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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Steuerungsstrategien
für Verbrennungsmotoren
und im Besonderen die Steuerung des Leerlaufs eines Motors. Obwohl
die vorliegende Erfindung hauptsächlich
in Bezug auf Motoren mit Direkteinspritzsystemen beschrieben wird,
ist offensichtlich, dass die Erfindung ebenso auf Motoren angewendet
werden kann, die alternative Betankungssysteme einsetzen.
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Der
Anmelder hat Doppelflüssigkeitsdirekteinspritzsysteme
zur Verwendung sowohl bei Zweitakt- als auch bei Viertakt-Verbrennungsmotoren
entwickelt. Ein Beispiel eines solchen Doppelflüssigkeitseinspritzsystems wird
in dem
US-Patent Nr. 4693224 des
Anmelders beschrieben. Diese Kraftstoffsysteme können bei verschiedensten Sport-, Schiffs-,
Kfz- und Flugzeug-Motoranwendungen eingesetzt werden.
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Derartige
Motoren mit Direkteinspritzung werden üblicherweise durch Ändern der
Motorbetankungsrate in Abhängigkeit
von Motorlast und Motorgeschwindigkeit gesteuert. Wenn der Motor
im Leerlauf arbeitet, wird üblicherweise
eine Leerlaufsteuerung, die ein PID(Proportional Integral Differential)-System
umfasst, verwendet, um den Betrieb des Motors auf eine Basisleerlaufdrehzahl
zurückzubringen
oder ihn auf dieser zu halten. Die Leerlaufsteuerung stellt im Allgemeinen
eine Leerlaufsteuerung mit geschlossener Rückführung des Motors bereit, indem
sie die Motorbetankungsrate so variiert, dass die Motorgeschwindigkeit
auf der Basisleerlaufdrehzahl gehalten oder auf diese zurückgebracht
wird. Wenn anfangs von einem nicht-Leerlauf-Betriebsmodus in den
Leerlauf übergegangen
wird, kann die Leerlaufsteuerung dies durch Einstellen von Motorgeschwindigkeits-Sollwerten
erreichen, die die Motorgeschwindigkeit stufenweise auf die endgültige Basisleerlaufdrehzahl
verringern.
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Der
Betrieb der Leerlaufsteuerung wird normalerweise initiiert, wenn
die Motorgeschwindigkeit unter einen vorbestimmten Wert fällt, da
der Leerlauf allmählich
erreicht wird. Dieser vorbestimmte Wert ist als der Leerlauf-Eingangssollwert" bekannt. Wenn die
Motorgeschwindigkeit unter diese Leerlauf-Eingangssollwert-Geschwindigkeit
fällt,
dann dient die Leerlaufsteuerung dazu, die Motorgeschwindigkeit durch Ändern der
Motorbetankungsrate zu verringern, um die Motorgeschwindigkeit stufenweise
auf die endgültige
Basisleerlaufdrehzahl zu bringen. Die Leerlaufsteuerung hält daraufhin
die Motorgeschwindigkeit auf dieser stabilen Basisleerlaufdrehzahl,
wobei sich der Motor in seinem Leerlauf- oder unbelasteten Zustand
befindet. Dementsprechend wird die Leerlaufsteuerung üblicherweise
bei einem bestimmten Wert über
der Basisleerlaufdrehzahl gestartet, und dies erfolgt hauptsächlich aus
dem Grund, um zu gewährleisten,
dass ein fließender Übergang
von nicht-Leerlauf-Motorgeschwindigkeiten in den Leerlauf möglich ist.
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Es
hat sich erwiesen, dass es bei bestimmten Motor-Anwendungen nicht
immer angebracht ist, eine Strategie der Leerlaufsteuerung anzuwenden, bei
der lediglich ein einzelner Leerlauf-Eingangssollwert festgelegt
wird. Dies kann insbesondere bei Fahrzeugen mit trägheitsarmen
Motoren und/oder einem stufenlos verstellbarem Getriebe (CVT – Continuously
Variable Transmission), wie beispielsweise bei Motorrollern und
ATVs (All Terrain Vehicles), der Fall sein. Bei solchen Fahrzeugen
kann das CVT-Getriebe
nicht bei der gleichen Geschwindigkeit von dem Motor auskuppeln,
bei der die Kupplung einrückt.
Aus diesem Grund kann es zu Situationen kommen, in denen der Motor
in den Leerlaufsteuerungsprozess übergehen kann, wobei das CVT-Getriebe
entweder eingerückt
oder ausgerückt
ist. Folglich kann in einem möglichen
Szenarium der Motor weiterhin über
das CVT-Getriebe angetrieben werden, während sich der Motor in einem
unbelasteten oder „Null-Leistungs"-Zustand befindet.
Als Folge ist die Rate der Motorgeschwindigkeitsabnahme geringer
als sie normalerweise in dem Fall sein würde, in dem der Motor ausgekuppelt
worden wäre.
