturabhängigkeit eines Steuersignals,

Fig.3 ein Blockschaltbild einer dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung zugeordneten

Steueranordnung mit offenem Regelkreis,

F i g. 4 eine grafische Darstellung eines Anfangs-Korrekturverhältnisses beim Starten der Brennkraftmaschine und Fig.5 ein Flußdiagramm eines Programms zur Korrektur des Steuersignals in Abhängigkeit von unterschiedlichen Motorbelastungen.

Einleitend sei darauf hingewiesen, daß die nachstehend beschriebene Vorrichtung zum Steuern des Ansaugluftmengenverhältnisses im allgemeinen für jede

Art von Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen geeignet

ist die ein computergesteuertes Treibstotf-Einspritzsy stem besitzen. Der Motor kann durch einen am

Fahrzeug angebrachten Mikrocomputer gesteuert sein. Gemäß F i g. 1 steht jeder Zylinder 12 der Brennkr aft-

maschine 10 mit einem Lufteinlaßkanal 20 in Verbindung, zu dem ein Ansaugstutzen 22 mit einem Luftreiniger 24 für atmosphärische Luft ein in Strömungsrichtung weiter hinten angeordneter Ansaugluftmengenmesser 26, eine Drosselkammer 28 mit einer an ein nicht dargestelltes Gaspedal angeschlossenen Drosselklappe 30 zur Regulierung des Einlaßluftmengenverhältnisses und ein Einlaßstutzen 32 gehören, der mehrere in F i g. 1 nicht dargestellte Verzweigungen besitzt Obwohl in F i g. 1 nicht so dargestellt kann der Ansaugluftmengenmesser 26 auch noch mit einem anderen Motorsteuersystem verbunden sein, beispielsweise zur Bestimmung des Brennstoffeinspritzmengenverhältnisses. In dem Einlaßstutzen 32 befindet sich eine Einspritzdüse 34. 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.

so Statt im Einlaßstutzen 32 kann die Einspritzdüse 34 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 40 und bildet somit eine Überbrückung der Klappe. Eine in dem Leerlaufkanal 36 angeordnete Leerlaufjustierschraube 42 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 Strömungsrichtung hinter der Drosselklappe 30 nahe dem EinlaSstutzen 32, so daß er die Drosselklappe 30 überbrückt.

Ein in dem Bypaßkanal 44 befindliches Leerlauf-Regulierventil 50 enthält zwei durch eine Membran 56 getrennte Kammern 55 und 54, von denen letztere mit der Atmosphäre verbunden ist. Dieses Leerlauf-Regu-

Iierventil 50 unterteilt den Bypaßkanal 44 in zwei oberhalb und unterhalb der Öffnung 57 des Leerlauf-Regulierventils 50 gelegenen Abschnitte 43 und 45. Ein an der Öffnung 57 befindlicher Ventilkörper 58 ist durch einen Schaft 60 so mit der Membran 56 verbunden, daß er zwischen einer geöffneten Ventilstellung, wo die Abschnitte 43 und 45 des Bypaßkanals 44 miteinander in Verbindung stehen, und einer geschlossenen Stellung verschiebbar ist. Eine Schraubendruckfeder 64 in der Kammer 52 spannt die Membran 56 (in der Zeichnung nach unten) vor, so daß der Ventilkörper 58 von einem Ventilsitz 62 abgehoben und so normalerweise geöffnet ist.

Die Kammer 52 des Leerlauf-Regulierventils 50 ist an eine Kammer 66 eines Druckregulierventils 68 als konstante Untcrdruckqueilc über einen Unterdruckkanal 67 angeschlossen. Eine Membran 72 unterteilt das Druckregulierventil 68 in zwei Kammern 66 und 70, von denen die Kammer 66 nur einen Kanal 74 mit dem Einlaßstutzen 32 zwecks Anschluß an dessen Unterdruck verbunden ist Die Kammer 70 mündet in bekannter Weise in die Atmosphäre. An der Membran 72 ist gegenüber einem an dem Ende des Kanals 74 angeordneten Ventilsitz 78 ein Ventilkörper 76 angeordnet In den Kammern 66 und 70 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 Abgasrückfühung angeschlossen sein, um einen Teil des durch einen Abgaskanal 80 strömenden Abgases in den Einlaßstutzen 32 zurückzuführen.

