DE3020618A1 - Vorrichtung und verfahren zum regulieren der drehzahl eines fahrzeug-brennkraftmotors - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum regulieren der drehzahl eines fahrzeug-brennkraftmotors

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DE3020618A1
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Description

BESCHREIBUiMB
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Regulieren der Drehzahl eines Fahrzpug-Brennkraftmotars .
Wach jüngsten Erkenntnissen sollte die Motordrehzahl bereits im Leerlauf zustand genau kontrolliert uierden, um die Abgase frei von Schadstoffen zu halten und den Treibstoff verbrauch zu senken. Unter diesem Gesichtspunkt wurde eine Vorrichtung zur rückgekoppelten Steuerung der Motoransaugluftmenge entwickelt, um die Ist-Drehzahl näher an
1Ü eine auf der Grundlage der Motortemperatur bestimmte Bezugs-Drehzahl heranzubringen. Bei der bekannten Vorrichtung wird die Ist-Drehzabl durch Erhöhung der Ansaugluftmenge angehoben, wenn die Ist-Drehzahl den Solluert unterschreitet. Hierbei treten jedoch folgende Probleme auf:
Fährt das Fahrzeug mit einem von der Neutralstellung abweichenden Getriebestellung und wird durch Betätigung der Bremse abgebremst, dann sinkt die Motordrehzahl entsprechend der Fahrgeschwindigkeit. Unter diesen Bedingungen ist die Rückkopplungssteuerung bemüht, die Ist-Drehzahl durch Er-
2D höhung der Ansaugluftmenge zu erhöhen. Liegen des vorliegenden Bremsvorgangs ist einerseits eine Erhöhung der Motordrehzahl unmöglich, andererseits wirkt aber die Rückkopplungssteuerung auf eine weitere Erhöhung der Ansaugluftmenge hin. Folglich arbeitet der Motor jetzt gegen die Bremse, vermindert die Bremswirkung und erhöht den Bremsweg des Fahrzeugs in unerwünschter üleise.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung und das Verfahren der eingangs genannten Art so zu ver-
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bessern, daß die genannten Nachteile weitgehend vermieden werden.
Die erfindungsgemäße Läsung der gestellten Aufgabe ist kurzgefaßt varrichtungsseitig im Patentanspruch 1 und werfahrensseitig im Patentanspruch 1G angegeben.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen enthalten.
Ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß im Fall eines vorgegebenen Motorbetriebszustand der Anstieg der Ansaugluftmenge willkürlich begrenzt wird. Damit wird unter den gegebenen Betriebsbedingungen ein weiterer Anstieg der Motardrehzahl verhindert. Durch dieses vorteilhafte Steuerverhalten der erfindungsgemäßen Vorrichtung mird Treibstoff gespart und der Schadstoffanteil in den Abgasen des Motors reduziert.
Erfindungsgemäß wird die gemessene Ist-Drehzahl mit einem Drehzahl-Sollwert verglichen, entsprechend der ermittelten Drehzahlabweichung ein Differenzsignal erzeugt, welches die Grundlage für ein von einem Signalgenerator abgegebenes Steuersignal ist, mit dem ein Steuerglied zwecks Beeinflussung einer Ansaugluftmenge angesteuert wird. Eine Begrenzungseinrichtung hält den Wert des Steuersignals unter einem vorgegebenen oberen Grenzwert, wenn ein varbestimmter MotQrbetriebszustand vorliegt, um eine zu große Ansaugluftmengs zu begrenzen. Das Vorhandensein des vorbestimmten Matorbetriebszustands wird nach bestimmten Kriterien ermittelt, beispielsweise nach der Getriebepasition, der Drosselklappen-
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stellung, dem gegenwärtigen Drehzahl- und/oder Fahrgeschwindigkeitsbereich, der Steuerungsart (Rückkopplung) ο.dgl.
Vorzugsweise erfolgt die Begrenzung des Steuersignalaertes nach einer Exponentialfunktion, wenn der Steuersignalwert den oberen Grenzwert überschreitet. Ferner kann das Steuersignal einen Proportionalanteil und einen Integralanteil umfassen. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn eine in der Begrenzungseinrichtung enthaltene Subtraktionsstufe 1D den Integralanteil von dem Steuersignal abzieht.