Infolgedessen kann die Motorgeschwindigkeit über eine längere Zeitdauer hinweg auf
einem Wert gehalten werden, der erheblich höher ist als der Basisleerlaufsollwert
oder die endgültige
Basisleerlaufdrehzahl.
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Wenn
der Motor nicht von dem Antriebsstrang des Fahrzeuges ausgekuppelt
wird, kann die Leerlaufsteuerung die Motorgeschwindigkeit nicht zufriedenstellend
auf den Basisleerlaufsollwert steuern. Die Leerlaufsteuerung reagiert
beim Versuch des Steuerns der Motorgeschwindigkeit auf die Basisleerlaufdrehzahl üblicherweise
auf den großen Fehler
zwischen der tatsächlich
Motorgeschwindigkeit und der Basisleerlauf drehzahl, indem sie die
Motorbetankungsrate signifikant verringert. Sobald der Motor jedoch
endgültig
von dem Antriebsstrang des Fahrzeugs ausgekuppelt ist, wobei aufgrund
der vorherigen Leistungen der Leerlaufsteuerung wenig bis kein Kraftstoff
in dem Kraftstoffsystem vorhanden ist, ist es schwierig, zu verhindern,
dass die Motorgeschwindigkeit deutlich unter die Basisleerlaufdrehzahl
sinkt. Dies kann zu einem beträchtlich
verringerten Drehmomentanstieg und typischerweise zu einem Abwürgen des
Motors führen.
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Dies
ist im Allgemeinen der Fall, wenn ein relativ hoher Leerlauf-Eingangssollwert
in der Leerlaufsteuerungs-Strategie eingestellt ist. Während dieses Problem
teilweise dadurch gelöst
werden kann, dass stattdessen ein relativ niedriger Leerlauf-Eingangssollwert
verwendet wird (das heißt,
so, dass der Fehler zwischen der tatsächlichen Motorgeschwindigkeit und
dem Basisleerlaufsollwert oder der Basisleerlaufdrehzahl vergleichsweise
klein ist, wenn der Motor keine Leistung aufweist und er über das
CVT-Getriebe angetrieben
wird), entstehen dadurch wiederum andere Probleme. Insbesondere
dann, wenn der Motor von dem Antriebsstrang des Fahrzeugs ausgekuppelt
wird und die Abnahmegeschwindigkeit der Motorgeschwindigkeit ziemlich
hoch ist, wird der Leerlaufsteuerung durch die Verwendung eines
niedrigen Leerlauf-Eingangssollwertes üblicherweise nicht
die Gelegenheit gegeben, sicherzustellen, dass es zu keinem Unterschreiten
des Motorgeschwindigkeits-Sollwertes und/oder zu keinem Abwürgen kommt.
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Dementsprechend
gibt es bestimmte Anwendungen, bei denen zwei oder mehr Leerlauf-Eingangssollwerte
vorteilhaft wären,
so dass eine zufriedenstellende Steuerung des Leerlaufs mit der
Leerlaufsteuerung in Erwiderung auf eine Anzahl unterschiedlicher
Szenarien ausgeführt
werden kann.
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Demzufolge
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes
Verfahren zur Steuerung des Leerlaufs eines Motors bereitzustellen,
welches wenigstens einige der vorstehend aufgeführten Probleme löst.
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In
diesem Sinne wird in Übereinstimmung
mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Steuerung
des Leerlaufs eines Verbrennungsmotors bereitgestellt, das, in Erwiderung
auf die Motorgeschwindigkeit, die sich unter einem vorbestimmten
Wert befindet, umfasst:
Bestimmen der Änderungsrate der Motorgeschwindigkeit;
Auswählen eines
Leerlauf-Eingangssollwertes in Abhängigkeit von der Änderungsrate;
Initiieren
der Leerlaufsteuerung des Motors auf Grundlage des Leerlauf-Eingangssollwertes
zur Steuerung der Motorgeschwindigkeit auf eine Basisleerlaufdrehzahl.
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Die Änderungsrate
der Motorgeschwindigkeit ist vorzugsweise bestimmbar, nachdem die
Abnahme der Motorgeschwindigkeit nachgewiesen wurde. Die Änderungsrate
der Motorgeschwindigkeit ist vorzugsweise bestimmbar, nachdem die
Motorgeschwindigkeit auf einen Punkt unterhalb des vorbestimmten
Wertes verringert wurde. Die Änderungsrate
der Motorgeschwindigkeit ist zweckmäßigerweise bestimmbar, sobald
das Auftreten eines nicht-Leerlauf-zu-Leerlauf-Überganges während des Betriebes des Motors
nachweisbar ist. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Änderungsrate
der Motorgeschwindigkeit nur bestimmt wird, wenn offensichtlich ist,
dass der Motor bald versuchen wird, in einen Leerlauf-Betriebsmodus überzugehen.
