DE102004006813A1

DE102004006813A1 - Leerlaufsteuerung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102004006813A1
Application number: DE102004006813A
Authority: DE
Inventors: Adam Peter Shepperson
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2003-02-12
Filing date: 2004-02-11
Publication date: 2004-09-16
Also published as: GB0303286D0; US20040221833A1; GB2398393B; US6895928B2; GB2398393A

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftfahrzeug (1) mit einer Motorsteuereinheit (15), die den Motorleerlauf steuert. Die Motorsteuereinheit ist vorgesehen, um dann, wenn der Motorbedarf den bei einer Motorleerlaufdrehzahl verfügbaren Motorbedarf überschreitet, das Lufteinlassventil auf eine Position öffnen, bei der der stabile Luftstrom den zur Erfüllung des erwarteten Motorbedarfs erforderlichen Luftstrom überschreiten würde, und um einen exponentiellen Abklingfaktor zu berechnen und dann das Lufteinlassventil, entsprechend dem Abklingfaktor, auf eine erwünschte Öffnungsposition zu schließen, sodass die Geschwindigkeit, mit der die Motorsteuereinheit das Lufteinlassventil schließt, in Proportion mit der überwachten Motordrehzahl variiert (Fig. 1).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leerlaufsteuerung einer Brennkraftmaschine und insbesondere auf die Steuerung der Luftzufuhr zum Motor während des Leerlaufs.
Um das Motordrehmoment bei hohen Motordrehzahlen zu verbessern, wurden Fahrzeugbrennkraftmaschinen entwickelt, die ein größeres Luftansaugvolumen für einen gegebenen Motorhubraum aufweisen. Gleichzeitig wurden Motorzubehörteile und andere nebengeordnete Verbrauchereinheiten der Kraftfahrzeuge konstant verbessert und in einigen Fällen von einer mechanischen Ansteuerung auf eine elektronische Ansteuerung umgestellt. Dadurch wird die auf den Motor wirkende Leerlauflast und damit die minimale erwünschte Motordrehzahl verringert.
Es ist somit sehr wichtig, dass der Motor schnell auf jede plötzliche Erhöhung der Motorlast bei Leerlaufdrehzahlen reagiert, zum Beispiel aufgrund einer plötzlichen Erhöhung des Wechselstromgeneratorbedarfs oder des Servolenkungsbedarfs, um ein Absterben des Motors zu verhindern. Jedoch reduzieren sowohl ein großes Ansaugrohrvolumen/Motorhubraumverhältnis als auch eine niedrige Leerlaufdrehzahl die Drehzahl in Abhängigkeit von Einlassluftstromveränderungen.
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Lufteinlasssystem für ein Kraftfahrzeug anzugeben, das diese Nachteile beseitigt.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Entsprechend der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug angegeben, umfassend: eine Brennkraftmaschine, eine Lufteinlassleitung zum Ansaugen des Motors, ein Lufteinlassventil, das in der Lufteinlassleitung zur Steuerung des durch die Lufteinlassleitung zum Motor strömenden Luftstroms positioniert ist, ein Ventilaktuator zum Öffnen und Schließen des Lufteinlassventils, wenigstens eine vom Motor angetriebene nebengeordnete Verbrauchereinheit, wenigstens ein Motorsensor, einschließlich eines Motordrehzahlsensors und eine Motorsteuereinheit, die wirksam mit dem Ventilaktuator, der nebengeordneten Verbrauchereinheiten) und dem Motordrehzahlsensor verbunden ist, um den Motorbetrieb zu steuern, wobei die Motorsteuereinheit vorgesehen ist, um während des Motorleerlaufs:

(a) den Betrieb der nebengeordneten Verbrauchereinheiten) zu überwachen und den Motorbedarf wenigstens teilweise in Abhängigkeit vom Betrieb der nebengeordneten Verbrauchereinheiten) zu berechnen;
(b) die Motorleerlaufdrehzahl zu überwachen und zu bestimmen, ob der erwartete Motorbedarf bei der Motordrehzahl erfüllt werden kann;
(c) und wenn der Motorbedarf den bei dieser Motorleerlaufdrehzahl verfügbaren Motorbedarf überschreitet, einen gewünschten Öffnungsgrad des Lufteinlassventils zu bestimmen, um den erwartete Motorbedarf zu erfüllen;

Die Erfindung ermöglicht, das Lufteinlassventil so zu betreiben, dass der dem Motor zuströmende Luftstrom schneller erhöht wird, als wenn das Lufteinlassventil nur auf die aus dem erwünschten stabilen Luftstrom resultierende Position bewegt werden würde. Der zusätzliche Motorbedarf bzw. -leistung kann somit schneller vom Motor befriedigt werden.