Vorzugsweise übernimmt die Funktionen der Begrenzungseinrichtung und der Rückkopplungssteuerung ein programmierter Mikrocomputer.
Nachstehend ujird ein die Merkmale der Erfindung aufweisendes Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Übersicht zu einem
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel, L nd
2G Fig. 2 ef.n FluBdiagramm zu einem Dperationsprogramm
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Gemäß Fig. 1 ist die erfindungsgemäBe Vorrichtung zur Drehzahlregulierung einem Brennkraftmotor mit elektronischer Treibstoffeinspritzung zugeordnet. Die Zylinder des Motors 1 erhalten Luft von einem Luftreiniger 2 über einen Luftstrommesser 3, eine Drosselkammer k und die verschiedenen Zuieige eines Ansaugluftkanals 5. In dem Luftkanalzuieig
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jedes Zylinders befindet sich ein Einspritzventil 6 zur Treibstoffeinspritzung. Die Ansaugluftmenge ujird mittels einer in der Drosselkammer angeordneten und mit einem Gaspedal verbundenen Drosselklappe 7 konitrolliert. Im Leerlauf ist die Drosselklappe 7 fast vollständig geschlossen, und ein durch einen Leerlaufkanal 8 gesaugter Luftstrom kann durch eine darin befindliche Leerlaufstellschraube 9 verändert werden. Gleichzeitig fließt Ansaugluft durch einen die Drosselklappe 7 umgehenden Bypass-Kanal 1G und uiird darin gesteuert durch ein in dem Bypass-Kanal angeordnetes Leerlaufsteuerventil· 11.
Ein Leerlaufsteuerventil 11 umfaßt einen in dem Bypass-Kanal 1D angeordneten Wentilkörper 12, eine Unterdruckkammer 15 und eine darin angeordnete und mit dem Ventilkörper 12 verbundene Membran 13. Gegen die Kraft einer Feder 1*f bestimmt der Unterdruck in der Hammer 15 den üffnungsquerschnitt des Uentilkörpers 12. In einer Unterdruckleitung 16, welche die Unterdruckkammer 15 mit einer in Strömungsrichtung hinter der Drosselklappe 7 gelegenen
2ü Stelle des Ansaugluftkanals 5 verbindet, ist ein Druckregelventil 17 angeordnet. Die Unterdruckkammer 15 ist: ferner durch eine Luftleitung 18, in der ein Magnetventil 19 angeordnet ist, mit einer in Strömungsrichtung vor der Drosselklanpe 7, aber hinter dem Luftreiniger 2 gelegenen Stelle des Ansaugluftkanals 5 verbunden. Durch den Dffnungsgrad des Magnetventils 19 uiird die'Luftzufuhr und damit die Größe des Unterdrucks in der Unterdruckkammer reguliert, und auf diese üJeise uird der üffnungsgrad des LeerlaufSteuerventils 11 gesteuert.
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Das Magnetventil 19 wird z.B. durch einen Mikrocomputer 20 gesteuert, der einen Mikroprozessor (CPU) 21, einen Speicher 22 und eine Schnittstelleneinheit 23 umfaßt. Die Schnittstelleneinheit erhält Eingangsdaten von verschiedenen Fühlern Dder Signalgebern, z.B. die von einem Fühler Zk ermittelte Drehzahl des Matars 1 in Digitalform. (In der Praxis werden von einem die ijJinkelposition einer Kurbelwelle abtastenden Fühler als Lüinkelposittons-Bezugssignal ein Kalibrierimpulssignal und ein Bezugsimpulssignal an die Schnittstelleneinheit 23 geleitet). Die Motor- bzui. Kühlujassertemperatur wird von einem als Thermistor ausgebildeten Temperaturfühler 25 in analoger Form ermittelt und ein entsprechendes analoges Temperatursignal nach Umwandlung in einem Analog/Digitalwandler 26 in Digitalform der Einheit 23 zugeführt. In ähnlicher Weise erhält die Schnittstelleneinheit 23 von einem Drosselklappenschalter 27 ein EIN/AUS-Signal in bezug auf eine ganz geschlossene Position der Drosselklappe 7, ein EIIM/AUS-Signal von einem Getriebepositionsschalter 2Ö in bezug auf eine Meutral-Stufe eines an den Motor angeschlossenen Getriebes und ein EIN/AUS-Signal von einem eine bestimmte Fahrgeschwindigkeit ermittelnden Geschwindigkeitsschalter 29. In Fig. 1 ist der Drosselklappenschalter 27 als Analogfühler mit einem veränderlichen Widerstand dargestellt, dessen Ausgang über einen Analog/Digitaluiandler 3D digital umgesetzt wird, jedoch kann diese Anordnung durch den zuvor erwähnten EII\l/AUS-Schalter ersetzt werden.