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Die
Leerlaufsteuerung der Motorgeschwindigkeit wird vorzugsweise unter
Verwendung einer Leerlaufsteuerung mit geschlossener Rückführung durchgeführt. In
diesem Zusammenhang kann eine beliebige Leerlaufsteuerung für die Verwendung
mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung angewendet werden.
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Während der
Leerlaufsteuerung mit geschlossener Rückführung des Motors können vorzugsweise
Motorgeschwindigkeits-Sollwertkennlinien festgelegt wenden und die
Motorgeschwindigkeit kann gesteuert werden, um den Sollwertkennlinien zu
folgen, um so die Motorgeschwindigkeit stufenweise auf die Basisleerlaufdrehzahl
zu verringern. Die Leerlaufsteuerung wird typischerweise in einer elektronischen
Steuereinheit (ECU – Electronic
Control Unit) ausgeführt,
die den Betrieb des Motors steuert. Solche ECUs sind auf dem Gebiet
der Motorsteuerung allgemein bekannt und werden aus diesem Grund
hierin nicht näher
beschrieben. Die Leerlaufsteuerung umfasst vorzugsweise ein „PID"-System, welches
dazu dient, den Fehler zwischen der tatsächlichen Motorgeschwindigkeit
und der Sollwertgeschwindigkeit zu bestimmen, um die Leerlaufsteuerung
mit geschlossener Rückführung des
Motors zu erleichtern. Die Leerlaufsteuerung kann jedoch ein beliebiges
anderes geeignetes System einschließlich beispielsweise eines „P1"- oder „P"-Systems umfassen
oder verwenden.
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Die Änderungsrate
der Motorgeschwindigkeit kann vorzugsweise als ein Leerlaufeingangsgradient
bestimmt werden, wobei der Gradient mit steigender Änderungsrate
der Motorgeschwindigkeit ansteigt. Folglich würde, wenn eine schnelle Abnahme der
Motorgeschwindigkeit beispielsweise aufgrund eines kurzen abrupten Öffnens der
Drosselklappe des Fahrzeugs im Stillstand auftreten würde, der Gradient
typischerweise ziemlich steil (das heißt, groß) sein. Wenn demgegenüber beispielsweise
eine geringere Motorgeschwindigkeitsabnahmerate auftritt, wenn der
Motor noch in dem Antriebsstrang des Fahrzeugs eingekuppelt ist,
jedoch kein Fahrerwunsch oder keine Last vorliegt, würde der
Gradient deutlich flacher (das heißt, kleiner) sein.
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Vorzugsweise
kann wenigstens ein hoher Leerlauf-Eingangssollwert und wenigstens
ein niedriger Leerlauf-Eingangssollwert für die Verwendung mit der Leerlaufsteuerung
vorbestimmt werden. Sowohl der niedrige als auch der hohe Leerlauf-Eingangssollwert
sind im Allgemeinen größer als
die Basisleerlaufdrehzahl.
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Der
hohe Leerlauf-Eingangssollwert umfasst vorzugsweise einen Wert,
der verhindert, dass die Motorgeschwindigkeit nach einer Motorgeschwindigkeitsabnahme
die Basisleerlaufdrehzahl unterschreitet. Das heißt, der
hohe Leerlauf-Eingangssollwert wird vorzugsweise so ausgewählt, dass
ein fließender
nicht-Leerlauf-zu-Leerlauf-Übergang
nach einer großen
schnellen Verringerung der Motorgeschwindigkeit stattfinden kann.
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Der
niedrige Leerlauf-Eingangssollwert umfasst vorzugsweise einen Wert,
der ermöglicht,
dass die Motorgeschwindigkeit innerhalb einer angemessenen Zeit
nach einer stufenweisen Abnahme der Motorgeschwindigkeit auf die
Basisleerlaufdrehzahl gesteuert wenden kann. Speziell bedeutet dies,
dass der niedrige Leerlauf-Eingangssollwert
nahe an dem Punkt liegt, an dem üblicherweise
erwartet wird, dass der Motor von dem mit dem Motor verbundenen
Antriebsstrang eines Fahrzeuges ausgekuppelt wird. Wenn beispielsweise
bekannt wäre,
dass das CVT-Getriebe eines Motorrollers von dem Motor bei angenommen
2000 U/min nach einer Abnahme auskuppelt, könnte der Leerlauf-Eingangssollwert
praktischerweise so ausgewählt
werden, dass er an einem beliebigen Punkt unter 2000 U/min liegt.
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Die
Leerlaufsteuerung wird vorzugsweise auf der Grundlage des hohen
Leerlauf-Eingangssollwertes
gestartet, wenn sich der Leerlaufeingangsgradient über einem
vorbestimmten Gradientenwert befindet (das heißt, größer oder steiler ist). Auf
diese Weise kann die Leerlaufsteuerung verhindern, dass die Motorgeschwindigkeit
die Basisleerlaufdrehzahl unterschreitet, und einen problemlosen Übergang
in den Leerlauf gewährleisten.