Nebengeordnete Verbrauchereinheiten können auf verschiedene Art und Weise angetrieben werden, so lange, wie diese Verbrauchereinheiten letztlich den Motor mit einer Last beaufschlagen. Beispielsweise können nebengeordnete Verbrauchereinheiten direkt vom Motor angetrieben werden, zum Beispiel mechanisch über einen von der Kurbelwelle des Motors angetriebenen Riemen oder zum Beispiel indirekt elektrisch über eine Batterie, die durch einen vom Motor angetriebenen Wechselstromgenerator geladen wird.
Die Erfindung ist sowohl bei funkengezündeten Motoren, insbesondere direkten oder indirekten Einspritzmotoren, als auch bei selbstzündenden Motoren einsetzbar.
Gemäß der Erfindung wird auch ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug angegeben, das Fahrzeug umfasst: ein Lufteinlassleitung und ein Lufteinlassventil, das in der Lufteinlassleitung positioniert ist, einen Ventilaktuator, wenigstens eine nebengeordnete Verbrauchereinheit, wenigstens einen Motorsensor einschließlich eines Mo tordrehzahlsensor und eine Motorsteuereinheit, die wirksam mit dem Ventilaktuator, der nebengeordneten Verbrauchereinheiten) und dem Motordrehzahlsensor verbunden ist, das Verfahren umfasst die Schritte:

i) Ansaugen des Motors über die Lufteinlassleitung während der Motor bei Leerlaufdrehzahlen läuft;
ii) Verwendung des Lufteinlassventils zur Steuerung des Luftstroms zum Motor durch die Lufteinlassleitung;
iii) Verwendung des Ventilaktuators zur Steuerung des Motoransaugens durch Öffnen und Schließen des Lufteinlassventils;
iv) Antreiben der nebengeordneten Verbrauchereinheit(en), entweder direkt oder indirekt durch den Motor;
v) Verwendung der Motorsteuereinheit zur Überwachung der nebengeordneten Verbrauchereinheiten) und zur Berechnung eines Motorbedarfs wenigstens teilweise in Abhängigkeit vom Betrieb der nebengeordneten Verbrauchereinheit(en);
vi) Verwendung der Motorsteuereinheit zur Überwachung der Motorleerlaufdrehzahl und zur Bestimmung, ob der erwartete Motorbedarf von der Motordrehzahl erfüllt werden kann;
vii) wenn der Motorbedarf den bei dieser Motorleerlaufdrehzahl verfügbaren Motorbedarf überschreitet, verwenden der Motorsteuereinheit zur Bestimmung eines erwünschten Öffnungsgrades des Lufteinlassventils, um den erwarteten Motorbedarf zu erfüllen; und
viii) wenn der Motorbedarf den bei dieser Motorleerlaufdrehzahl verfügbaren Motorbedarf überschreitet, verwenden der Motorsteuereinheit zum Öffnen des Lufteinlassventils auf eine Position, bei der der stabile Luftstrom, der zur Erfüllung des entsprechenden Motorbedarfs notwendig wäre, überschritten wird und dann zum Schließen das Lufteinlassventil auf den erwünschten Öffnungsgrad; und
ix) die Motorkontrolleinheit berechnet einen exponentiellen Abklingfaktor und schließt dann in Schritt viii) das Lufteinlassventil entsprechend dem Abklingfaktor, sodass die Geschwindigkeit, mit der die Motorsteu ereinheit das Lufteinlassventil schließt, in Proportion zu der überwachten Motordrehzahl variiert.

Während des Schritts viii) kann das Lufteinlassventil dann progressiv geschlossen werden, bis die verfügbare Motorleistung mit der erwünschten Motorleistung übereinstimmt.
Das Schließen des Lufteinlassventils entsprechend dem exponentiellen Abklingfaktors ist nützlich, da der natürliche Dämpfungseffekt bei Luftstromveränderungen durch die Lufteinlassleitung bei hohen Luftströmungsgeschwindigkeiten niedriger sein wird und somit auch bei höheren Motordrehzahlen.
Aus denselben Gründen kann es auch wünschenswert sein, wenn der Grad, auf den die Motorsteuereinheit das Lufteinlassventil anfänglich öffnet invers zu der überwachten Motordrehzahl variiert. Das Lufteinlassventil muss deshalb bei hohen Luftströmungsgeschwindigkeiten und Motordrehzahlen weniger geöffnet werden, um eine schnelle und optimale Erhöhung im Luftstrom auf dem gewünschten Level zu erreichen.
