DE3790396C2

DE3790396C2 -

Info

Publication number: DE3790396C2
Application number: DE3790396A
Authority: DE
Inventors: Shimomura Setsuhiro; Nishimura Himeji Hyogo Jp Yukinobu
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1986-07-14
Filing date: 1987-07-11
Publication date: 1993-03-04
Anticipated expiration: 2007-07-12
Also published as: DE3790396T; US4879983A; GB2200480A; WO1988000647A1; GB2200480B; GB8805899D0; KR880701820A; JPS6321343A; KR910004388B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Regeln der Drehzahl eines Verbrennungsmotors, die die Leerlauf- Drehzahl eines Verbrennungsmotors auf eine vorbestimmte Drehzahl zurückführt.

Üblicherweise wird die Leerlauf-Drehzahl eines Verbrennungsmotors geregelt, damit sie sich zu einer vorbestimmten Soll-Drehzahl zurückführen läßt. Der Zweck des Regelns der Leerlauf-Drehzahl des Verbrennungsmotors besteht darin, die Leerlauf-Drehzahl so einzustellen, daß der Kraftstoffverbrauch bei Leerlauf-Betrieb verringert wird, und ferner darin, durch äußere Störungen verursachte Schwankungen der Drehzahl zu unterdrücken. In jedem dieser Fälle ist es wichtig, daß die Regelung sehr schnell und präzise erfolgt.

Generell bewirken zwei Hauptfaktoren, daß die Drehzahl eines Motors schwankt. Diese lassen sich einteilen in einen Primärfaktor, der durch Schwankungen des Motors im Leerlauf oder durch Schwankungen des thermischen Wirkungsgrades des Motors verursacht wird, und einen Sekundärfaktor, der verursacht wird entweder durch die Schwankung der Regelverstärkung in einem Luftsaugmengenregler, welcher die durch den Primärfaktor bewirkte veränderte Drehzahl regelt, oder durch Veränderung der Dichte der Atmosphäre, welche die Frischluftzufuhrquelle bildet.

Zum Kompensieren dieser veränderlichen Faktoren existiert, wie in DE-OS 32 38 189 vorgeschlagen, eine spezielle Technik zum Regeln der Drehzahl eines Verbrennungsmotors, bei der zuerst die Soll-Luftsaugmenge oder der Soll-Luftsaugrohrdruck in Abhängigkeit von dem Regelsignal erzeugt wird, welche mit der Abweichung zwischen dem Soll-Wert und dem Ist-Wert der Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors übereinstimmt, gefolgt von einer Regelung der Luftsaugeinstelleinrichtung in Abhängigkeit von der Abweichung zwischen der Soll-Luftsaugmenge oder dem Soll-Luftsaugrohrdruck und der Ist-Luftsaugmenge oder dem Ist- Luftsaugrohrdruck übereinstimmt.

Da diesem Stand der Technik entsprechend das Drehzahlregelsignal in Übereinstimmung mit der Abweichung zwischen den Soll- und den Ist-Werten der Drehzahl im Zusammenhang mit dem oben erwähnten Primärfaktor der Drehzahlschwankung aktiviert wird und das Luftsaugmengenregelsignal ebenso in Übereinstimmung mit den Soll- und Ist-Werten der Luftsaugmenge oder des Innendrucks im Luftsaugrohr im Zusammenhang mit dem oben erwähnten Sekundärfaktor der Drehzahlschwankung aktiviert wird, ist es offensichtlich, daß die Drehzahlschwankungen des Motors genauer und schneller geregelt werden kann als bei Anwendung einer Rückkopplungsregelung, die lediglich unter Verwendung der Drehzahl erfolgt.

Da diese Primär- und Sekundärfaktoren während einer bestimmten Zeitperiode jeweils einen beträchtlichen Einfluß unter wesentlicher Veränderung der Charakteristik ausüben, sind es weitgehend diese Regelsignale, die die Drehzahl des Motors und auch die Luftsaugmenge steuern. Dadurch wiederum benötigt das Steuersystem viel Zeit, bevor dem Regelsignal erlaubt wird, die Drehzahl vom Istwert an den Sollwert anzupassen, wodurch schließlich der ursprüngliche Zweck, die Drehzahl des in Betrieb befindlichen Motors korrekt zu regeln, beeinträchtigt wird.

Zudem kann im Extremfall der Motor wegen Mangels an zugeführter Frischluft überhaubt nicht aktiviert werden. Wenn dieser Fall auftritt, kann vom Starten des Betriebes der Motordrehzahlregelung keine Verbesserung des Motorzustandes erwartet werden.

