DE3703363A1 - Zusatzluftmengen-steuervorrichtung fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents
Zusatzluftmengen-steuervorrichtung fuer eine brennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine
Zusatzluftmengen-Steuervorrichtung für eine
Brennkraftmaschine und insbesondere auf eine
Zusatzluftmengen-Steuervorrichtung für eine
Brennkraftmaschine, bei der für den Zweck einer
ununterbrochenen Steuerung der Drehzahl der Maschine
hauptsächlich während des Leerlaufbetriebes ein
Zusatzluftmengen-Steuerventil umfasst, das in einer
Bypass-Leitung untergebracht ist und die stromauf und
stromab liegende Seite eines Drosselventils verbindet,
das auf solche Weise zu steuern ist, dass der
Leerlaufbetrieb sogar dann durchgeführt werden kann,
wenn eine arithmetische Vorrichtung für das Einstellen
des Öffnungsgrades oder der Stellung des Steuerventils
nicht richtig funktioniert bzw. gestört ist.
Bisher war es üblich, bei einer Brennkraftmaschine, die
sich im Leerlaufbetrieb befindet, bei dem das Drosselventil
praktisch im geschlossenen Zustand gehalten wird, die
Drehzahl der Maschine durch die Verwendung eines
Zusatzluftmengen-Steuerventils (hiernach einfach als
"Steuerventil" bezeichnet) zu verwenden, das sich in einer
Bypass-Leitung befindet und die stromauf und stromab
liegende Seite des Drosselventils verbindet. Bei dem
Zusatzluftmengen-Steuerventil dieses Prinzips wird
hinsichtlich des Öffnungsgrades oder der Stellung des
Steuerventils eine Rückkopplung (feed back) derart
vorgenommen, dass die tatsächliche Drehzahl der Maschine
mit der Soll-Leerlaufdrehzahl übereinstimmt, die im voraus
als Funktion der Temperatur des Maschinen- oder
Motorkühlwassers eingestellt ist. Solch eine
Rückkopplungssteuerung ist im einzelnen in der japanischen
Patentanmeldung SHO 60 (1985)-137 445 beschrieben.
Für die Verwendung in Kombination mit dem System für
die Rückkopplungssteuerung der Drehzahl der Maschine
wurde eine andere Zusatzluftmengen-Steuervorrichtung
vorgeschlagen, die den tatsächlichen elektrischen Strom
erfassen kann, der zu einer Antriebsspule des
Steuerventils fliesst und eine Rückkopplungssteuerung
des elektrischen Stromes bewirkt, der zur Antriebsspule
fliesst, so dass die Stärke des tatsächlichen elektrischen
Stromes mit der Sollstärke des elektrischen Stromes
übereinstimmt, die im voraus mittels des Systems der
Rückkopplungssteuerung der vorerwähnten Maschinendrehzahl
erhalten wird. Das Verfahren, das die Drehzahl der
Maschine während eines Leerlaufbetriebes derselben
steuert, und zwar unter Verwendung des Systems für
die Rückkopplungssteuerung der Drehzahl der Maschine und
des Systems der Rückkopplungssteuerung des elektrischen
Stromes ist im einzelnen in der japanischen
Patentveröffentlichung SHO 60 (1985)-233 355 beschrieben.
Diese Systeme haben die folgenden Nachteile.
Die Rückkopplungssteuerung (Feedback-Steuerung) unter
Einsatz eines der beschriebenen Verfahren wird durch
eine elektronische Steuervorrichtung bewirkt, die in
einem Fahrzeug untergebracht, bei dem die interessierende
Brennkraftmaschine verwendet wird. Wenn die arithmetische
Einheit der elektronischen Steuervorrichtung irgendeine
Störung aufweist, so kann die Rückkopplungssteuerung nicht
weiter normal durchgeführt werden. Als Ergebnis bleibt
der Leerlaufbetrieb nicht länger stabil.