Die relativ größere Differenz
zwischen der Basisleerlaufdrehzahl und dem hohen Leerlauf-Eingangssollwert
gibt der Leerlaufsteuerung ausreichend Gelegenheit, die Motorgeschwindigkeit
zu steuern, die ziemlich schnell fallen kann.
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Die
Leerlaufsteuerung wird vorzugsweise auf der Grundlage des niedrigen
Leerlauf-Eingangssollwertes
gestartet, wenn sich der Leerlaufeingangsgradient unter dem vorbestimmten
Gradientenwert befindet (das heißt, flacher ist). Auf diese
Weise wird der große
Fehler, der anderenfalls zwischen der tatsächlichen Motorgeschwindigkeit
und der Basisleerlaufdrehzahl auftreten würde, wenn der Motor nicht von
dem Antriebsstrang des Fahrzeuges ausgekuppelt wäre, vermieden. Folglich kann
die Leerlaufsteuerung, wenn der Motor letztendlich auskuppelt, die
Motorgeschwindigkeit steuern und ein Abwürgen oder einen Verbrennungsaussetzer
des Motors verhindern.
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Die
Gradienten der Motorgeschwindigkeits-Sollwertkennlinien ändern sich
vorzugsweise in Abhängigkeit
von dem ausgewählten
Leerlauf-Eingangssollwert. Auf diese Weise kann die tatsächliche Motorgeschwindigkeit
an dem ausgewählten
Leerlauf-Eingangspunkt
dem Gradienten der Geschwindigkeits-Sollwertkennlinien, die durch
die Leerlaufsteuerung festgelegt wurden, besser entsprechen, um
einen fließenderen Übergang
in den Leerlauf zu ermöglichen.
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Zweckmäßigerweise
kann eine größere Anzahl
von verschiedenen Leerlauf-Eingangssollwerten voreingestellt
sein, um eine präzisere
Leerlaufsteuerung in Erwiderung auf unterschiedliche Abnahmegeschwindigkeiten
der Motorgeschwindigkeit zu gewährleisten.
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Alternativ
kann der Leerlauf-Eingangssollwert in einem Sollwertebereich variabel
sein. Das heißt,
dass der Leerlauf-Eingangspunkt durch einen geeigneten Algorithmus
oder eine geeignete Funktion auf der Grundlage des vorbestimmten
Leerlaufeingangsgradienten berechnet werden kann. Folglich ist es
auf diese Weise möglich,
den optimalsten Leerlauf-Eingangspunkt für einen möglichen Geschwindigkeitsbereich
in Erwiderung auf den bestimmten Leerlaufeingangsgradienten zu der
Zeit auszuwählen.
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Die Änderungsrate
der Motorgeschwindigkeit oder der Leerlaufeingangsgradient wird
zweckmäßigerweise
nur dann berechnet, wenn sich die Motorgeschwindigkeit in einem
vorbestimmten Motorgeschwindigkeitsbereich befindet, der über dem Basisleerlauf
liegt. Der untere Endbereich des Geschwindigkeitsbereiches ist vorzugsweise
voreingestellt, um mit einem Punkt über dem hohen Leerlauf-Eingangssollwert überein zu
stimmen. Der Geschwindigkeitsbereich ist zweckmäßigerweise auf einen geeigneten
Wert über
dem hohen Leerlauf-Eingangssollwert einstellbar. Der obere Endbereich
des Geschwindigkeitsbereiches entspricht praktischerweise dem vorbestimmten
Wert, unter dem die Änderungsrate
der Motorgeschwindigkeit berechnet wird. Auf diese Weise kann der
Leerlaufeingangsgradient bestimmt werden, wenn erwartet wird, dass
die Motorgeschwindigkeit in den Leerlauf zurückkehrt, anstatt darauf zu
warten, dass sich die Motorgeschwindigkeit bis auf den Leerlauf
oder den nahen Leerlauf verringert.
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Die
Leerlaufsteuerung des Motors wird vorzugsweise nicht gestartet,
bis der Motor eine Null-Leistung aufweist. Das heißt, dass,
selbst wenn der Leerlaufeingangsgradient in Erwartung auf den Übergang
der Motorgeschwindigkeit in den Leerlauf berechnet werden kann,
der Gradient nicht verwendet wird, um zu bestimmen, welcher der
Leerlauf-Eingangssollwerte zum Starten der Leerlaufsteuerung genutzt
wird, bis der Motor eine Null-Leistung aufweist. Null-Leistung kann
sich auf eine beliebige Situation beziehen, in der der Fahrer des
Fahrzeugs die Drosselklappe geschlossen oder freigegeben hat, wies
dies beispielsweise während
des Leerlaufs vor einem Start oder beim Bergabrollen ohne Kraftstoffzufuhr
zu dem Motor (das heißt,
bei Schubabschaltungsbedingungen) der Fall sein würde.