Es ist insbesondere hilfreich, wenn der Luftstrom temporär den zur Erfüllung des erwarteten Motorbedarfs erforderlichen Luftstrom übersteigen kann. Dadurch erreicht man eine schnellere Anfangssteigung im Luftströmungsvolumen auf den gewünschten Level.
Jedoch kann dies auch dazu führen, dass auch die Motorleistung zeitweise den Bedarf überschreitet, der zur Erfüllung des Bedarfs der nebengeordneten Verbrauchereinheiten des Motors erforderlich ist. Darum umfasst das Verfahren, wenn der Motor ein funkengezündeter Motor ist, die Schritte:

– Verwendung der Motorsteuereinheit zur Auslösung einer Zündung mit Motorfunken bei einem gewünschten Motorzündwinkel; und
– Verwendung der Motorsteuereinheit zur Stabilisierung der Motorleistung während der Periode, wenn die Luftströmung zeitweise überschießt, durch Variieren des Motorzündwinkels.

Alternativ oder zusätzlich kann die Motorsteuereinheit auch ein temporäres Überschießen der Motordrehzahl durch temporäres Reduzieren der eingespritzten Kraftstoffmenge oder durch zeitliches Abstimmen der Zündzeitpunkte kompensieren.
Somit kann die Motorleistung reduziert werden, unter die, die anderenfalls vorherrschen würde, wenn der Motorzündwinkel während der Periode des überschießenden Luftstroms nicht variiert werden würde.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Beispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Teildarstellung eines Kraftfahrzeugs gemäß der Erfindung mit einer Brennkraftmaschine mit einem Lufteinlassventil, das von einer Motorsteuereinheit wenigstens teilweise in Abhängigkeit von der Verwendung einer nebengeordneten Verbrauchereinheiten) gesteuert wird;
2 ein Diagramm des Massenluftstroms gegenüber der Zeit für einen Motor nach 1, indem dargestellt wird, wie eine schrittweise Veränderung in der Luftventilposition zu einem graduellen Anstieg des Massenluftstroms auf einen höheren eingeschwungenen Zustand führt;
3 + 4 ein Diagramm von Luftmassenströmungen gegenüber der Zeit, ähnlich zu dem in der 2, jedoch zeigen sie, wie die Motorsteuereinheit die Luftventilposition steuert, um die Zeit zu verkürzen, die für den Massenluftstrom erforderlich ist, um einen höheren eingeschwungenen Zustand zu erreichen;
5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens entsprechend der Erfindung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug.
1 zeigt Teile eines Kraftfahrzeugs 1, beispielsweise ein Auto mit einem Motor 2. In diesem Beispiel ist der Motor 2 als funkengezündeter Motor ausgebildet, obwohl die Erfindung in ihrem breitesten Schutzbereich auch auf Kompressionszündungsmotoren (selbstzündende) anwendbar ist. Der Motor 2 weist eine Anzahl von Zylindern 4 auf, wobei jedem eine Zündkerze 3 zugeordnet ist, die oberhalb des Kurbelwellengehäuses 6 angeordnet sind. Der Motor 2 weist auch ein Lufteinlasssystem 5 auf, das den Zylindern 4 über den Lufteinlassverteiler 10 Frischluft 8 zuführt. Den Zylindern 4 wird über Kraftstoffeinspritzdüsen 12 Kraftstoff 11 zugeführt. Die Kraftstoffeinspritzung kann entweder als Direkteinspritzung oder indirekte Einspritzung ausgebildet sein. Jede Kraftstoffeinspritzdüse 12 wird über ein elektronisches Kraftstoffeinspritzsteuersignal (EFI) gesteuert, das über eine Signalleitung 9 von einer mikroprozessorbasierten Motorsteuereinheit (ECU) 15 empfangen wird. Ähnlich wird jede Zündkerze 3 durch Steuerung eines elektronischen Zündsignals (EI), das von der ECU 15 über eine Zündsteuer-Signaleinheit 13 gesendet wird, aktiviert.
Es wird darauf hingewiesen, dass, obwohl die ECU 15 als einzelne Systemeinheit ausgebildet ist, sie auch aus einer Anzahl von diskreten Systemen gebildet werden kann, beispielsweise ein Motor-Managementsystem, ein elektronisches Zündsystem, ein Klimasteuerungssystem etc.