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 78 abgehoben, um auf diese Weise einen Referenz-Unterdruck für das Leerlauf-Regulierventil 50 einzustellen. Dieser Referenz-Unterdruck gelangt über den Unterdruckkanal 67 mit Mündung 69 in die Kammer 52 des Leerlauf-Regulierventils 50. Die kleine Öffnung 69 begrenzt Unterdruckänderungen in Richtung auf die Kanuner 52 und glättet so die Ventiltätigkeit

Die Kammer 52 des Leerlauf-Regulierventils 50 steht ferner über einen Luftkanal 81 mit einer Kammer 82 eines Lufteinlaßventils 84 in Verbindung, welches durch eine Membran 88 in zwei Kammern 82 und 86 unterteilt ist Die Kammer 82 ist über einen Kanal 90 oberhalb der Drosselklappe 30 mit dem Lufteinlaßkanal 20 verbunden. Ein in der Kammer 86 befindlicher Elektromagnet 32 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 94 angeordnet

Im Betrieb wird der Elektromagnet auf der Grundlage des Steuersignals mit veränderter Impulsbreite angesteuert und dadurch das Verhältnis zwischen den öffnungs- und Schließperioden des Ventilkörpers 94 so verändert, wie es zur Steuerung des zum Lufteinlaßventil 84 fließenden Luftmengenverhältnisses erwünscht ist Eine Schraubendruckfeder 96 in der Kammer 86 spannt die Membran mit dem Ventilkörper 94 gegen das Ende des Kanals 90 vor, um den Ventilkörper 94 gegen einen Ventilsitz 98 am Ende des Kanals 90 zu legen. Durch Unterdruck von dem Druckregulierventil 68 wird die Membran 56 mit dem Ventilkörper 58 zur Steuerung des Luftdurchsatzes durch den Bypaßkanal 44 bewegt. Durch Steuerung des Luftdurchsatzes durch den Lufteinlaßkanal 84 und den Kanal 81 wird der Unterdruck in der Kammer 52 kontrolliert.

Im Leerlaufzustand der Brennkraftmaschine 10 ist die Drosselklappe 30 weitgehend geschlossen, um die Einlaßluft abzusperren. Folglich gelangt im Leerlauf die

ίο Ansaugluft weitgehend durch den Leerlaufkanal 36 und den Bypaßkanal 44 in den Motor. Den Luftdurchsatz durch den Leerlaufkanal 36 bestimmt die Justierschraube 42, und den Luftdurchsatz durch den Bypaßkanal 44 bestimmt weitgehend das Leerlauf-Regulierventil 50, welches über den Kanal 74, das Ventil 68 und den Kanal 57 an den Unterdrück im Einlaßstutzen 32 angeschlossen ist Der Unterdruck in Kammer 52 wird reguliert durch atmosphärische Ansaugluft, welche durch den Kanal 90, das Lufteinlaßventil 84 und den Kanal 81 strömt Über den Ventilkörper 58 wird der Luftdurchsatz durch den Bypaßkanal 44 über den Unterdruck in Kanal 52 gesteuert Da die Motordrehzahl von dem Einlaßluftdurchsatz abhängt, kann sie im Leerlaufzustand der Brennkraftmaschine 10 durch Regulieren des Luftdurchsatzes durch den Leerlaufkanal 36 und den Bypaßkanal 44 gesteuert werden.

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 Leerlauf-Justierschraube 42 dient im wesentlichen dazu, die Ausgangs-Leerlaufdrehzahl einzustellen.

Ein ferner in F i g. 1 dargestellter Mikrocomputer 100 zur automatischen Steuerung des Luftmengenverhältnisses enthält einen Zentralprozessor (CBU) 102, eine Speichereinheit (ROM) 104 und des weiteren eine Eingabe/Ausgabeeinheit 106. Von verschiedenen Fühlern erhält der Mikrocomputer 100 folgende Eingangssignale:

a) Über einen Kurbelwellenwinkelfühler 110 bei jedem vorgegebenen Kurbelwellenwinkel einen Kurbelwellen-Standardimpuls. Dabei wird die Umdrehung einer Kurbelwelle 112 abgetastet

b) Von einem in ein Kühlmittel 118 innerhalb eines den Zylinder 12 umgebenden Kühlmittelkanals 116 eingetauchten Temperaturfühler 114 ein KühlmitteltemperatursignaL Ein von dem Temperaturfühler 114 erzeugtes temperaturabhängiges Analogsignal wird durch einen Analog/Digitalwandler 120 in ein binärkodiertes Distal»!**»«! "•»"eseiz* welches zur Verarbeitung durch den Mikrocomputer 100 geeignet ist und in die Eingabe/Ausgabeeinheit 106 eingespeist wird.

c) Ein Drosselklappenwinkelsignal, welches von einem mit einem veränderlichen Widerstand 124 ausgestatteten Winkelfühler 122 analog erzeugt und durch einen Analog/Digitalwandler 126 in ein Digitalsignal umgewandelt wird.

d) Ein Neutralsignal (EIN/AUS-Signai) von einem Getriebeschalter 128.

e) Ein Fahrzeug-Geschwindigkeitssignal von einem Geschwindigkeitsfühler 130, der eingeschaltet ist, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner als ein gegebener Wert von beispielsweise 8 km/h ist und

f) Ein Batteriespannungssignal von einer Batterie 127 über einen Analog/Digitalwandler 129.