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Der
Motor ist vorzugsweise ein Motor, bei dem der Kraftstoff direkt
in die Verbrennungskammer(n) des Motors zugeführt wird. Das vorstehend diskutierte
Verfahren zur Steuerung des Leerlaufs kann insbesondere bei solchen
Direkteinspritzmotoren auf grund der typischen schnelleren Übergangsverhaltenseigenschaften
davon angewendet werden. Das heißt, dass, da der Kraftstoff
direkt dem Zylinder/den Zylindern des Motors zugeführt wird, Änderungen
der Motorgeschwindigkeit aufgrund der Erhöhungen oder Verringerungen
der Motorbetankungsrate in vergleichsweise kürzeren Zeiten hervorgerufen
werden.
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Der
Kraftstoff wird geeigneter Weise mittels eines Doppelflüssigkeitseinspritzsystems
dem Motor zugeführt,
wobei eine dosierte Kraftstoffmenge mittels einer Druckgasquelle
in die Verbrennungskammer(n) getrieben wird.
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Ein
solches System wird beispielsweise in dem
US-Patent Nr. RE 36768 des Anmelders
offenbart, dessen Inhalte hierin durch Bezugnahme eingeschlossen
sind.
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Darüber hinaus
wird das Verfahren zur Steuerung des Leerlaufs vorzugsweise in einem
Motor ausgeführt,
der über
wenigstens einen Teil seines Betriebsbereiches gemäß einem
kraftstoffgesteuerten Steuersystem steuerbar ist, das heißt, dass,
anstatt dass der Fahrerwunsch den Wert der Luftzufuhr zu dem Motor
bestimmt, anhand dessen nachfolgend die Betankungsrate bestimmt
wird, der Fahrerwunsch in einem kraftstoffgesteuerten Steuersystem direkt
den Betankungswert für
den Motor bestimmt. Dementsprechend werden jegliche Änderungen
der Motorbetriebsgeschwindigkeit und des Motorleerlaufs durch Ändern der
Motorbetankungsrate anstatt durch Ändern der Luftzufuhr zu dem
Motor bewirkt. Ein solches kraftstoffgesteuertes Steuersystem wird beispielsweise
in dem
US-Patent Nr. 5540205 des Anmelders
diskutiert.
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Entsprechend
einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Motorsteuerung
bereitgestellt, die zur Steuerung des Leerlaufs eines Verbrennungsmotors
geeignet ist, und in Erwiderung auf die Motorgeschwindigkeit, die
sich unter einem vorbestimmten Wert befindet, umfasst:
Bestimmen
der Änderungsrate
der Motorgeschwindigkeit;
Auswählen eines Leerlauf-Eingangssollwertes
in Abhängigkeit
von der Änderungsrate;
und
Initiieren der Leerlaufsteuerung des Motors auf Grundlage
des Leerlauf-Eingangssollwertes
zur Steuerung der Motorgeschwindigkeit auf eine Basisleerlaufzahl.
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Es
ist zweckmäßig, die
Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen weiter zu
beschreiben, die eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens der
vorliegenden Erfindung illustrieren. Weitere bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung sind ebenso vorgesehen, und folglich soll die Besonderheit
der begleitenden Zeichnungen nicht im Sinne einer Einschränkung der
Allgemeinheit der vorstehenden Beschreibung der Erfindung verstanden
werden.
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In
den Zeichnungen ist:
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1 eine
grafische Darstellung, die die Funktionsweise eines Verfahrens zur
Steuerung des Leerlaufs eines Motors entsprechend der vorliegenden
Erfindung darstellt; und
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2 ein
Ablaufplan, der die Funktionsweise des Verfahrens zur Steuerung
des Leerlaufs eines Motors entsprechend der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Es
wird zunächst
Bezug auf 1 genommen, wobei die grafische
Darstellung die gegen die Zeit aufgetragene Motorgeschwindigkeit
(Motordrehzahl) für
eine bestimmte Motoranwendung zeigt. In der grafischen Darstellung
werden zwei alternative Motorgeschwindigkeits-Steuerungssituationen
illustriert, wobei die tatsächliche
Motorgeschwindigkeit (tatsächliche
Drehzahl) gegen die Motorgeschwindigkeits-Sollwertkennlinien aufgetragen ist,
die durch eine Leerlaufsteuerung (Drehzahl-Sollwert) für jede Situation
bestimmt sind. Die grafische Darstellung ist ebenfalls in zwei Teilabschnitte
unterteilt, wobei der eine Abschnitt dem Betrieb des Motors in einem Fahr- oder Schubabschaltungsmodus
(FAHREN oder SCHUBABSCHALTUNG) entspricht, und der andere Abschnitt
dem Betrieb des Motors im Leerlauf (LEERLAUF) entspricht.