Es besteht eine andere Möglichkeit dafür, dass der Wert
des dem Steuerventil zugeführten Kommandos oder des
Öffnungsgrades der Steuervorrichtung auf Null fällt.
Manchmal wird der Leerlaufbetrieb im wesentlichen unmöglich.
Für die Lösung dieser Probleme und insbesondere zur
Gewährleistung eines fortgesetzten stabilen
Leerlaufbetriebes beim Störfall der arithmetischen
Einheit einer elektronischen Steuerung sieht die Erfindung
Mittel vor, durch die dem Steuerventil ein vorbestimmter
Kommandowert zugeführt werden kann, wenn die arithmetische
Einheit der elektronischen Steuervorrichtung eine
Störung entwickelt, damit dadurch das Steuerventil auf
einem festen Öffnungsgrad gehalten und somit ein
praktikabler Leerlaufbetrieb fortgesetzt aufrecht erhalten
werden kann, und zwar sogar dann, wenn die arithmetische
Einheit diese Störung entwickelt.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in
den Zeichnungen rein schematisch dargestellten
Ausführungsbeispiele. Es zeigt:
Fig. 1 ein Funktions-Blockdiagramm einer
Ausführungsform dieser Erfindung
und
Fig. 2 ein schematisches Blockdiagramm
der Ausführungsform dieser
Erfindung.
Gemäss der Darstellung in Fig. 2 ist eine Bypass-Passage
(31), die stromauf- und stromabseitig mit einem
Drosselventil (32) verbunden ist, welches sich in der
Saugluftpassage einer Brennkraftmaschine befindet, mit
einem Steuerventil (30) versehen. Der Öffnungsgrad des
Steuerventils (30) wird durch ein Solenoid (16) gesteuert.
Eine Einspritzdüse (34) spritz durch einen bekannten
Mechanismus Brennstoff zu einem vorbestimmten Zeitpunkt
in eine Einlassleitung (33) und zwar in einer Menge, die
in Übereinstimmung mit der angesaugten Luftmenge bestimmt
wird. Eine Kammer (39) befindet sich in der
Saugluftpassage zwischen dem Drosselventil (32) und der
Einspritzdüse (34), um für die Maschine eine hohe Abgabe
zu erzeugen.
Ein TDC-Sensor (15) gibt einen Impuls (TDC-Impuls) ab,
wenn ein Kolben (38) eines bestimmten Zylinders (35)
einen Punkt erreicht, der 90° kurz vor dem oberen
Totpunkt liegt. In anderen Worten bedeutet dies, dass der
TDC-Sensor (15) dieselbe Anzahl von TDC-Impulsen erzeugt
wie die Anzahl der Luftzylinder, und zwar jedesmal wenn
eine Kurbelwelle (36) zwei vollständige Umdrehungen
vollzieht. Ein Rohr für Maschinenkühlwasser (20) ist um
den Zylinder (35) und das Solenoid (16) gelegt, so dass
das Kühlwasser um deren Umfang zirkuliert. Die Zirkulation
des Maschinenkühlwassers zum Solenoid (16) ist dazu bestimmt,
ein Einfrieren oder Überhitzen des Solenoids (16) zu
verhindern. Die Temperatur des Maschinenkühlwassers wird
von einem Maschinenkühlwasser-Temperatursensor (14)
festgestellt.
Ein allgemein bekannter Mikrocomputer besteht aus einer
CPU (1), einem Rahmen (2), einem ROM (3), einem
Eingangs/Ausgangs-Interface (I/O) (4) und einer
Sammelleitung (4 A) für die Verbindung der vorgenannten
Komponenten.
Vom TDC-Sensor (15) abgegebene TDC-Impulse und die vom
Maschinenkühlwasser-Temperatursensor (14) festgestellte
Maschinenkühlwassertemperatur werden dem
Eingangs/Ausgangs-Interface (4) zugeleitet.
Eine Spule (16 A) des Solenoids (16) ist mit ihrem einen
Ende an eine Batterie (6) angeschlossen. Das andere
Ende der Spule ist an eine Solenoidstrom-Steuereinrichtung
(56) angeschlossen. Diese Solenoidstrom-Steuereinrichtung
(56) ist über eine Solenoidstrom-Detektionseinrichtung
(57) geerdet.