Obwohl in der dargestellten Ausführungsform ein veränderlicher Widerstand 124 in dem Winkelfühler zur Abtastung der geschlossenen Drosselklappenstellung verwendet wird, kann anstelle des Widerstandes auch ein Schalter eingesetzt werden, der geschlossen wird, ■> wenn die Drosselklappe 30 geschlossen ist.

Bei dem nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Kühlmitteltemperatur als Kriterium für die Ermittlung der gewünschten Bezugs-Motordrehzahl Nset verwendet. Statt dessen könnte dafür auch z. B. die Motortemperatur benutzt werden. In Fig.2 ist grafisch die Beziehung zwischen der Kühlmitteltemperatur ί 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 Regelkreis dargestellt Im normalen Fahrbetrieb steigt die Kühlmitteltemperatur auf 60° C bis 95° C, und dafür wird eine Leerlaufdrehzahl von 600 U/min eingehalten. Steigt die Kühlmitteltemperatur darüber, weil der Motor überhitzt ist, dann wird die Bezugs-Leerlaufdrehzahl auf den Maximalwert von 1400 U/min erhöht, um mit einem erhöhten Kühlluftdurchsatz durch den Kühler (nicht dargestellt) die Brennkraftmaschine wirksam abzukühlen. Wenn dagegen die Kühlmitteltemperatur unter dem angegebenen Normalbereich liegt, wird die Bezugs-Leerlaufdrehzahl auch auf einen Maximalwert von 1600 U/min erhöht, um die Brennkraftmaschine schneller zu erwärmen und seine Kalt-Leerlaufdrehzahl zu stabilisieren.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung bildet die Festlegung der Bezugs-Motordrehzahl für einen besonderen Kühlmittel-Kalttemperaturbereich. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung liegt dieser besondere Temperaturbereich zwischen O⁰C und 30° C," und die über diesen Temperaturbereich hinweg konstant gehaltene Bezugsmotordrehzahl beträgt 1400 U/min. Dieser besondere Temperaturbereich ist so

Tabelle I

gewählt, weil (mit Ausnahme von extrem kaltem Wetter) die KühlmitteUemperatur von jedem Kaltstart in diesem Temperaturbereich liegt.

Bei der praktischen Steuerung über einen Mikrocomputer 100 wird die Bezugs-Motordrehzahl entweder mit offenem oder geschlossenem (Rückkopplung) Regelkreis bestimmt. Bei der Rückkopplungssteuerung erhält das Lufteinlaßventil 84 ein anderes Nutzimpulsverhältnis (das ist das Verhältnis zwischen der Nutzimpulsbreite und dem Gesamtimpuls) als bei der Steuerung mit offenem Regelkreis für die Bezugs-Motordrehzahl Nset, entsprechend der Differenz zwischen der Ist- und der Bezugs-Motordrehzahl. Die Rückkopplungssteuerung erfolgt in Abhängigkeit von der durch einen Drosselklappenwinkelfühler 122 ermittelten Drosselklappen-Position, in Abhängigkeit von der durch einen Neutralschalter 128 ermittelten Getriebeposition, ferner in Abhängigkeit von der durch einen Geschwindigkeitsfühler 130 ermittelten Fahrzeuggeschwindigkeit usw. In jedem Fall wird die Rückkopplungssteuerung unter Bezugnahme auf zuvor in den Mikrocomputer 100 eingegebene Fahrzustände, beispielsweise auf den Zustand, wenn die Drosselklappe geschlossen und das Getriebe in Neutralposition steht, oder wenn die Drosselklappe geschlossen ist und die Fahrgeschwindigkeit kleiner als 8 km/h ist. Falls die Fahrbedingungen zur Durchführung der Rückkopplungssteuerung nicht geeignet sind, übernimmt der Mikrocomputer 100 die Steuerung mit offenem Regelkreis nach Tabellenwerten. Bei dieser Art von offener Steuerung wird das Steuersignal für die Bezugs-Motordrehzahl Nscrgemäß Tabelle nach der Kühlmitteltemperatur bestimmt Wie oben gesagt entspricht das Steuersignal der Nutzimpulsbreite des Impulssignals.

Die nachstehende Tabelle I zeigt die Beziehung zwischen der Kühlmitteltemperatur (TW) und der entsprechenden Bezugs-Motordrehzahl Nset· Diese Tabelle ist in 32 Bytes einer Speichereinheit (ROM) 104 abgespeichert

Kühlmitteltemperatur	Motor-Bezugs-Drehzahl	Kühlmitteltemperatur	Motor-Bezugs-
			Drehzahl
*TW(⁰C)*	Nset (U/min)	TW	*"SET*
117 und höher	1400	36,5	1225
104	1000	33	1325
94	600	29,5	1400
80	600	22	1400
59,5	600	10	1400
55,5	725	1	1400
51,5	837,5	-4	1425
47,5	937,5	10,5	1475
43,5	1012,5	18,5	1525
40^	1100	-30 und niedriger	1600