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In
der grafischen Darstellung sind zwei vorbestimmte Leerlauf-Eingangssollwertgeschwindigkeiten
angegeben, wobei diese als hoher Leerlauf-Eingangssollwert und als niedriger Leerlauf-Eingangssollwert
gekennzeichnet sind. Jeder dieser Leerlauf-Eingangssollwerte wird
so ausgewählt,
dass er höher
als die Basisleerlaufdrehzahl des Motors ist. Die Leerlauf-Eingangssollwerte
entsprechen im Wesentlichen den Geschwindigkeiten, bei denen die Leerlaufsteuerung
gestartet werden kann, um den Leerlauf des Motors zu steuern.
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Wie
dies im Folgenden in Bezug auf 2 beschrieben
ist, wird, wenn eine Motorgeschwindigkeitsabnahme auftritt und die
Motorgeschwindigkeit in einen vorbestimmten Bereich abfällt, wobei
der höchste
Punkt dieses Bereiches dem vorstehend aufgeführten vorbestimmten Wert entspricht,
die Änderungsrate
der Motorgeschwindigkeit bestimmt. Dieser vorbestimmte Bereich wird
in 1 durch die Punkte A-B angegeben. Wie anhand der
grafischen Darstellung zu sehen ist, ist der vorbestimmte Geschwindigkeitswert
B über
dem hohen Leerlauf-Eingangssollwert eingestellt, es ist jedoch offensichtlich, dass
der Wert B auch mit dem hohen Leerlauf-Eingangssollwert zusammenfallen
kann.
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Der
vorbestimmte Geschwindigkeitswert A ist die Motorgeschwindigkeit,
unter der Bestimmungen der Änderungsrate
der Motorgeschwindigkeit in Vorbereitung auf den nachfolgenden Motor-Leerlaufbetrieb
durchgeführt
werden. Diese Bestimmung wird vor dem Abfallen der Motorgeschwindigkeit
unter die höchste
Startgeschwindigkeit oder den höchsten Leerlauf-Eingangssollwert
für die
Leerlaufsteuerung durchgeführt.
Diese Änderungsrate
der Motorgeschwindigkeit wird, wie dies in 1 dargestellt
ist, als ein Leerlaufeingangsgradient bestimmt, wobei der hohe Leerlaufeingangsgradient
eine relativ schnelle Abnahme der Motorgeschwindigkeit angibt und
der niedrige Leerlaufeingangsgradient eine relativ langsame Abnahme
der Geschwindigkeit des Fahrzeugs angibt. Wie dies vorstehend erwähnt wurde,
würde der
hohe Leerlaufeingangsgradient beispielsweise einer Rückkehr in
den Leerlauf nach einem kurzen abrupten Öffnen der Drosselklappe, wenn
das Fahrzeug steht und der Motor unbelastet ist, entsprechen. Der
niedrige Leerlaufeingangsgradient würde beispielsweise einer geringeren
Motorgeschwindigkeitsabnahmerate entsprechen, die auftreten kann,
wenn der Antriebsstrang in dem Motor eingekuppelt bleibt, selbst
wenn kein Fahrerwunsch an den Motor angelegt wird.
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Wenn
bestätigt
wird, dass kein Fahrerwunsch an dem Motor anliegt, wird eine Leerlauf-Eingangssollwertgeschwindigkeit
in Abhängigkeit
von der Änderungsrate
der Motorgeschwindigkeit ausgewählt.
Speziell bedeutet dies, dass der hohe Leerlauf- Eingangssollwert ausgewählt wird,
wenn der Leerlaufeingangsgradient über einem voreingestellten
Wert liegt. Anderenfalls wird der niedrige Leerlauf-Eingangssollwert
ausgewählt.
Anschließend wird
die Leerlaufsteuerung mit geschlossener Rückführung des Motors auf Grundlage
der ausgewählten Leerlauf-Eingangssollwertgeschwindigkeit
gestartet, wonach die Leerlaufsteuerung einen fließenden Übergang
in den Leerlauf ausführen
kann, ohne die Basisleerlaufdrehzahl zu unterschreiten, was zu einem
Abwürgen
des Motors führen
könnte.