Bekannt ist ferner ein Regelkreis (JP-OS 59-120 750), in dem das für die Einstellung eines Stellgliedes verwendete Ausgangssignal gespeichert wird und bei Wiederaufnahme des Regelbetriebs als Anfangswert für die Einstellung des Stellgliedes verwendet wird. Im Leerlaufbetrieb wird ein Regelsignal zwischengespeichert, das als Anfangswert für die Regelung der Leerlaufdrehzahl verwendet wird. Der Regelkreis erlaubt jedoch nicht, die Leerlaufdrehzahl bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen des Motors immer auf einen exakten Wert einzustellen. Ein zwischengespeichertes Drehzahlregelsignal, das zur Einstellung eines betriebswarmen Motors erforderlich ist, ist nicht als Anfangswert zur Leerlaufregelung eines Motors in der Warmlaufphase geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Regeln der Leerlaufdrehzahl eines Verbrennungsmotors der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, die die Leerlaufdrehzahl des Motors bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen konstant hält.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Leerlaufdrehzahl indirekt über die dem Motor zugeführte Luftmenge geregelt. Dazu wird in Abhängigkeit der Abweichung der Ist- von der Soll-Leerlaufdrehzahl ein Soll- Luftmengensignal erzeugt. An dieses Soll-Luftmengensignal wird durch Betätigung des Luftmengensteuerventils die Ist-Luftmenge angepaßt, wodurch die Leerlaufdrehzahl des Motors beeinflußt wird.

Es werden also permanent zwei Leerlauf-Regelsignale gespeichert: das Soll-Luftmengensignal und das Luftmengensteuersignal zur Betätigung des Luftmengensteuerventils. Beide Regelgrößen werden nur benötigt, wenn der Motor nicht unter Last steht. Durch das Speichern der beiden Signale kann die Regelung der Leerlaufdrehzahl des Motors sofort mit den optimierten Werten der vorherigen Regelung fortgesetzt werden. Dadurch wird eine optimale Leerlaufdrehzahl des Motors schnell und sicher erreicht; insbesondere wird auch eine sehr zufriedenstellende Warmlaufbetriebscharakteristik erzeugt.

Die Vorrichtung ist besonders nützlich für Verbrennungsmotoren, deren Betriebscharakteristik stärker schwankt oder im Laufe der Betriebszeit zu Veränderungen neigt. Sie eignet sich daher besonders für Verbrennungsmotoren, die hohe anfängliche Streubreite bei den Betriebscharakteristika aufweisen oder deren Leistungskennzahlen sich langfristig über die Betriebslebensdauer verändern.

Bei veränderten Betriebsbedingungen des Motors oder bei rascher Regelung ist es möglich, den Regelprozeß lediglich auf der Basis der gespeicherten Luftmengensteuersignals zu starten.

Es ist schließlich möglich, daß bei geänderten Betriebsbedingungen des Motors, z. B. aufgrund einer Temperaturänderung, die gespeicherten Signalwerte lediglich zu einem Teilbetrag als Startwerte zur Regelung der Leerlaufdrehzahl Verwendung finden.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die einzige Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Die Figur zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild der Vorrichtung zum Regeln der Drehzahl eines Verbrennungsmotors.

Mit 1 ist ein Verbrennungsmotor bezeichnet. Mit 2 ist ein Luftsaugrohr bezeichnet, das innen ein Drosselventil 3 zum Steuern der Motordrehzahl in Abhängigkeit von der Last aufweist.

Das Luftsaugrohr 2 ist mit zwei Bypass-Leitungen 91 und 92 in den Abschnitten vor und hinter dem Drosselventil 3 versehen. Ein Luftmengensteuerventil 8 ist zwischen diesen Bypass-Leitungen 91 und 92 angeordnet. Das Luftmengensteuerventil 8 besteht entweder aus einem Linearmagnetventil oder einem Gleichstrommotorsteuerventil, wobei jedes dieser Teile durch die von einer Treibereinheit 7 ausgegebene Stromspannung getrieben und gesteuert ist.

Ferner ist ein Getriebe 41, das rotationsmäßig mit dem Verbrennungsmotor 1 gekoppelt ist, in dem Motor 1 angeordnet. Ein Sensor 42 ermittelt die Drehzahl des Getriebes 41 und gibt das Ist-Drehzahlsignal n_e an einen Differentialverstärker 61 ab.

Der Differentialverstärker 61 empfängt auch das Solldrehzahlsignal n_r von einem Solldrehzahlgenerator 5, der das Solldrehzahlsignal n_r erzeugt, welches die Soll- Leerlaufdrehzahl in Abhängigkeit verschiedener Zustände des Motors, wie beispielsweise der Temperatur, anzeigt.