Gemäß dieser Tabelle wird die Motordrehzahl in Stufen von 12£ U/min erhöht Mittelwerte der Kühlmitteltemperatur zwischen den Tabellenwerten werden interpoliert

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung des Luftdurchsatzes bei einer Brennkraftmaschine wird bei der Steuerung mit offenem Regelkreis der Elektromagnet 92 durch ein auf der Kühlmitteltemperatur beruhendes Nutzimpulsverhältnis angesteuert Andererseits wird bei der Rückkopplungssteaerung das Nutzimpulsverhältnis entsprechend der Ist-Motordrehzahl unter Berücksichtigung des Kurbelwellenwinkelfühlers und der Differenz zwischen der Ist- und der Bezugs-Motordrehzahl bestimmt

9 10

Erfindungsgemäß wird bei der Steuerung mit offenem ermittelte Steuerverhältnis konstant. Wird dagegen die

Regelkreis das Steuerverhältnis unter Berücksichtigung Steuerung mit offenem Regelkreis durchgeführt, dann

der offenen und der rückgekoppelten Regelung bleibt die Schaltung 216 in Funktion zur Bestimmung

ermittelt. des Steuerverhältnisses, um das Signal Sie entsprechend

Bei der Steuerung mit offenem Regelkreis gibt es drei 5 der Kühlmitteltemperatur zu erzeugen. Somit kann,

verschiedene Methoden zur Abwandlung des Steuer- auch wenn während der offenen Steuerung das

Verhältnisses: Rückkopplungs-Steuerverhältnis auf ein gegebenes

Verhältnis fixiert ist, die Umschaltung von der offenen

Erste Methode: zur Rückkopplungs-Steuerung stufenlos erfolgen, und

Änderung des gesamten Steuerwertes entspre- ι ο es kommt zu keiner Verzögerung im Ansprechverhal-

chend der Kühlmitteltemperatur; ten, was sonst möglicherweise zur Erzeugung besonders

Zweite Methode: großer oder kleiner Steuerwerte führen würde.

Es wird nur der von der offenen Steuerung Vorzugsweise befindet sich die zuvor beschriebene abhängige Wert geändert, jedoch nicht der von der Schaltung in dem Mikrocomputer 100, welcher den Rückkopplungssteuerung abhängige Wert, und 15 Funktionsablauf steuert. Obwohl dies nicht näher Dritte Methode: beschrieben wird, ist bei der dritten Methode das Es wird der bei der zweiten Methode von der Rückkopplungs-Steuerverhältnis von der Kühlmittel-Rückkopplungssteuerung abhängige Wert eben- temperatur abhängig. Hierbei ändert sich das Rückfalls geändert, und bei der Steuerung mit offenem kopplungs-Steuerverhältnis unabhängig von der Diffe-Regelkreis wird der Rückkopplungssteuerwert 20 renz zwischen der Ist- und der Bezugs-Motordrehzahl. entsprechend der Kühlmitteltemperatur geändert. Die zuvor beschriebene Vorrichtung, bei der alternativ die Durchführung der offenen und der rückgekoppel-

Bei der ersten Methode werden Tabellendaten ten Steuerung möglich ist, kann die Leerlauf-Motordrehbestimmt und entsprechend einer in F i g. 2 dargestell- zahl genau und mit Erfolg geregelt werden. Selbst wenn ten Steuercharakteristik aus der Speichereinheit 104 25 beispielsweise das Fahrzeug mit kalter Brennkraftmaausgelesen. In der Praxis sind diese Tabellendaten in schine und ohne Aufwärmvorgang abfährt, beherrscht einem Festspeicher (ROM) innerhalb der Speicherein- die Vorrichtung den Steuervorgang,
heit gespeichert Das Signal des Kühlmittelfühlers 114 Gemäß Fig.2 kann das Leerlauf-Regulierventil 50 wird über einen Analog/Digitalwandler 120 in den den Betriebszuständen der Brennkraftmaschine folgen Mikrocomputer 100 eingegeben, die Ermittlung des 30 und verhindert wirksam einen zu hohen oder zu Steuerverhältnisses erfolgt gemäß Tabelle. niedrigen Leerlauf. Gemäß F i g. 2 ist das Steuerverhält-F i g. 3 enthält ein Blockschältbild einer Anordnung nis im Hochtemperaturbereich relativ groß, damit durch zur Durchführung der zweiten Methode. Von dem eine große Leerlaufdrehzahl der Kühlmittelumlauf Kühlmittelfühler 114 gelangt das Temperatursignal Su sowie der Kühlluftdurchsatz erhöht und so die in eine Schaltung 210 zur Bestimmung der Bezugs-Mo- 35 Brennkraftmaschinentemperatur schnell reduziert wird, tordrehzahl Nset entsprechend der Kühlmitteltempera- Unmittelbar nach dem Anlassen hat die Brennkrafttur. Ein der Bezugs-Motordrehzahl Nset entsprechen- maschine einen anderen Zustand als nach längerer des Ausgangssignal Sp der Schaltung 210 geht in eine Leerlaufzeit, auch wenn die gleiche Kühlmitteltempera-Schaltung 212 zur Ermittlung des Rückkopplungs- tür herrscht Dies hängt ab von dem Schmierölzustand, Steuerverhältnisses. Die Schaltung 212 enthält ferner 40 der inneren Reibung und d.gL Mit längerer Leerlaufzeit von dem Kurbelwellenwinkelfühler 110 ein der Ist-Mo- werden die internen Widerstände geringer. Außerdem tordrehzahl Nrpm entsprechendes Impulssignal S13. Aus ändert sich beim Anlassen die Temperatur der diesen Werten ermittelt die Schaltung 212 eine Brennkraftmaschine in verschiedenen Bereichen nicht Differenz ΔΝ zwischen der Bezugs-Drehzahl Nset und immer im gleichen Maße wie die Kühlmitteltemperatur, der Ist-Drehzahl Nrpm. Ein dieser Differenz ΔΝ 45 Die Zylinder erwärmen sich im Brennkammerbereich entsprechendes Rückkopplungssteuersignal S₁₅ gibt die schneller als an anderen Stellen.