Die Solenoidstrom-Detektionseinrichtung (57) erfasst
die zur Spule (16 A) des Solenoids (16) fliessende Stärke
des elektrischen Stromes und erzeugt ein Signal zum
Anzeigen der erfassten Stärke am Interface (4).
Ein Schalter (55) ist mit einem Paar von
Eingangsanschlüssen (55 A, 55 B) und einem Ausgangsanschluss
(55 D) versehen und kann den Ausgangsanschluss (55 D) mit
jedem der Eingangsanschlüsse (55 A, 55 B) verbinden und
zwar in Abhängigkeit davon, ob ein Steuersignal zu
einem Steueranschluss (55 C) geleitet wird oder nicht.
Der Eingangsanschluss (55 B) ist mit einem
Festimpulsgenerator (59) verbunden. Der
Eingangsanschluss (55 A) und der Steueranschluss (55 C)
sind mit dem Eingang/Ausgang-Interface (4) des
Mikrocomputers (5) verbunden. Der Ausgangsanschluss
(55 D) ist mit der Solenoidstrom-Steuereinrichtung (56)
verbunden.
Entsprechend der Darstellung in Fig. 2 sind der
Mikrocomputer (5), der Schalter (55), die
Solenoidstrom-Steuereinrichtung (56), die
Solenoidstrom-Detektionseinrichtung (57) und der
Festimpulsgenerator (59) Bestandteil einer elektronischen
Steuervorrichtung (40).
Nun wird der Betriebsablauf der Ausführungsform dieser
Erfindung anhand von Fig. 1 und 2 beschrieben.
Fig. 1 ist ein Funktions-Blockdiagramm einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung, in dem ein Block (70),
gekennzeichnet durch die strichpunktierte Linie, die
Funktion des Mikrocomputers (5) charakterisiert. In Fig. 1
bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 2
identische oder gleiche Teile.
Gemäss der Darstellung in Fig. 1 wird der vom TDC-Sensor
(15) erzeugte TDC-Impuls einer Maschinendrehzahl-
Detektionseinrichtung (51) zugeführt. Bei der
Maschinendrehzahl (Upm)-Detektionseinrichtung (51) wird
der reziproke Wert der Ausgangsintervallzeit des
TDC-Impulses, nämlich die Drehzahl der Maschine, berechnet.
Eine Soll-Drehzahl-Einstelleinrichtung (52) sucht auf
der Basis der vom Maschinenkühlwasser-Temperatursensor
(14) erfassten Maschinenkühlwassertemperatur eine
Soll-Drehzahl aus einer Soll-Leerlaufdrehzahltabelle, die
als Funktion der Maschinenkühlwassertemperatur im voraus
eingestellt ist.
Eine Maschinendrehzahl-Rückkopplungseinrichtung (53)
gibt auf der Basis der Abweichungen der Drehzahlen der
Maschine von der Soll-Drehzahl der Leerlaufumdrehungen
einen Kommandowert (ICMD) ab, um die zur Spule (16 A) des
Solenoids (16) fliessende Stromstärke festzulegen, so
dass die Drehzahl der Maschine in der Nähe der
Soll-Leerlaufdrehzahl liegt oder mit dieser zusammenfällt.
Der Kommandowert (Icmd) wird vom Impulsgenerator (54)
abgegeben.
Der Schalter (55) verbindet während des Normalbetriebes
der arithmetischen Einheit (60) den Eingangsanschluss
(55 A) und den Ausgangsanschluss (55 D). Als Ergebnis
wird das vom Impulsgenerator (54) erzeugte Impulssignal
variablen Impulswirkungsverhältnisses zur Solenoidstrom-
Steuereinrichtung (56) abgegeben. Die
Solenoidstrom-Steuereinrichtung (56) steuert den zur
Spule (16 A) des Solenoids (16) fliessenden Strom entsprechend
dem Impulswirkungsverhältnis oder der Eigenschaft des
Impulssignals, welches durch den Schalter (55) versorgt
wird.