Der Differentialverstärker 61 errechnet die Abweichung Δn zwischen der Soll-Leerlaufdrehzahl n_r und dem vom Drehzahlsensor 42 ausgegebenen Ist-Drehzahlsignal n_e und gibt dann die Abweichung Δn an einen Drehzahlregler 62 aus. Bei Empfang der Abweichung Δn erzeugt der Drehzahlregler 62 ein Drehzahlregelsignal in Richtung auf eine Beseitigung der Abweichung Δn, indem er eine Proportional-, Integral- oder Differentialrechnung durchführt, bevor er das Ergebnis einem Speicher 12 zuführt, welcher dann die Soll-Luftmenge QT für den Motor 1 an einen weiteren Differentialverstärker 111 abgibt. Der Differentialverstärker 111 empfängt ferner das Signal Qe von einem in dem Luftsaugrohr 2 angeordneten Luftmengensensor 10 und ermittelt die über das Luftsaugrohr 2 in den Verbrennungsmotor 1 aufgenommene Luftmenge.

Zudem gibt der Differentialverstärker 111 das vom Luftmengensensor 10 empfangene Signal Qe und vom Speicher 12 empfangene Signale, z. B. die Abweichung ΔQ von der Soll-Luftmenge QT, an einen Luftsaugmengenregler 112 ab. Bei Empfang dieser Abweichung ΔQ erzeugt der Luftsaugmengenregler 112 ein Luftmengensteuersignal zum Beseitigen der Abweichung ΔQ, indem er eine Proportional-, Integral- oder Differentialrechnung durchführt, bevor er das Ergebnis einem Speicher 13 zuführt, welcher dann dieses Signal an die Treibereinheit 7 abgibt.

Ein Leerlaufschalter 141 wird aktiviert, wenn das Drosselventil 3 geschlossen bleibt, d. h. bei Leerlaufbetrieb. Sobald der Leerlaufschalter 141 betätigt wird, gestattet ein Speicherrückhaltsteuerer 142, daß die Inhalte der Speicher 12 bzw. 13 erneuert werden, während der Speicherrückhaltsteuerer 142 die vom Drehzahlregler 62 und vom Luftsaugmengenregler 112 ausgegebenen Signale permanent erneuert.

Wenn dagegen der Leerlaufschalter 141 unbetätigt bleibt, verhindert der Speicherrückhaltsteuerer 142, daß die Inhalte der Speicher 12 und 13 erneuert werden, so daß die Speicher 12 und 13 die Signale in dem Zustand unmittelbar vor dem Umschalten des Leerlaufschalters 141 in den unbetätigten Zustand halten.

Vom Speicher 13 ausgegebene Signale werden von der Treibereinheit 7 in elektrische Signale umgewandelt. Diese elektrischen Signale steuern das Luftmengensteuerventil 8.

Dieses Ventil arbeitet derart, daß es offen bleiben kann, bis es einen bestimmten Öffnungsbereich erlangt hat, welcher dem empfangenen elektrischen Signal entspricht. Ein Magnetventil, das seine Position proportional zu der Empfangsspannung verändert, oder ein Gleichstrommotorventil, das seine Position proportional zu der Stromzufuhrdauer verändert, lassen sich als Luftmengensteuerventil 8 verwenden.

Eine bestimmte Menge Luft, die dem Öffnungsbereich des Luftmengensteuerventils 8 entspricht, strömt durch die Bypass- Leitungen 91 und 92, um zu bewirken, daß die vom Motor 1 aufgenommene Luftmenge entweder zunimmt oder abnimmt.

Auf diese Weise wird die Drehzahl des Verbrennungsmotors 1 auf den Soll-Wert eingestellt, und gleichzeitig wird auch die Luftsaugmenge auf den Soll-Wert eingestellt. Das Luftmengensteuersignal verringert die Abweichung ΔQ, wenn diese Soll-Wert korrekt eingestellt sind.

Dies ist der Fall, weil das Luftmengensteuersignal die Abweichung ΔQ korrekt regelt, welche sich aus verschiedenen Faktoren zusammensetzt, etwa ungleichmäßige Menge der aus dem Drosselventil 3 austretenden Luft bei Leerlauf-Position, Veränderung der Leckluftmenge während der Betriebslebensdauer, Veränderung der Betriebscharakteristik aufgrund eines Fehlers oder einer Temperatur, welche entweder von der Abweichung der Ausgangscharakteristik oder einer veränderten Charakteristik nach Langzeitbetrieb des Luftmengensteuerventils 8 verursacht wird, die Abhängigkeit der Treibereinheit 7 von der Stromspannung, oder die Abhängigkeit der Leistung von der atmosphärischen Dichte, etc.

Anschließend stellt das Drehzahlregelsignal die Soll-Luftsaugmenge QT durch Minimierung der Abweichung Δn ein, so daß sich die Ist-Drehzahl n_e der Soll-Drehzahl n_r weitgehend anpassen kann.

Dies geschieht deshalb, weil das Drehzahlregelsignal einen veränderten thermischen Widerstand ausgleicht, der durch ungleichmäßige Verluste oder variierende Temperatur in den betreffenden Teilen des Motors 1 oder veränderte Belastung verursacht wird, welche typischerweise in Fahrzeugverbrennungsmotoren auftritt und normalerweise durch Zubehörteile wie Lampen und Motoren erzeugt wird.