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1 zeigt,
dass die tatsächliche
Motorgeschwindigkeit an dem Leerlauf-Eingangspunkt so gesteuert werden kann,
dass sie dem Gradienten bestimmter durch die Leerlaufsteuerung festgelegter Motorgeschwindigkeits-Sollwertkennlinien
weitgehend entspricht, wobei der Gradient der Motorgeschwindigkeits-Sollwertkennlinien
in Abhängigkeit von
der ausgewählten
Leerlauf-Eingangssollwertgeschwindigkeit variieren kann. Die Leerlaufsteuerung steuert
die Betankungsrate des Motors, wenn die Leerlaufsteuerung mit geschlossener
Rückführung gestartet
wurde, so dass die tatsächliche
Motorgeschwindigkeit im Allgemeinen den durch die Leerlaufsteuerung
festgelegten Motorgeschwindigkeits-Sollwertkennlinien folgt. Wie
dies in 1 dargestellt ist, folgt die
tatsächliche
Motorgeschwindigkeit im Allgemeinen den Geschwindigkeits-Sollwertkennlinien und
kann über
und unter die Geschwindigkeits-Sollwertkennlinien hinausgehen, wenn
die Leerlaufsteuerung versucht, die Motorgeschwindigkeit zurück auf die
Basisleerlaufdrehzahl zu bringen. Die Leerlaufsteuerung wird, ungeachtet
dessen, ob der hohe oder der niedrige Leerlauf-Eingangssollwert
ausgewählt wird,
versuchen, den Motor auf eine relativ fließende Weise auf die gleiche
Basisleerlaufdrehzahl zurückzubringen.
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2 zeigt
die verschiedenen Schritte, gemäß denen
ein Steuerungsverfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung
ausgeführt
wird. Das Steuerungsverfahren oder die Steuerungsstrategie ist üblicherweise
in einer Motorsteuerung (ECU) aufgezeichnet und wird durch diese
ausgeführt,
wobei die Motorsteuerung geeignet ist, den Betrieb des Motors zu
steuern. Nach dem in Schritt 10 angegebenen normalen Betrieb
des Motors führt
die Motorsteuerung zuerst eine Bestimmung dahingehend durch, ob die
Motorgeschwindigkeit in einen vorbestimmten Bereich über der
höchsten
Initialisierungsgeschwindigkeit oder dem höchsten Leerlauf-Eingangssollwert (das
heißt,
Bereich A-B) gefallen ist. Dies findet in Schritt 12 statt,
und wird üblicherweise
als ein Ergebnis einer Abnahme der Motorgeschwindigkeit in Erwiderung
auf das Freigeben oder Schließen
der Drosselklappe des Motors durch den Fahrer durchgeführt. Die
Motorsteuerung geht dann zu Schritt 14 über, wenn sich die Motorgeschwindigkeit
noch über
dem höchsten
Leerlauf-Eingangssollwert jedoch innerhalb des vorbestimmten Motorgeschwindigkeitsbereichs befindet.
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In
Schritt 14 wird, wobei sich die Motorgeschwindigkeit noch über der
höchsten
Leerlaufsteuerungs-Startgeschwindigkeit befindet, die Änderungsrate
der Motorgeschwindigkeit bestimmt. Diese wird als ein Leerlaufeingangsgradient
berechnet. Wenn die Motorsteuerung in Schritt 16 bestimmt,
dass der Motor eine Null-Leistung aufweist, kann der Leerlaufeingangsgradient
nachfolgend verwendet werden, um die Leerlaufsteuerung des Motors
zu starten. Eine Null-Leistungs-Situation liegt üblicherweise vor, wenn die
Drosselklappe vollständig
geschlossen ist. Wenn der Motor jedoch noch eine gewisse Leistung aufweist,
wodurch angezeigt wird, dass der Fahrer nicht wünscht, in den Leerlauf überzugehen,
dann behält
der Motor seinen normalen Betrieb bei, wobei die Motorsteuerung
danach erneut prüft,
ob ein Leerlaufbetrieb zu erwarten ist.
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Wenn
festgestellt wird, dass ein Leerlaufbetrieb bevorsteht, wird der
Leerlaufeingangsgradient in Schritt 18 mit einem vorbestimmten
Gradientenwert verglichen. Dies wird durchgeführt, um nachzuweisen, ob der
Leerlaufeingangsgradient vergleichsweise hoch oder niedrig ist.
In Schritt 20 und auf Grundlage dessen, ob ein hoher oder
ein niedriger Leerlaufeingangsgradient vorliegt, wählt die
Motorsteuerung dann einen geeigneten Leerlauf-Eingangssollwert aus.
Dieser Leerlauf-Eingangssollwert wird ausgewählt, um die Leerlaufsteuerung
zu befähigen,
den Leerlauf des Motors zufriedenstellend zu steuern, ohne dass
ein Abwürgen
des Motors möglich
ist, und einen reibungslosen Übergang
in den Leerlauf zu begünstigen.