Die Stärke (Iact) des tatsächlich zur Spule (16 A)
fliessenden Stromes wird von der
Solenoidstrom-Detektionseinrichtung (57) festgestellt
und es erfolgt eine Rückkopplung desselben zur
Stromrückkopplungseinrichtung (58). Die
Stromrückkopplungseinrichtung (58) vergleicht den
Iact- mit dem Icmd-Ausgang der Maschinendrehzahl-
Rückkopplungseinrichtung (53) und erzeugt einen
Korrekturwert (Dfb) zum Impulsgenerator (54), so dass
die Stärke des Iact nahezu gleich der Stärke des Icmd
ist bzw. mit dieser zusammenfällt.
Wenn die arithmetische Einheit (60) der elektronischen
Steuervorrichtung (40), nämlich die
Maschinendrehzahl-Rückkopplungseinrichtung (53) und
die Strom-Rückkopplungseinrichtung (58) normal funktionieren,
wird die Stärke des elektrischen Stromes zur Spule (16 A)
(der Öffnungsgrad oder die Stellung des Steuerventils
(30)) gemäss der vorstehenden Beschreibung gesteuert, um
den Leerlaufbetrieb derart zu bewirken, dass die Drehzahl
der Maschine mit der Soll-Leerlaufdrehzahl übereinstimmt.
Wenn die arithmetische Einheit (60) eine Störung
entwickelt, nämlich wenn die CPU (1) des Mikrocomputers
(5) (Fig. 2) ausser Kontrolle gerät, so wird beispielsweise
diese Störung durch eine Störungs-Detektionseinrichtung
(61) der arithmetischen Einheit festgestellt. Diese
Störungs-Detektionseinrichtung (61) der arithmetischen
Einheit kann beispielsweise als Wachzeitglied ausgebildet
sein.
Wenn die Störungs-Detektionseinrichtung (61) der
arithmetischen Einheit eine Störung der arithmetischen
Einheit (60) feststellt, so stellt sie die arithmetische
Einheit (60) zurück und gibt gleichzeitig zum Steueranschluss
(55 C) des Schalters (55) ein Steuersignal ab.
Der Schalter (55) wird folglich geschaltet, um den
Eingangsanschluss (55 B) und den Ausgangsanschluss (55 D)
miteinander zu verbinden. Als Ergebnis wird das
Ausgangssignal des Festimpulsgenerators (59) anstatt dem
Ausgangssignal des Impulsgenerators (54) der
Solenoidstrom-Steuereinrichtung (56) zugeführt.
Der Festimpulsgenerator (59) erzeugt ein Impulssignal,
welches ein vorbestimmtes festes Impulswirkungsverhältnis
(wie Impulsbreiten-, Impulsamplitudenverhältnis etc.)
hat und hinsichtlich der Frequenz gleich dem Impuls ist,
der vom Impulsgenerator (54) geliefert wird. Der
Festimpulsgenerator (59) kann beispielsweise als ein
astabiler Multivibrator ausgebildet sein.
Wenn eine Störung in der arithmetischen Einheit (60)
festgestellt wird, so ändert sich das Impulswirkungsverhältnis
des von der Solenoidstrom-Steuereinrichtung (56)
gelieferten Impulssignals auf einen vorbestimmten Wert
und das Steuerventil (30) wird auf den vorbestimmten
Öffnungsgrad oder die vorbestimmte Stellung eingestellt.
Wenn das Impulswirkungsverhältnis des der
Solenoidstrom-Steuereinrichtung (56) zugeführten
Impulssignals infolge der Festellung einer Störung
in der arithmetischen Einheit (60) auf den vorbestimmten
Wert geändert wird, wie dies zuvor beschrieben wurde,
so wird die Stärke des Solenoidstromes durch die Stärke
des Widerstandes der Spule (16 A) solange gesteuert bzw.
beherrscht, wie die Steuerung fortsetzt und dabei der
Ausgang auf dem vorbestimmten, oben erwähnten Wert
gehalten wird, weil die Stromrückkopplungsschleife
entsprechend der Darlegung in Fig. 1 absichtlich
offengehalten wird.