Die gewünschten Drehzahlen R0 (U/min) in Abhängigkeit von den jeweiligen Motorbetriebsbedingungen wie beispiels-
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ueise der Motortemperatur sind vorher in dem Speicher 22 abgespeichert worden. Der Mikroprozessor 21 ermittelt aus Signalen iuie dem Ausgangssignal des Temperaturfühlers 25 den Matarbetriebszustand, liest dazu die entsprechende Soll-Drehzahl RQ aus, findet die Ist-Drehzahl Rfl aus dem Ausgangssignal des Drehzahlfühlers Zk und errechnet die Abweichung Δ R = Rfl - RQ.
Aus der Ist-Drehzahl Rfl und der Abweichung R errechnet der Mikroprozessor 21 den Wert eines Steuersignals, mit dem das IMutzimpulsverhältnis eines das Magnetventil ansteuernden Impulssignals verändert wird. Das (Mutzimpulsverhältnis bestimmt das Verhältnis zwischen offenen (EIiM) und geschlossenen (AUS) Positionen des mit hoher Schaltfolge arbeitenden Magnetventils 19, und auf diese Weise wird die Luftzufuhr zur Unterdruckkammer 15 gesteuert. Entsprechend wird der üffnungsgrad des Leerlaufsteuerventils 11 verändert und die durch den Bypasskanal 10 strömende Luft reguliert. So wird durch Beeinflussung der Ansaugluftmenge die Matardrehzahl rückge-
2ü koppelt gesteuert und die Ist-Drehzahl an die Soll-Drehzahl angepaßt. Falls erwünscht, kann das Steuersignal einen Praportionalanteil mit Praportionaluiirkung und einen Integralanteil mit integrierender Wirkung umfassen.
In Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der Schalter oder Fühler 27, 28, 29 und van anderen Informationen uiie über den Stand der Treibstoff zufuhr entscheidet der Mikroprozessor 21, ob die Rückkopplungssteuerung durchgeführt uiird oder nicht. Rückkopplungssteuerung
3D uiird nur bei einer ausdrücklich positiven Entscheidung
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durchgeführt, sonst wird mit offenem Regelkreis gesteuert.
Der Mikrocomputer 2G führt einen Begrenzungsvorgang aus, er begrenzt im Fall eines bestimmten vorgegebenen Motorbetriebszustands den liiert des Steuersignals unter einen vorgegebenen oberen Grenzwert.
Das in Fig. 2 in Form eines Flußdiagramms dargestellte Programm wird beispielsweise mit jeder Motorumdrehung
1Ü einmal durchgeführt. In dem Programm gemäß Fig. 2 wird in einem Schritt 31 zunächst entschieden, ob der tdert des Steuersignals zu begrenzen ist oder nicht. Als Entscheidungsgrundlage für Schritt 31 werden die derzeitigen Motorbetriebsbedingungen z.B. dahingehend überprüft, ob folgende Bedingungen (a) bis (e) erfüllt sind:
(a) Getriebestellung nicht NEUTRAL,
(b) Drosselklappenschalter EIN (Klappe ganz geschlossen),
(c) Hotordrehzahl liegt in einem vorbestimmten Bereich 2Ü (z.B. 6DG bis 350 U/min),
(d) die Fahrgeschwindigkeit unterschreitet einen vorgegebenen LtlErt (z.B. 12 km/h), und
(e) die Rückkopplungssteuerung ist in Betrieb.