Schaltung 212 an eine Additionsstufe 214 üb. Das Damit die Brennkraftmaschine nach dem Start wegen Kühbnitteltemperatur-Signal Sn geht gleichzeitig in erhöhter innerer Widerstände nicht stehenbleibt, erfolgt eine Schaltung 216 zur Ermittlung eines Steuerverhält- erfindungsgemäß nach dem Anlassen des Motors eine nisses für offenen Regelkreis. Diese Schaltung 216 erhält 50 Erhöhung der Motor-Bezugs-Drehzahl um eine gegebeferner ein Korrektursignal Sn in bezug auf positive und ne Größe innerhalb eines gegebenen Zeitraumes. Für negative Beschleunigungsvorgänge. Die Schaltung 216 die Praxis sind ein Korrekturwert für die Bezugs-Moerrechnet aus ihren Eingangsdaten das Steuerverhältnis tordrehzahl und die Erhaltungszeit entsprechend der für offenen Regelkreis und gibt ein entsprechendes Kühlmitteltemperatur in einer Speichereinheit 104 Ausgangssignal 5i6 an die Additionsstufe 214 ab, welche 55 (Fig. 1) als Tabellendaten gespeichert Nach dem die beiden Signale Si₅ und Sie addiert Eine Schaltung Anlassen der Brennkraftmaschine, was durch die 218 begrenzt die Steuerverhältnis-Summe der Signale Stellung EIN des Startschalters erkennbar ist, erfolgt die 5i5 und Sie auf einen oberen und unteren Grenzwert Bestimmung des Korrekturverhältnisses der Bezugs-

In die Schaltung 212 zur Ermittlung des Rückkopp- Drehzahl nach Tabellendaten.

lungs-Steuerverhältnisses gelangt ein Befehlssignal Si₈ 60 Das Verhältnis zur Erhöhung der Motor-Bezugsdreh-

von einem Diskriminator 222, welcher verschiedene zahl und des Gültigkeitszeitraumes für diese Erhöhung

Eingänge über Motorbetriebszustände verarbeitet und kann für den erforderlichen Brennkraftmaschinenbe-

entscheidet, ob die Rückkopplungssteuerang durchge- trieb beim Anlassen nach einer Formel errechnet

führt wird. Entscheidet der Diskriminator 222 auf werden. Jedoch wird diese Formel sehr kompliziert sein Durchführung der Steuerung mit offenem Regelkreis, 65 und den Zuständen der Brennkraftmaschine nicht so

dann fixiert das Befehlssignal Si₈ das von der Schaltung genau folgen können, um den Erfordernissen ganz zu

212 erzeugte Signal. Folglich bleibt während der entsprechen.

Einspeisung des Signals Sie das von der Schaltung 212 Es ist ferner möglich, den ersten Korrekturwert zur

Erhöhung der Bezugs-Motordrehzahl nur nach der in Fig.4 grafisch dargestellten Steuercharakteristik zu bestimmen. Nach dieser Methode erfolgt die Ermittlung des ersten Korrekturverhältnisses nach der Kühlmitteltemperatur beim Start der Brennkraftmaschine. Anschließend erfolgt dann eine Verminderung des Korrekturverhältnisses nach einer gegebenen Größe und in einem gegebenen Zeitraum.

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

Ferner besteht die Möglichkeit, den auf die oben angegebene Weise bestimmten Korrekturwert auch noch für andere Korrekturzwecke auszunutzen, beiTabelle II

spielsweise bei der Bemessung der Treibstoffzufuhr beim Start der Brennkraftmaschine.