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In
den Schritten 22 und 24 führt die Motorsteuerung dann
die Leerlaufsteuerung mit geschlossener Rückführung aus, wobei die Motorgeschwindigkeit
durch die Leerlaufsteuerung gesteuert wird. Der ausgewählte Leerlauf-Eingangssollwert
bestimmt die Motorgeschwindigkeit, bei der die Leerlaufsteuerung
zur Steuerung der Motorgeschwindigkeit gestartet wird. Daraufhin
wird die Betankungsrate des Motors durch die Leerlaufsteuerung gesteuert, um
die Motorgeschwindigkeit auf die Basisleerlaufdrehzahl zurückzubringen
oder sie auf dieser zu halten. Das heißt, die Leerlaufsteuerung verringert
die Motorgeschwindigkeit stufenweise von dem Leerlauf-Eingangssollwert
auf die Basisleerlaufdrehzahl, und zwar üblicherweise durch allmähliches
Verringern der Motorbetankungsrate. Diese Leerlaufsteuerung mit
geschlossener Rückführung wird
fortgeführt, bis
die Motorsteuerung bestimmt, dass ein Fahrerwunsch an den Motor
angelegt wird (das heißt,
dass der Fahrer wünscht,
den Leerlauf zu verlassen), wonach die normale Steuerung des Motors
wieder aufgenommen wird. Wie dies vorstehend dargelegt wurde, wendet
die Leerlaufsteuerung üblicherweise
bestimmte Motorgeschwindigkeits-Sollwertkennlinien an, um die Motorgeschwindigkeit
fließend
von einem bestimmten Leerlauf-Eingangssollwert auf die Basisleerlaufdrehzahl
zu verringern. Das heißt,
dass, wenn ein Leerlauf-Eingangssollwert ausgewählt wurde, die Motorgeschwindigkeit
entsprechend einer vorbestimmten durch die Leerlaufsteuerung festgelegten
Motorgeschwindigkeits-Sollwertkennlinie stufenweise auf die Basisleerlaufdrehzahl
verringert wird. Die Geschwindigkeits-Sollwertkennlinien werden üblicherweise
so ausgewählt,
dass sie einen allmählich
abnehmenden Gradienten aufweisen, um einen problemlosen Übergang
von einem nicht-Leerlauf- zu einem Leerlaufbetrieb des Motors zu
begünstigen.
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Das
vorstehend beschriebene Verfahren zur Steuerung des Leerlaufs ermöglicht der
Leerlaufsteuerung, zufriedenstellend mit den erheblich unterschiedlichen
Abnahmegeschwindigkeiten der Motorgeschwindigkeit umzugehen, die
in einem Motor auftreten können,
wenn in den Leerlauf zurückgekehrt oder
in diesen übergegangen
wird. Da die tatsächliche
Motorgeschwindigkeit den durch die Leerlaufsteuerung eingestellten
Motorgeschwindigkeits-Sollwertkennlinien besser entspricht, ist
die Wahrscheinlichkeit des Abwürgens
des Motors geringer, da die Leerlaufsteuerung keine großen Differenzen
zwischen der tatsächlichen
Motorgeschwindigkeit und dem Basisleerlaufsollwert kompensieren
muss.
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Das
Verfahren zur Steuerung des Leerlaufs entsprechend der vorliegenden
Erfindung ist aufgrund der dadurch erfahrenen vergleichsweise schnelleren
Motorgeschwindigkeitsübergänge besonders
gut für
kraftstoffgesteuerte Direkteinspritzmotoren geeignet. Aus denselben
Gründen
kann das Verfahren ebenso vorzugsweise bei Motoren, die entsprechend
einem Zweitakt arbeiten, und insbesondere bei trägheitsarmen Motoren angewendet werden.
Durch die Fähigkeit
des Umgangs mit einer Vielzahl von Abnahme raten beim Übergehen
oder Zurückkehren
in den Leerlauf wird das Ausführen
eines zuverlässigen,
fließenden Übergangs
ermöglicht.
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Das
Verfahren in Übereinstimmung
mit der Erfindung wunde hauptsächlich
in Bezug auf Motoren beschrieben, die ein CVT-Getriebe verwenden. Es
ist jedoch offensichtlich, dass die Erfindung gleichermaßen auf
andere Motoranwendungen anwendbar ist, unabhängig davon, ob diese vom Vier-
oder Zweitakttyp sind, sowie unabhängig davon, ob diese Doppelflüssigkeits-
oder Einzelflüssigkeitseinspritzsysteme
nutzen.
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Modifizierungen
und Änderungen,
die einer Person mit gewöhnlicher
Erfahrung auf dem Gebiet der Technik offensichtlich sind, fallen
in den in den angehängten
Patentansprüchen
definierten Umfang der vorliegenden Erfindung. Beispielsweise kann
bei bestimmten Motoranwendungen, insbesondere denjenigen, bei denen
die Geschwindigkeit des Fahrzeugs oder Schiffs im direkten Zusammenhang
mit der Motorgeschwindigkeit steht, die Änderungsrate der Fahr- oder
Fahrzeug-/Schiffsgeschwindigkeit als ein Bestimmungsfaktor bei der
Auswahl unterschiedlicher Leerlauf-Eingangssollwerte verwendet werden.