Die Stärke des Widerstandes von Metall nimmt, wie dies
allgemein bekannt ist, im allgemeinen im Verhältnis zum
Fallen der Umgebungstemperatur ab. Da das
Maschinenkühlwasser (20), welches zum Solenoid (16)
zirkuliert, der Steuerung des Öffnungsgrades des
Steuerventils (30) dient, wie dies bereits im Zusammenhang
mit Fig. 2 beschrieben worden ist, kann angenommen
werden, dass die Temperatur des Solenoids (16) praktisch
gleich der des Maschinenkühlwassers (20) ist.
Wenn die Temperatur des Maschinenkühlwassers niedrig ist
und die Soll-Leerlaufdrehzahl eher auf ein höheres
Niveau festgelegt werden muss, da die Widerstandsgrösse
der Spule (16 A) abgesenkt wird, so fliesst mehr elektrischer
Strom zur Spule (16 A) des Solenoids (16) als der Strom,
der von dem Impulssignal aus geschätzt wird, welches das
vorgenannte Impulswirkungsverhältnis besitzt. Als
Ergebnis wird die Menge an Zusatzluft, die durch den
Bypass (31) strömt, vergrössert und die tatsächliche
Anzahl der Leerlaufumdrehungen wird ebenfalls ziemlich
erhöht.
Wenn dagegen die Temperatur des Maschinenkühlwassers nach
dem vollständigen Aufwärmen der Maschine relativ hoch
ist und die Soll-Leerlaufdrehzahl eher auf ein niedrigeres
Niveau eingestellt werden muss, da die Widerstandsgrösse
der Spule (16 A) erhöht wird, so strömt weniger Strom zur
Spule (16 A) des Solenoids (16) als der Strom, der aus dem
Impulssignal geschätzt wird, welches das vorgenannte
Leistungsverhältnis besitzt. Als Ergebnis wird die Menge
an zum Bypass (31) strömender Zusatzluft vermindert und
die tatsächliche Leerlaufdrehzahl wird ebenfalls ziemlich
vermindert.
Unter der Annahme, dass bereits eine
Zusatzluftmengen-Steuervorrichtung existiert, bei der
die arithmetische Einheit (60) mit der
Maschinendrehzahl-Rückkopplungseinrichtung (53) und/oder
der Strom-Rückkopplungseinrichtung (58) versehen ist
und bei der die Erregung der Solenoidstrom-Steuereinrichtung
(56) entsprechend dem Impulswirkungsverhältnis des
Impulssignals eingestellt wird, so wird die Anwendung
der Erfindung zu solch einer Vorrichtung dadurch erzielt,
indem einfach die genannte Vorrichtung mit einem zusätzlichen
Festimpulsgenerator (59) versehen wird. Dies bedeutet,
dass die Zusatzluftmengen-Steuervorrichtung, die die
vorliegende Erfindung verwendet, preiswert angeboten werden
kann.
Wenn als Steuerventil (30) ein elektromagnetisch
proportioniertes Ventil verwendet wird, bei dem die
Stärke des Antriebsstromes des Solenoids im wesentlichen
proportional des Verschiebebetrages oder des
Anhebebetrages des zweckmässigen Ventils ist, wird die
Leerlaufdrehzahl-Steuereigenschaft des Ventils insgesamt
praktikabler, weil die Menge an Zusatzluft durch das
Bypass (31), nämlich die Soll-Leerlaufdrehzahl, sich
linear ändern kann.