Der Motor 2 weist auch einen Abgaskrümmer 14 auf, über den die Abgase 16 die Zylinder 4 verlassen.
Die Frischluft 8 erreicht den Lufteinlassverteiler 10 über eine Lufteinlasslei tung 18, innerhalb derer eine Lufteinlass-Ventilbaugruppe 20 angeordnet ist. Die Baugruppe umfasst ein Butterflyventil 21, das von einem elektrischen Motor 22 durch den Empfang eines elektronischen Drosselklappensteuerungssignals (ET) angesteuert wird, das über eine Steuersignalleitung 23 von der ECU 15 empfangen wird. Die Drosselklappen- oder Ventilbaugruppe 20 umfasst auch einen Drosselklappen-Positionssensor 30, der die Drosselklappenposition (TP) zur ECU 15 über die Signalleitung 24 übermittelt.
Zusätzlich zum Drosselklappen-Positionssignal (TP) empfängt die ECU 15 auch eine Anzahl anderer Signale vom Motor 2 über entsprechende Signalleitung 24 bis 27, die verschiedene Motorbetriebsparameter anzeigen. Unter diesen sind: ein Luftmassenströmungssignal (MAF) von einem Luftmassenströmungssensor 31 in der Lufteinlassleitung 10 hinter der Drosselklappen-Ventilbaugruppe 20; ein Motordrehzahlsignal (RPM) vom Motordrehzahlsensor 32; und ein Motortemperatursignal (T) von einem Motor in Temperatursensor 33. Die ECU 15 überwacht auch die Spannung (V) eines elektrischen Systems des Fahrzeugs mir einer Batterie 40 und einem Wechselstromgenerator (A) 41 über eine mit der Batterie 40 verbundene Leitung 28. Die ECU 15 verwendet dann die Sensoren 30–33, um den Betrieb des Motors, sowohl während des Leerlaufs als auch während des aktiven Betriebs des Fahrzeugs 1 zu überwachen.
Die ECU 15 steuert den Motorbetrieb einschließlich der Leerlaufdrehzahl über das Kraftstoff-Einspritzsignal (EFI), das über die Steuersignalleitung 9 gesendet wird und das Drosselklappen-Positionssignal (TP), das über die Steuersignalleitung 23 gesendet wird.
In dem Beispiel gemäß 1 weist das Kraftfahrzeug 1 eine Anzahl von nebengeordneten Verbrauchereinheiten auf, die direkt von dem Motor angetrieben werden. Diese umfassen den Wechselstromgenerator 41 und einen Kompressor (A/C) 42 der Klimaanlage, wobei jeder von diesen über einen Riemenscheibe und eine Riemenanordnung 35, 36 angetrieben wird und ein hydraulisch angetriebenes Servolenkungssystem (PS) 43. Das Kraftfahrzeug weist auch eine Anzahl von nebengeordneten Verbrauchereinheiten auf, die indirekt über das elektrische Fahrzeugsystem 40, 41 angetrieben werden, beispielsweise elektrisch beheizbare Fenster (W) 44.
Der Wechselstromgenerator wird den Motor automatisch mit einer zusätzlichen Last beaufschlagen, wenn die Batterie 40 geladen wird und die Batterie wird dies an einem Spannungsabfall der elektrischen Systemspannung (V) erkennen. Alternativ kann die ECU 15 den Gesamtstrom überwachen, der von der Batterie 40 gezogen wird oder von dem Wechselstromgenerator 41 direkt ein Signal empfangen, das die Last des Wechselstromgenerators 41 anzeigt. Der Kompressor 42 der Klimaanlage, die Servolenkung 43 und das elektrisch beheizte Fenster 44 unterliegen der Steuerung des Fahrers. Somit empfängt die ECU 15 von diesen nebengeordneten Geräten 42 bis 44 Verbrauchereinheiten-Signale (CU₁, CU₂ und CU₃) über entsprechende Signalleitungen 46 bis 48, die die Verwendung dieser nebengeordneten Verbrauchereinheiten anzeigen.
Wenn eine von diesen nebengeordneten Verbrauchereinheiten 41 bis 44 aktiviert wird, wird der Motor mit einer zusätzlichen Last beaufschlagt. Aus Gründen einer guten Kraftstoffeffizienz und eines geringen Geräuschs wird die Motorleerlaufdrehzahl normalerweise so niedrig wie möglich eingestellt, jedoch besteht dabei das Risiko, dass der Motor abgewürgt wird, wenn der Motor die erhöhte Motorleistung, die von den zusätzlichen Einheiten 41 bis 44 erfordert wird, nicht liefern kann.