Im folgenden wird die Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels erläutert.

Wenn der Leerlaufdrehschalter 141 unbetätigt bleibt (d. h. wenn sich der Motor selbst nicht im Leerlaufzustand befindet), wird der Inhalt der Speicher 12 und 13 jeweils beibehalten, und somit erfolgt keine Regelung der Drehzahl des Motors 1. Deshalb bleibt der Motor 1 vom Drosselventil 3 gesteuert. Wenn der Leerlaufschalter 141 reaktiviert wird (d. h. wenn der Motor 1 in den Leerlaufzustand eintritt), werden die Inhalte der Speicher 12 und 13 dem Drehzahlregler 62 und dem Luftmengenregler 112 als Ausgangswert s zum Aktivieren dieser Regler zugeführt, so daß die Signale des letzten Leerlaufzustandes kontinuierlich weitergeleitet werden kann. Deshalb wird unmittelbar nach dem Aktivieren des Leerlaufschalters 141 ein korrekter Einstellzustand erreicht.

Da bei Verwendung des Systems, das die Inhalte der Speicher 12 und 13 festhält, wenn der Motor nach dem Abschalten der Stromquelle stoppt, sich die unmittelbar vor dem Stoppen des Motors eingestellten Werte beim erneuten Starten des Motors selbst einstellen, und da ferner verschiedene über eine kontinuierliche Betriebslebensdauer veränderbare Faktoren, z. B. Verstopfen des Luftsaugsteuerventils, ständig angepaßt werden, kann der Motor zuverlässig zufriedenstellende Leistungen bei erneutem Start erreichen.

Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die Temperatur zum Zeitpunkt des Wiederaufnehmens der Drehzahlregelung möglicherweise nicht immer derjenigen beim letzten Durchlauf des Regelvorgangs gleicht, falls der einstellbare Drehzahlbetrag und der einstellbare Luftsaugbetrag die durch die Motortemperatur und die Temperatur der aufgenommenen Luft verursachten Abweichung kompensieren, erlaubt die erfindungsgemäße Vorrichtung, daß ein Teil (z. B. 50%) des Speicherinhalts den Ausgangswert des Luftmengenreglers 112 und des Drehzahlreglers 62 darstellt, indem diese gespeicherten Inhalte den Ausgangswerten der Regler 112 und 62 zugeführt werden.

Das in der Figur dargestellte Ausführungsbeispiel speichert die Daten der Regelung der Motordrehzahl und der Luftsaugmenge in den Speichern 12 und 13. Wenn jedoch die Regelgeschwindigkeit der Luftsaugmenge so hoch ist, daß ein Vorab-Speichern des Regelbetrages nicht erforderlich ist, kann der Speicher 12 gelöscht werden.

Claims

Vorrichtung zum Regeln der Leerlaufdrehzahl eines Verbrennungsmotors mit
einem die Ist-Drehzahl (n_e) des Motors (1) ermittelnden Drehzahlsensor (42),
einer die Soll-Leerlaufdrehzahl (n_r) in Abhängigkeit von Betriebszuständen des Motors (1) festlegenden Einrichtung (5),
einem Drehzahlregler (62), der in Abhängigkeit von der Ist-Drehzahl (n_e) und der Soll-Leerlaufdrehzahl (n_r) ein Soll-Luftmengensignal (QT) erzeugt,
einem die Ist-Luftansaugmenge (Qe) ermittelnden Luftmengensensor (10),
einem Luftmengenregler (112), der in Abhängigkeit von der Ist-Luftansaugmenge (Qe) ein Luftmengensteuersignal erzeugt, und
einem in einer Bypaßleitung (91, 92) zur Drosselklappe (3) des Motors (1) liegenden Luftmengensteuerventil (8), das in Abhängigkeit von dem Luftmengensteuersignal die Luftansaugmenge des Motors im Leerlauf verändert,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein erster Speicher (12) vorgesehen ist, in dem bei Beendigung des Leerlaufbetriebs des Motors (1) das letzte Soll-Luftmengensignal (QT) gespeichert wird,
daß ein zweiter Speicher (13) vorgesehen ist, in dem bei Beendigung des Leerlaufbetriebs des Motors (1) das letzte Luftmengensteuersignal gespeichert wird, und
daß eine den Leerlaufbetrieb überwachende Einrichtung (141, 142) bei erneuter Aufnahme des Leerlaufbetriebs veranlaßt, daß anstelle des aktuellen Soll-Luftmengensignals (QT) und des aktuellen Luftmengensteuersignals die gespeicherten Werte zur Steuerung des Luftmengensteuerventils (8) benutzt werden.