Somit läßt sich bei und nach einem Kaltstart die Brennkraftmaschinendrehzahl stets genau regeln, wodurch die Drehzahl nach dem Start auch bei unterschiedlichen Belastungen der Brennkraftmaschine stets stabil gehalten wird. Mit einer so geregelten Brennkraftmaschine kann besser gefahren werden, und die Abgase enthalten dariiberhinaus weniger Schadstof-

Das wie vorstehend erläutert festgelegte Steuerverhältnis beim Start der Brennkraftmaschine wird femer unter Berücksichtigung der Getriebeart (Schaltgetriebe oder Automatik), der Getriebeposition (Drive oder Neutral), des Betriebszustands der Klimaanlage und dgl. festgelegt, wie aus der nachstehenden Tabelle ersichtlich ist.

Klimaanlage

Getriebeposition

Korrektur-Wert

Min.
Nutzimp.

Schaltgetriebe	AUS	NEUTRAL	0	25
	EIN	DRIVE	5	30
Automatik-Getriebe	AUS	NEUTRAL	0	25
	AUS	DRIVE	1,5	25
	EIN	9	32,5
	EIN	10,5	34

Durch Bestimmung des minimalen Nutzimpulsverhältnisses werden unrunder Lauf der Brennkraftmaschine und eine unstabile Drehzahl mit Erfolg verhindert.

Das in F i g. 5 dargestellte Flußdiagramm bezieht sich auf ein Programm zur Errrechnung der zuvor erläuterten Korrekturen beim Start der Brennkraftmaschine. Dieses Programm wird für jeweils einen Zyklus der Kurbelwellenumdrehung 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 Motor-Bezugsdrehzahl Nset wird nach Tabelle entsprechend der Kühlmitteltemperatur in einem Block 300 bestimmt Das Grund-Steuerverhältnis wird in ein Α-Register eingeschrieben. Wird in einem Entscheidungsblock 302 durch entsprechende Anfrage festgestellt, daß der Startschalter eingeschaltet ist, dann wird eine Rückkopplungsanweisung gesetzt, um die Rückkopplungssteuerung unmittelbar nach dem Anlassen in einem Block 304 durchzuführen. In Block 304 erfolgt die Übertragung des im Α-Register gespeicherten Grundsteuerverhältnisses in ein Ausgaberegister. Bei Startschalter AUS wird 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 bzw. 5% des dem Magneten 92 zugeführten Nutzimpulsverhältnisses. Dieser erhöhte Wert wird mittels eines Blockes 310 wieder in dem Α-Register gespeichert Gleichzeitig wird der Wert 60 als Mimmal-Ausgangsverhältnis (entsprechend 30% des Steuersignal-Nutzimpulsverhältnisses) in einem B-Register mit Block 310 gespeichert Falls die Klimaanlage abgeschaltet wird, wird der Wert 50 als Minimal-Verhältnis (entsprechend 25% des Steuersignal-Nutzimpulsverhältnisses) in einem B-Register mit Block 312 gespeichert. In diesem Fall wird der im Α-Register gespeicherte Steuerausgang nicht korrigiert Nach Verarbeitung des Steuerausgangs und nach Bestimmung des minimalen Steuerverhältnisses gemäß Block 310 und 312 wird der Steuerausgang mit Block 314 in das Ausgaberegister übertragen. Mit Block 314 erfolgt ebenfalls die Übertragung des im B-Register gespeicherten minimalen Steuerverhältnisses in ein entsprechendes Register.

Bei Entscheidung zugunsten eines Automatik-Getriebes in Entscheidungsblock 306 wird die Getriebeposition in einem Entscheidungsblock 316 überprüft Falls die Stellung NEUTRAL ist, wird in einem Entscheidungsblock 318 der Zustand der Klimaanlage überprüft Ist sie eingeschaltet, wird der im Α-Register gespeicherte Steuerausgang um 18 erhöht, das entspricht 9% des Steuersignal-Nutzimpulsverhältnisses. Außer diesem Vorgang erfolgt in einem Entscheidungsblock 320 eine Veränderung des im B-Register gespeicherten Minimal-Verhältnisses auf 65, entsprechend 32£% des Impulsverhältnisses. Wird die Klimaanlage abgeschaltet, dann wird der im B-Register gesetzte Minimalwert auf einen Wert 50 gebracht, das entspricht 25% des Nutzimpulsverhältnisses. Dafür ist ein Block 322 vorgesehen. In diesem Fall erfolgt keine Korrektur des Steuerausgangs.