2 zeigt eine grafische Darstellung der Performance eines bekannten Motoransaugsystems für einen Motor, ähnlich dem von 1, mit einer Zweilitermotor und 6 Liter Luftvolumen im Ansaugverteiler und einer Luft einlassleitung hinter dem Einlassventil 21. Die durchgehende Linie 50 zeigt die Drosselklappenposition gegenüber der Zeit in Sekunden (s) und die zwei gestrichelten Linien 51 und 52 zeigen entsprechend den Luftmassenstrom in Gramm pro Sekunde (g/s) gegenüber der Zeit in Sekunden (s) bei 650 min^–1 und 2000 min^–1. In diesem Beispiel erfordert der anfängliche Motorbedarf einen Luftmassenstrom von 0,75 g/s und dies wird bei einer konstanten Drosselklappenposition erfüllt. Bei 0,15 Sekunden tritt eine plötzliche Erhöhung des geforderten Motorbedarfs und somit eine sprungartige Erhöhung der Drosselklappenposition auf. Jedoch tritt dort aufgrund des Dämpfungseffekts des Luftvolumens innerhalb der Lufteinlassleitung 18 und des Lufteinlassverteilers 10, eine Zeitverzögerung auf, bevor der Luftmassenstrom einen gewünschten Level von 2,25 Gramm/Sekunde erreicht.
Die in 2 gezeigte Sprungantwort ist typisch für den angeforderten Luftstrom, der zum Ausgleich der Last aufgrund des mechanisch angetriebenen Kompressors 42 der Klimaanlage erforderlich ist. Anhand der gestrichelten Linie 51 kann man erkennen, dass der Kompressor 42 der Klimaanlage zur Bereitstellung einer sanften Leerlaufdrehzahl ungefähr 1,1 Sekunden bei 6500 Umdrehungen warten muss, bevor er anlaufen kann. Während dieser Zeit wird die Motordrehzahl und somit die verfügbare Leistung und das Drehmoment erhöht, um den erwarteten Bedarf oder die Anforderung zu erfüllen. Selbst bei 2000 min^–1, wie mit der gestrichelten Linie 52 dargestellt, liegt die Verzögerung noch etwa bei 0,5 Sekunden. Motorlasten, beispielsweise des Servolenkungssystems 43, können nicht verzögert werden, da die Zeit zwischen Anforderung der Last und einer Bereitstellung eines ausreichenden Luftmassenstroms so kurz wie möglich sein sollte.
3 und 4 zeigen entsprechend die Verbesserung, die durch die Erfindung bei 6500 min^–1 und 2000 min^–1 entsprechend erreicht werden. Für den Vergleich zeigt auch jede der entsprechenden Darstellung die Drosselklappenposition 50 und den Luftmassenstrom 51, 52 gemäß 2.
Die durchgängige Linie 60 in 3 zeigt die Drosselklappenposition, wobei die Motorsteuereinheit 15 vorgesehen ist, um zuerst eine maximale Drosselklappenposition 65 zu berechnen und dann das Lufteinlassventil 21 in Richtung dieser Position 65 zu öffnen. In 3 ist die maximale Drosselklappenposition 65 nahezu voll geöffnet und würde bei einer Beibehaltung zu einem stabilen Luftstrom führen, der die erforderliche Menge zur Erfüllung des erwarteten Motorbedarfs stark überschreiten würde. Die ECU 15 berechnet dann einen exponentiellen Abklingfaktor und wendet diesen auf die Drosselklappenposition an, um das Lufteinlassventil 21 in Richtung diese gewünschten Öffnungsgrades zu schließen, der einem stabilen Luftstrom von 2,25 Gramm/Sekunde entspricht.
In 3 sind zwei alternative Möglichkeiten für das Schließen des Drosselklappenventils 21 gezeigt. Nachdem die Drosselklappe bei Punkt 65 maximal geöffnet war, kann die Drosselklappe mit einer relativ hoher Geschwindigkeit, wie mit der gestrichelten Linie 60' dargestellt, geschlossen werden oder mit einer langsameren Geschwindigkeit, wie mit der Strich-Punkt-Linie 60'' dargestellt. Im ersten Fall der Linie 60' erreicht der Luftmassenstrom 61' schnell den gewünschten Wert von 2,25 g/s nach etwa 0,2 s. Im letzteren Fall (Linie 60'') erreicht der Luftmassenstrom 61'' den gewünschten Wert noch schneller nach etwa 0,08 Sekunden, jedoch wird dieser Wert zuerst überschritten, bevor er sich bei 2,25 g/s einschwingt, nachdem sich die Drosselklappen vollständig zurück in die gewünschte Position bewegt hat. Im letzteren Fall wird die ECU 15 vorzugsweise verwendet, um ein entsprechendes Überschwingen der Motorleistung zu kompensieren, beispielsweise durch das Verschieben der Zeit der Zünd- oder Einspritzzeitpunkte in den Zylindern 4.