Bei Erfüllung dieser Bedingungen lautet die Antwort in Schritt 31 3A, folglich wird die Begrenzungsoperation durchgeführt. Damit geht das Programm zu einem Schritt über, wo entschieden wird, ob ein zeitweilig in dem Speicher gespeicherte Ulert des Steuersignals größer als ein oberer Grenzwert (der beispielsweise einer Ansaugluftmenge für einen Drehzahlbereich von 800 bis 900 U/min entspricht) ist.
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Bei Antwort NEIN in Schritt 31 oder 32 springt das Programm zu einem Schritt 39, uo der gespeicherte lüert in einen Akkumulator in dem Mikroprozessor 21 übertragen wird, und dann springt das Programm zu einem Schritt **Ώ, uio der Akkumulator-Inhalt als Steuersignal ausgegeben ujird. D.h., der gespeicherte Uert wird als Ausgangssignal abgegeben.
üei Antwort JA in Schritt 32 erfolgt mit einem Schritt die Berechnung der Abweichung zwischen dem gespeicherten
1ü Wert und dem oberen Grenzwert. Danach wird in Schritt 3k die Abweichung durch 8 dividiert, beispielsweise durch Verschieben der Abweichung um drei Bits nach rechts, und in einem Schritt 35 subtrahiert das Programm das Ergebnis von Schritt 3k von dem gespeicherter* Wert und speichert das Subtraktionsergebnis in dem Speicher als neuen Speicherwert, welcher den alten üJert ersetzt. .Sollte in 3k daff Teilungsergebnis kleiner als eins sein, dann ist in Jedem Fall das Ergebnis = eins.
Zur Erhaltung eines stabilen Motorlaufs wird der Wert des Steuersignals laufend über die Schritte 33 bis 35 vermindert. Lücken und schroffe Negativsprünge im Wert des Steuersignals würden den Motorlauf stören. Außerdem wird der LJe rt des Steuersignals im V/erlauf der Schritte 33 bis 35 exponential vermindert, um es rasch an den oberen Grenzwert anzugleichen, falls es.weit ütxer diesem liegen sollte.
In dem nach Schritt 35 folgenden Schritt 36 uiird entschieden, ob das Subtraktionsergebnis (der neue Speicherwert) kleiner als der obere Grenzwert ist. Bei Ant-
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wort NEIN geht das Programm direkt, bei Antuart JA über einen Schritt 37 zu einem Schritt 38 war. In dem Schritt 37 wird der gespeicherte ülert gleich dem oberen Grenzwert gemacht, und ein Integralanteil mit integrierender Wirkung wird null, falls ein solcher beteiligt ist. Begründung; 1) üJird der gespeicherte Wert kleiner als der obere Grenzwert C JA in Schritt 36 ), dann wird der gespeicherte üJert dem oberen Grenzwert angeglichen, damit er nicht zu klein wird. 2) Da bei der Rückkapplungs-
1Q steuerung die Ist-Drehzahl nicht erhöht werden kann, verringert sich nicht die Abweichung van dem gewünschten LJert. Dies führt zu einer laufenden Erhöhung des Integralanteils in dem gespeicherten Wert aufgrund der integrierenden Wirkung. Wenn die Anordnung von der Begrenzungsoperation mit einem zu weit erhöhten Integralanteil im Steuersignal zum normalen Rückkopplungssteuerbetrieb zurückkehrt, besteht die Gefahr eines sprunghaften Anstiegs der Drehzahl. Um diese Möglichkeit zu verhindern, wird der Integralanteil subtrahiert
2Ü und nur der Festanteil übriggelassen.
Mit Schritt 38 wird der neue Speicherwert in den Akkumulator übertragen, und mit Schritt ^Q wird der Inhalt des Akkumulators als Ausgangssteuersignal abgegeben.