Erfolgt im Block 316 die Antwort NEIN, dann wird in

einem Entscheidungsblock 324 der Betriebszustand der

Klimaanlage überprüft Wenn sie läuft, wird in einem Entscheidungsblock 326 festgestellt, ob die Fahrge-

schwindigkeit gleich oder größer als 4 km/h ist Bei der Antwort NEINyma der Steuerausgang um 21 erhöht, entsprechend 104% des Nutzimpulsverhältnisses. Dies geschieht mit Block 328. Mit diesem Block wird such der

Minimalwert in dem B-Register auf 68 gesetzt entsprechend 34% des Impulsverhältnisses. Erfolgt in dem Entscheidungsblock 324 die Antwort NEINoder in dem Block 326 die Antwort JA, dann wird der Steuerausgang um 3 erhöht, entsprechend 1,5% des Impulsverhältnisses, und zwar in einem Block 330. Gleichzeitig wird der Minimalwert im B-Register auf 50 gesetzt, entsprechend 25% des Impulsverhältnisses.

Nach Verarbeitung der Blöcke 320,322,328 oder 330 wird der Steuerausgang in das Ausgaberegister und der Minimalwert in sein entsprechendes Register übertragen, S. Block 314.

Der Entscheidungsblock 326 hat die Aufgabe, die Erhöhung der Nutzimpulsbreite des Steuersignals zu begrenzen, denn bei einer höheren Fahrzeuggeschwindigkeit dreht auch die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine entsprechend schneller als sonst, wenn er möglicherweise stehenbleiben kann oder die Klimaanlage antreibt Jedoch ist der Block 326 nicht immer zur Bestimmung des Impulsverhältnisses für die Regelung der Leerlaufdrehzahl beim Start notwendig. Wenn Block 326 fehlt, gibt es lediglich eine leichte Disharmonie durch den Lastwechsel beim Ein- und Ausschalten der Klimaanlage.

Das zuvor erläuterte Programm erlaubt eine genaue und erforderliche Steuerung im offenen Regelkreis entsprechend den Brennkraftmaschinenbelastungen. Dadurch werden nachfolgende andere Steueroperationen sehr erleichtert Außerdem besteht auch bei der Bestimmung des minimalen Impulsverhältnisses nach Brennkraftmaschinenbelastung auch bei schnell absinkender Drehzahl keine Gefahr, daß die Brennkraftmaschine stehenbleibt

Erfindungsgemäß wird sich der Steuerausgang im Fall eines normalen Schaltgetriebes nicht mit der Getriebeposition ändern. Dagegen erfolgt im Falle eines Automatikgetriebes mit Sicherheit eine Änderung des Steuerausgangs, wenn eine Umschaltung von DRIVE auf NEUTRAL oder umgekehrt erfolgt, weil sich dann die Brennkraftmaschinenbelastung entsprechend ändert

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

_ _ . Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung Patentansprüche: des Luftdurchsatzes bei einer Brennkraftmaschine

1. Vorrichtung zar Steuerung des Luftdurchsatzes gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

bei einer Brennkraftmaschine mit einem Luftdurch- In den zurückliegenden Jahren hat sich die Versatz-Steuerventil mit einem Stellglied, welches durch 5 schmutzung der Atmosphäre durch in den Kraftfahrein Impulssignal mit veränderlicher Nutzimpulsbrei- zeug-Abgasen enthaltene Schadstoffe wie Stickoxide te betätigt wird, einer die Nutzimpulsbreite steuern- ΝΟ_Λ Kohlenmonoxid CO, schwefelsäurehaltige Gase den Rückkopplungssteuerung zur Leerlauf-Dreh- und dergleichen zu einem weltweiten Problem entwikzahlreglung in Abhängigkeit von Motorbetriebsbe- kelt Andererseits sind die Preise für Kraftfahrzeugdingungen und mit einer Einrichtung zum Umschal- 10 Treibstoffe wie Benzin und Dieselöl wegen begrenzter ten von rückgekoppelter Drehzahlregelung auf Vorkommen ständig im Steigen begriffen. Regelung mittels eines offenen Regelkreises, ge- Zur Vermeidung der Umweltbelastung durch Abgase kennzeichnet durch eine Einrichtung (216, und zur besseren Treibstoffausnutzung wurden bereits 214) zur fortlaufenden Veränderung der Nutzimpuls- zahlreiche Vorrichtungen zur genaueren Steuerung von breite des Impulssignals für das Stellglied in 15 Brennkraftmaschinen vorgeschlagen. In diesem Zusam-Abhängigkeit von Motorbetriebsbedingungen wäh- menhang wird auf den Artikel »Elektronische Bezineinrend der Steuerung mit offenem Regelkreis. spritzung mit Steuerung durch Luftmenge und Motor-

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet drehzahl« in der Zeitschrift »MTZ 34« Nr. 4, April 1973, durch eine dritte Einheit, die in Abhängigkeit vom Seite 99—105, hingewiesen.