4 zeigt eine ähnliche Darstellung wie 3, jedoch für eine Motordrehzahl von 2000 min^–1. Da hier eine geringere Dämpfung im Luftvolumen hinter dem Drosselklappenventil 21 bei höheren Motordrehzahlen herrscht, muss die Drosselklappe nicht so weit über den gewünschten Punkt bewegt werden, wie bei niedrigeren Motordrehzahlen. Hier liegt die maximale Drosselklappenöffnung 75 in der Mitte zwischen vollständig geöffnet und geschlossen. Die Drosselklappenposition kehrt dann schneller als in 3 zurück, entweder mit einer Abklingrate 70', die einen Luftmassenstrom 71' ermöglicht, um den gewünschten Wert sanft, ohne Überschießen innerhalb von 0,13 Sekunden zu erreichen, oder schneller mit einer Abklingrate 70'' in etwa 0,5 Sekunden, jedoch mit etwas Überschwingen des Luftmassenstroms. Auch hier kann die ECU 15 das Überschwingen der Motorleistung kompensieren.
Wie aus dem Vergleich der 3 und 4 hergeleitet werden kann, variieren die berechneten Abklingraten 60', 60''; 70', 70'' in Proportion mit der überwachten Motordrehzahl und die maximale Drosselklappenöffnung 65, 75 variiert invers mit der überwachten Motordrehzahl.
Die maximale Drosselklappenposition und die Abklingraten können von der ECU 15 auf verschiedene Arten berechnet werden, um einen schnellen und relativ sanften Anstieg und Übergang des Luftmassenstroms in Richtung des gewünschten Levels zu erreichen.
In diesem Beispiel wird dies durch ein erstes Hinzufügen eines abgeleiteten Terms mit einer exponentiellen Abklingen basierend auf der Ansaug-/Einlassfüllzeitkonstante erreicht.
Die Berechnung basiert auf
wobei: K_D eine abgeleitete Verstärkung ist,
T ist die Algorithmusperiode und
τ ist eine abgeleitete Abklingzeitkonstante.
Gleichung (1) wird durch Ersetzen von
in der analogen gefilterten Transformation
erhalten.
Die ECU verwendet die Gleichung (1) in Verbindung mit dem Standardlast-Ausstoßluftstrom. Die abgeleitete Zeitkonstante wird auf den frühesten stabilen Punkt gesetzt. In diesem Beispiel hat die ECU eine Berechnungszykluszeit von 30 ms und somit wird die Zeitkonstante 33% höher gesetzt, bei 40 ms. Um eine Beschädigung am Ventilaktuator 22 für das Lufteinlassventil 21 durch das Übersteuern zu verhindern, kann diese Zeitkonstante mit einer entsprechenden Reduktion der Verstärkung verringert werden.
Die Ansaugfüllung ist eine Funktion der Motordrehzahl und der Last. Somit ist, um die Regelung in einem stabilen Betriebsbereich zu halten, die abgeleitete Verstärkung auch als eine Funktion der Motordrehzahl und der Last ausgebildet, wodurch die natürliche Dämpfung/Frequenzeigenschaften des Luftverteilers 10/Lufteinlassleitung 10, 18 ausgebeutet wird.
Dadurch ist es möglich, eine Antwort, wie in den 3 und 4 gezeigt, zu erhalten, in der der kombinierte Einlassluftstrom eine verbesserte Sprungantwort von etwa 1,1 Sekunden auf 0,5 Sekunden für eine Leerlaufdrehzahl bei 650 min^–1 aufweist. Es wird erkannt, dass dies äquivalent zur Standardlast-Ausstoßsprungantwort bei etwa 2200 min^–1 ist, wie in 2 dargestellt.
Der oben beschriebene Prozess ist in 5 zusammengefasst, die ein Ablaufdiagramm 80 zeigt. In Schritt 81 steuert die ECU 15 den Motorbetrieb bei einer Leerlaufdrehzahl und bestimmt die Motorausgangsleistung. Die ECU 15 überwacht in Schritt 82 die Verwendung von zusätzlichen Verbrauchereinheiten und berechnet eine erwartete Motoranforderung. Die ECU 15 testet in Schritt 83, ob die erwartete Motoranforderung von der aktuellen Motorleistung bedient werden kann. Wenn dies der Fall ist, wird in Schritt 84 keine Aktion unternommen und die ECU 15 setzt die Steuerung des Motorbetriebs fort, wie zuvor.