Somit führt das Programm in dem Flußdiagramm von Fig. 2 die begrenzende Operation durch, nachdem es so entschieden hat, indem es den gespeicherten Uert auf den oberen Grenzwert vermindert und auf diesem üJert hält, falls der gespeicherte Wert größer als der obere Grenzwert ist. Es wird verhindert, daß der gespeicherte Wert größer als der obere Grenzwert wird, falls der gespeicherte üJert
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kleiner als der obere Grenzwert .ist (von Anfang an oder als Ergebnis der BegrenzungsoperBtian).
Erfindungsgemäß wird eine unerwünschte Abschuächung des durch die Rückkopplungaateuaranbrdnung verursachten Bremseffektes dadurch verhindert, daß im Fall eines vorbestimmten Motorbetriebszustanda der üJsrt des Steuersignals zur Beeinflussung der Ansaugluftmenge unter einen oberen Grenzwert beschränkt wird. Durch die Erfindung wird so eine unerwünschte Bremswegverlängerung 1D beim Abbremsen eines Fahrzeugs verhindert, das Fahrzeug kann mit weniger Bremspedaldruck zum Stillstand gebracht werden.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ferner der üJert des Steuersignals nach einer Expanentialfunktion vermindert, um ihn schneller und harmonischer an den oberen Grenzwert anzugleichen, falls dieser liiert weit über dem oberen Grenzwert liegen sollte.
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ORIGINAL INSPECTED

Claims (1)

  1. 020618
    PATENTANWÄLTE
    TER MEER-MÜLLER-STEINMEISTER
    Beim Europäischen Patentamt zugelassene Vertreter — Professional Representatives before the European Patent Office Mandatalres agrees pres !'Office european des brevets
    Dipl.-Chem. Dr. N. tar Meer Dipl.-lng. H. Steinmeister Dipl.-lng. F. E. Müller Siekerwall 7
    Triftstrasse 4, Siekerwall 7.
    D-8OOO MÜNCHEN 22 D-48OO BIELEFELD
    Case:GD 11-80
    St/Gt/tg
    NISSAN MOTDR CDMPAMY, LTD.
    No. 2, Takara-cho, Kanagawa-ku, Yokohama City, Japan
    Vorrichtung und Verfahren zum Regulieren der Drehzahl eines Fahrzeug-Brennkraftmators
    Priorität: 31» Mai 1979, Japan, Nq. 5*f-67711
    PATENTANSPRÜCHE
    1.) Vorrichtung zum Regulieren der Drehzahl eines Fahrzeug-Brennkraftmotors ,
    gekennzeichnet durch
    - eine Einheit (20) zum Erzeugen eines Differenzsignals, welches einer Abweichung zwischen der gemessenen Drehzahl und einer vorgegebenen Bezugsdrehzahl entspricht,
    - einen Generator (20) zum Erzeugen eines in einer Beziehung zu dem Differenzsignal stehenden Steuersignals,
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    -Z-
    - ein Steuerglied (19) zur Beeinflussung der dem Motor zugeführten Ansaugluftmenge in Abhängigkeit uon dem Steuersignal, um die MatDrdrehzahl mit einer auf diese Weise gebildeten Rückkopplungssteueranordnung zu regeln,
    - Fühleinrichtungen (Zk,27,28,29) zur Ermittlung eines vorgegebenen Motorbetriebszustands, bei dem folgende Bedingungen erfüllt sind: a) Bin an den Motor angeschlossenes Getriebe hat einen von IMEUTRAL abweichenden Zustand, b) eine Motor-Drosselklappe (7) ist geschlossen, c) die Motardrehzahl liegt in einem vorgegebenen Bereich,
    d) die Fahrzeuggeschuiindigkeit liegt unter einem vorgegebenen liiert, und e) die Rückküpplungssteueranordnung arbeitet, und
    - einen Begrenzer (20), welcher den Wert des Steuersignals auf einen unterhalb eines vorgegebenen oberen Grenzwertes liegenden Wert begrenzt, wenn die Fühleinrichtungen den vorgegebenen Motorbetriebszustand erkennen, um damit eine übermäßige Zunahme der Ansaugluftmenge zu verhindern.
    l/orrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzer (2D) eine Einrichtung enthält, welche den Uert des Steuersignals nach einer Exponentialfunktion vermindert, wenn der liiert des Steuersignals größer als der abere Grenzwert
    ist.
    Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal einen Proportionalanteil mit einer verhältnisgleichen
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    Steueruirkung und einen Integralanteil mit einer integrierenden Steuertuirkung enthält.
    k. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzer eine Subtraktionsstufe enthält, um den Integralanteil von dem Steuersignal abzuziehen.
    5. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß zu den Fühleinrichtungen ein die Getriebe-iMeutralstellung ermittelnder Neutralschalter (28), ein die Schließstellung der Drosselklappe ermittelnder Drosselklappenschalter (27) und ein Geschuindigkeitsschalter (29), der eine unterhalb des vorgegebenen lüertes liegende Fahrzeuggeschuindigkeit feststellt, gehören.
    6. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzer durch einen Mikrocomputer (2D) gebildet ist, der auf die Durchführung der Begrenzungsoperation programmiert ist.
    7. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    gekennzeichnet durch einen zwischen 6DD und 35D U/min liegenden vorgegebenen Drehzahlbereich.
    a. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Wert der Fahrzeuggeschuiindigkeit 12 km/h beträgt.
    9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene obere Grenzuert des Steuersignals so bemessen ist, daß eine auf
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    ORIGINAL INSPECTED
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    eine Drehzahl van BOG bis 9DQ U/min zugeschnittene Ansaugluftmenge eingeregelt ujird.
    1Ü. V/erfahren zum Regulieren der Drehzahl eines Fahrzeug-Brennkraftmntors, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
    - Hessen der Motordrehzahl und Erzeugen eines dem Unterschied zujischen der gemessenen Drehzahl und einer vorgegebenen Bezugsdrehzahl entsprechenden Differenzsignals,
    - Erzeugen eines Steuersignals in Abhängigkeit von dem Differenzsignal,
    - Einregeln einer dem Motor zugeführten Ansaugluftmenge im Rahmen einer rückgekoppelten Steuerung der Motordrehzahl,
    - Ermittlung eines vorgegebenen Motorbetriebszustands, bei dem folgende Bedingungen erfüllt sind: a) ein an den Motor angeschlossenes Getriebe ist in einem von NEUTRAL abweichenden Zustand, b) eine Motor-Drosselklappe ist geschlossen, c) die Motordrehzahl liegt in einem vorgegebenen Bereich, d) die Fahrzeuggeschuindigkeit liegt unter einem vorgegebenen üJert, und e) die Rückkopplungssteuerung arbeitet, und
    - Begrenzen des Steuersignaluertes unter einen vorgegebenen oberen Grenzwert für den Fall, daß der vorgegebene Motorbetriebazustand erkannt uird, um so eine übermäßige Zunahme der Ansaugluftmenge zu begrenzen.
    030049/0948
DE3020618A 1979-05-31 1980-05-30 Verfahren und Vorrichtung zum Regulieren der Drehzahl eines Fahrzeug-Brennkraftmotors Expired DE3020618C2 (de)

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JP6771179A JPS55160132A (en) 1979-05-31 1979-05-31 Revolution controller of internal combustion engine

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Publication Number Publication Date
DE3020618A1 true DE3020618A1 (de) 1980-12-04
DE3020618C2 DE3020618C2 (de) 1982-11-04

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ID=13352806

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Application Number Title Priority Date Filing Date
DE3020618A Expired DE3020618C2 (de) 1979-05-31 1980-05-30 Verfahren und Vorrichtung zum Regulieren der Drehzahl eines Fahrzeug-Brennkraftmotors

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US (1) US4401073A (de)
JP (1) JPS55160132A (de)
DE (1) DE3020618C2 (de)
FR (1) FR2457977B1 (de)
GB (1) GB2053526B (de)

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