Diesbezüglich wurde die vorliegende Erfindung hinsichtlich
ihrer Anwendung auf die Zusatzluftmengen-Steuervorrichtung
beschrieben, in der sich ein System für die
Rückkopplungssteuerung der Drehzahl der Maschine und
ein System für die Rückkopplungssteuerung der Stärke des
elektrischen Stromes befindet, wobei die vorliegende
Erfindung allerdings nicht auf eine solche Vorrichtung
beschränkt ist. Die vorliegende Erfindung kann Anwendung
finden auf eine Zusatzluftmengen-Steuervorrichtung, in
der nur ein System für eine Rückkopplungssteuerung der
Drehzahl der Maschine enthalten ist (wie beispielsweise
einer Vorrichtung gemäss Fig. 1, abzüglich der Blöcke
(57) und (58)).
Wenn der Ausgang des Impulsgenerators (54) auf Null
reduziert wird, wenn die arithmetische Einheit (60)
wieder eingestellt ist, kann der Schalter (55) weggelassen
und können der Impulsgenerator (54) und der
Festimpulsgenerator (59) direkt mit der Solenoidstrom-
Steuereinrichtung (56) verbunden werden, indem der
Festimpulsgenerator (59) so ausgelegt wird, dass er nur
während des Widereinstellens der arithmetischen Einheit
(60) erregt wird.
Entsprechend der vorstehenden Beschreibung erbringt die
vorliegende Erfindung die folgenden Wirkungen:
- 1) Wenn die arithmetische Einheit der elektronischen Steuervorrichtung eine Störung entwickelt, da das Kommando zum Festlegen der Stärke des elektrischen Stromes, der zur Spule des Solenoids fliesst, das dem Antrieb des Steuerventils dient, auf einen vorbestimmten Wert geändert wird, kann der Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine sogar bei Anwesenheit dieser Störung fortgesetzt werden.
- 2) Wenn das Maschinenkühlwasser zum Solenoid zirkuliert wird, kann die Leerlaufdrehzahl auf die Temperatur des Kühlwassers proportioniert werden, da die Widerstandsgrösse der Spule des Solenoids abnimmt und die Stärke des wirklichen elektrischen Stromes, der zur Spule fliesst, im Verhältnis dazu anwächst, wie die Temperatur des Maschinenkühlwassers fällt. Als Ergebnis kann eine höchst praktikable Fähigkeit erzielt werden, den Leerlaufbetrieb der Maschine sogar dann fortzusetzen, wenn die arithmetische Einheit eine Störung entwickelt.
Claims (4)
1. Zusatzluftmengen-Steuervorrichtung für eine
Brennkraftmaschine, gekennzeichnet
durch ein Steuerventil (30), das in einer
Bypass-Leitung (31) angeordnet ist und mit der
stromauf und stromab liegenden Seite eines Drosselventils
(32) verbunden ist, das in einer Saugluftleitung der
Brennkraftmaschine untergebracht ist, durch eine
arithmetische Einrichtung (60) zum Berechnen des
Kommandowertes für das Steuerventil, damit die
Drehzahl der Maschine mit einer Soll-Leerlaufdrehzahl
übereinstimmt, insbesondere gekennzeichnet durch
eine Einrichtung (61) zum Feststellen einer Störung
in der arithmetischen Einrichtung (60) und eine
Einrichtung (59) zum Erzeugen eines vorbestimmten,
festen Kommandowertes, wodurch das Steuerventil durch
den Kommandowert gesteuert wird, der von der
Festkommando-Erzeugungseinrichtung (59) erzeugt
wird, nachdem die Störungsdetektionseinrichtung
(61) in der arithmetischen Einheit (60) eine Störung
festgestellt hat.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass das Steuerventil
ein Solenoidventil mit einer Solenoidspule (16 A) ist,
dass der Öffnungsgrad des Ventils durch die Stärke
des elektrischen Stromes festgelegt ist, die zur
Solenoidspule fliesst.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, dass um den Umfang
des Solenoidventils Maschinenkühlwasser (20)
zirkuliert.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, dass das Steuerventil
(30) ein elektromagnetisch proportioniertes Ventil
ist, wobei der Anhebbetrag im wesentlichen proportional
dem Kommandowert ist.
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