Wenn die Motoranforderung oder der Motorbedarf jedoch nicht von der erwarteten Anforderung in Schritt 85 erfüllt werden kann, bestimmt die ECU 15 in Schritt 86 die maximale erforderliche Öffnung des Drosselklappenventils und die Abklingrate auf eine gewünschte Drosselklappen-Ventilöffnung, sodass die Motorausgangsleistung den neuen stabilen Motorbedarf erfüllen wird. Die ECU 15 aktiviert dann in Schritt 87 das Einlassventil 21 entsprechend und stellt auch optional den Motorzündwinkel und/oder die Motorkraftstoffzufuhr ein, um ein jegliches Überschwingen der Motorleistung zu kompensieren. Dann setzt die ECU 15 in Schritt 88 die Steuerung des Motorbetriebs wie zuvor fort.
Die Erfindung stellt eine Anzahl von Vorteilen bereit, insbesondere eine verbesserten Leerlaufperformance, wenn nebengeordnete Verbrauchereinheiten dem Motor einen Leistungsbedarf beaufschlagen und eine Erhöhung der Motorleistung und somit der Motordrehzahl und des Drehmoments erfordern. Da der Luftmassenstrom schneller reagiert, ist es möglich, niedrigere Leerlaufdrehzahlen zu verwenden, als es zuvor. Gleichzeitig stellt die Erfindung eine verbesserte Kompensation für Lastsprungveränderung bereit, die durch zusätzliche Verbrauchereinheiten hervorgerufen werden. Darüber hinaus wird ein stabiler Luftmassenstrom schneller erreicht, es können größere Verstärkungen von jeder Regelung der Drosselklappenposition verwendet werden, wodurch weiter eine stabile Leerlaufmotordrehzahlregelung verbessert wird. Insbesondere wurde eine Verbesserung von 50 Prozent für Systeme erkannt, die eine Vorwärtsregelungsantwort des Drosselklappenventils verwenden.

Claims

Ein Fahrzeug (1) enthaltend eine Brennkraftmaschine (2), eine Lufteinlassleitung (18) zum Ansaugen des Motors, ein Lufteinlassventil (21), das in der Lufteinlassleitung (18) zur Steuerung des Luftstroms durch die Lufteinlassleitung (18) zum Motor (2) angeordnet ist, ein Ventilaktuator (22) zum Öffnen und Schließen des Lufteinlassventils (21), wenigstens eine vom Motor (2) angetriebene nebengeordnete Verbrauchereinheit (41, 42, 43, 44), wenigstens einen Motorsensor (30, 31, 32, 33) einschließlich eines Motordrehzahlsensors (32), und eine Motorsteuereinheit (15), die wirksam mit dem Ventilaktuator (22), der nebengeordneten Verbrauchereinheiten) (41, 42, 43, 44) und dem Motordrehzahlsensor (32) verbunden ist, um den Motorbetrieb zu steuern, die Motorsteuereinheit (15) ist vorgesehen, um während des Motorleerlaufs: (a) den Betrieb der nebengeordneten Verbrauchereinheiten) zu überwachen und wenigstens teilweise den Motorbedarf abhängig von einem Betrieb einer nebengeordneten Verbrauchereinheiten) zu berechnen; (b) die Motorleerlaufdrehzahl zu überwachen und zu bestimmen, ob ein erwarteter Motorbedarf von der Motordrehzahl erfüllt werden kann; (c) und wenn der Motorbedarf den bei dieser Motorleerlaufdrehzahl verfügbaren Motorbedarf überschreitet, einen gewünschten Öffnungsgrad des Lufteinlassventils (21) zu bestimmen, um den erwarteten Motorbedarf zu erfüllen; wobei, wenn der Motorbedarf den verfügbaren Motorbedarf bei der Motorleerlaufdrehzahl überschreitet, die Motorsteuereinheit (15) vorgesehen ist das Lufteinlassventil (21) auf eine Position zu öffnen, bei der der stabile Luftstrom den Motorbedarf überschreiten würde, der für die Erfüllung des erwarteten Motorbedarfs erforderlich ist, und einen exponentiellen Abklingfaktor zu berechnen und dann das Lufteinlassventil (21) entsprechend dem Abklingfaktor auf die gewünschten Öffnungsposition zu schließen, sodass die Geschwindigkeit mit der die Motorsteuereinheit (15) das Lufteinlassventil schließt in Proportion mit der überwachten Motordrehzahl variiert.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, bei dem wenigstens eine nebengeordnete Verbrauchereinheit (41, 42) direkt von dem Motor (2) angetrieben wird.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, bei dem wenigstens eine nebengeordnete Verbrauchereinheit (43, 44) indirekt von dem Motor (2) angetrieben wird.
Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine (2) in einem Kraftfahrzeug (1), das Kraftfahrzeug (1) umfasst: eine Lufteinlassleitung (18), ein Lufteinlassventil (21), das in der Lufteinlassleitung (18) angeordnet ist, einen Ventilaktuator (22) und wenigstens eine nebengeordnete Verbrauchereinheit (41, 42, 43, 44), wenigstens einen Motorsensor (30, 31, 32, 33) einschließlich eines Motordrehzahlsensors (32) und einer Motorsteuereinheit (15), die mit dem Ventilaktuator (22), der nebengeordneten Verbrauchereinheiten) und dem Motordrehzahlsensor (32) verbunden ist, das Verfahren umfasst die Schritte: i) Ansaugen des Motors über die Lufteinlassleitung (18) während der Motor (2) im Leerlauf betrieben wird; ii) Verwendung des Lufteinlassventils (21) zur Steuerung des Luftstroms durch die Lufteinlassleitung (18); iii) Verwendung des Ventilaktuators (22) zur Steuerung des Motoransaugens durch Öffnen und Schließen des Lufteinlassventils (21); iv) Antreiben der nebengeordneten Verbrauchereinheiten) (41, 42, 43, 44) entweder direkt oder indirekt durch den Motor (2); v) Verwendung der Motorsteuereinheit (15) zur Überwachung der nebengeordneten Verbrauchereinheiten) (41, 42, 43, 44) und zur Berechnung eines Motorbedarfs wenigstens teilweise in Abhängigkeit des Betriebes der nebengeordneten Verbrauchereinheiten) (41, 42, 43, 44); vi) Verwendung der Motorsteuereinheit (15) zur Überwachung der Motorleerlaufdrehzahl und zur Bestimmung, ob der erwartete Motorbedarf von der Motordrehzahl erfüllt werden kann; vii) wenn der Motorbedarf den bei dieser Motorleerlaufdrehzahl verfügbaren Motorbedarf überschreitet, Verwendung der Motorsteuereinheit (15) zur Bestimmung eines gewünschten Öffnungsgrades des Lufteinlassventils (21), um den erwarteten Motorbedarf zu erfüllen; und viii) wenn der Motorbedarf den bei dieser Motorleerlaufdrehzahl verfügbaren Motorbedarf überschreitet, Verwendung der Motorsteuereinheit (15) zum Öffnen des Lufteinlassventils (21) auf eine Position, bei der der stabile Luftstrom, der zur Erfüllung des erwarteten Motorbedarfs erforderlich ist, überschritten würde, und dann zum Schließen des Lufteinlassventil (21) auf den gewünschten Öffnungsgrad; und ix) bei dem die Motorsteuereinheit (15) einen exponentiellen Abklingfaktor berechnet und dann in Schritt viii) das Lufteinlassventil (21) entsprechend dem Abklingfaktor schließt, sodass die Geschwindigkeit mit der die Motorsteuereinheit (15) das Lufteinlassventil (21) schließt in Proportion mit der überwachten Motordrehzahl variiert.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Abklingrate für den berechneten exponentiellen Abklingfaktor invers zu der überwachten Motordrehzahl variiert.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, das Verfahren umfasst den Schritt: Ermöglichen, dass der Luftstroms zeitweise den erforderlichen Motorbedarf übersteigt, um den erwarteten Motorbedarf zu erfüllen.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Motor (2) ein funkengezündeter Motor ist und das Verfahren die Schritte umfasst: Verwendung einer Motorsteuereinheit (15), um eine Zündung mittels eines Funken bei einem gewünschten Motorzündwinkel auszulösen; und Verwenden einer Motorsteuereinheit (15), um die Motorleistung während der Periode, in der der Luftstrom zeitweise den Bedarf übersteigt, durch das Variieren des Motorzündwinkels zu stabilisieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei dem der Grad bis zu dem die Motorsteuereinheit (15) anfänglich das Lufteinlassventil (21) öffnet, invers zu der überwachten Motordrehzahl variiert.