Startvorgang des Motors die Nutzimpulsbreite des 20 Zur weiteren Senkung der Schadstoffemission und

Impulssignals für einen gegebenen Zeitraum mit des Kraftstoffverbrauchs ist es erforderlich, schon bei

einem gegebenen Verhältnis erhöht leerlaufendem Motor eine genaue Drehzahlkontrolle

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- durchzuführen. Die Drehzahlkontrolle erfolgt üblicherzeichnet, daß dieses Verhältnis der Nutzimpulsbrei- weise dwrch Steuerung des Ansaugluftdurchsatzes mit ten-Erhöhung von dem Signal einer Motortempera- 25 Hilfe eines Impulssignals, dessen Nutzimpulsbreite die tür-Fühleinrichtung (114) abhängig ist jeweils angesaugte Luftmenge bestimmt Die Steuerung

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- des Ansaugluftdurchsatzes erfolgt vorzugsweise selekzeichnet, daß das Impulssignal ein von einer tiv und in Abhängigkeit von Motorbetriebsbedingungen Differenz zwischen einer Ist-Motordrehzahl und entweder rückgekoppelt oder mit offenem Regelkreis, einer Bezugs-Motordrehzahl abhängiges Rückkopp- 30 Bei der rückgekoppelten Steuerung erfolgt die Impulslungs-Steuerverhältnis und ein von einem Fühlersi- signalerzeugung in Abhängigkeit von einer Differenz gnal einer Motortemperatur-Fühleinrichtung (114) zwischen einer durch einen Kurbelwellenwinkelfuhler abhängiges Steuerverhältnis für offenen Regelkreis oder dergleichen ermittelten Ist-Motordrehzahl und umfaßt einer Bezugs- oder Soll-Drehzahl, die entsprechend

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn- 35 einer Motor- oder Kühlmitteltemperatur ermittelt wird, zeichnet, daß das Steuerverhältnis für offenen Voraussetzung für eine rückgekoppelte Luftdurch-Regelkreis entsprechend den Änderungen des satzsteuerung ist ein stabiler Motorbetrieb. Wenn Fühlersignals verändert wird und daß während der dagegen der Motor unstabil gefahren wird, sollte auf die Durchführung der Steuerung mit offenem Regel- Rückkopplungssteuerung verzichtet und statt dessen kreis ein festes Rückkupplungs-Steuerverhältnis 40 die Steuerung mit offenem Regelkreis angewandt besteht werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn- Es ist daher notwendig, in Abhängigkeit von den zeichnet, daß bei Durchführung der Steuerung mit Motorbetriebszuständen den Steuerbetrieb zwischen offenem Regelkreis beide Steuerverhältnisse für Rückkopplung und offenem Regelkreis umzuschalten, offene und rückgekoppelte Regelung des Impulssi- 45 Zum Stand der Technik gehören verschiedene Umgnals den Änderungen des Fühlersignals entspre- Schalteinrichtungen für diese Umschaltung. Im allgemeichend geändert werden. nen bewirkt die bekannte Umschalteinrichtung bei der

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet Umschaltung von der Rückkopplung auf die Steuerung durch eine dritte Einheit zum Korrigieren der mit offenem Regelkreis eine Festlegung eines Rück-Nutzimpulsbreite des Impulssignals in Abhängigkeit 50 kopplungs-Steuersignals auf einen Festwert, wie er von Motor-Lastbedingungen. unmittelbar vor der Umschaltung anlag. Dieser

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn- Festwert wird während der Steuerung mit offenem zeichnet, daß bei der Korrektur der Nutzimpulsbrei- Regelkreis beibehalten. Deshalb wird bei der Rückkehr te Motor-Belastungsfaktoren, die Art des vorhande- zur Rückkopplungs-Steuerung das erste, durch diese nen Getriebes, und dabei z. B. die Positionen ss Steuerungsart bestimmte Steuersignal den gleichen »Drive« oder »Neutral« bei einem Automatikgetrie- Wert wie der zuvor benutzte Festwert haben. Falls sich be und/oder der Ein- oder der Ausschaltzustand der Motorbetnebszustand während der Steuerung mit einer Klimaanlage berücksichtigt werden. offenem Regelkreis wesentlich verändert hat, wird

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn- dieses Rückkopplungs-Steuersignal stark von betriebszeichnet, daß die Motor-Belastungsfaktoren einen 60 abhängigen Sollwert abweichen. Dies führt zu einem Einfluß auf ein Änderungsverhältnis bei der Korrek- unstabilen Luftdurchsatz, und dabei kann der Motor tür der Nutzimpulsbreite des Impulssignals haben. stehenbleiben. Beim Anwärmen des Motors nach einem

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, Kaltstart hat das Steuersignal zur Bestimmung der gekennzeichnet durch eine vierte Einheit zur Nutzimpulsbreite des Impulssignals für den Luftdurch-Bestimmung einer minimalen Nutzimpulsbreite des 65 satz einen verhältnismäßig hohen Wert, damit der Impulssignals in Abhängigkeit von den Motor-Last- Motor schnell warm wird. Im anschließenden Leerlauf bedingungen. wird die Nutzimpulsbreite laufend in Abhängigkeit vom

·» Anstieg der Motor- oder Kühlmitteltemperatur redu-