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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Motorsteuergerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Typische Automobilmotoren sind entwickelt, um ein Kraftstoffgemisch wie Benzin oder Dieselöl und Luft zu verbrennen, um eine Ausgabe zu erzeugen. Ein Einlassrohr ist mit dem Verbrennungsmotor für ein Laden von Luft in diesen verbunden. Ein Drosselventil ist in dem Einlassrohr installiert. Das Drosselventil wird in eine Ventilposition von sich durch ein Drosselbetätigungselement wie einem DC-Motor gesteuert, um eine Querschnittsfläche eines Luftströmungswegs in dem Einlassrohr zu ändern, um die Luftmenge, die in den Verbrennungsmotor geladen werden soll, in Übereinstimmung mit einem gewählten Wert zu bringen. Die Zielventilposition des Drosselventils wird als eine Funktion von Betriebszuständen des Verbrennungsmotors bestimmt, und in Übereinstimmung mit einer Zielposition unter einer Rückkoppelungsregelung gebracht.
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Eine Bewegungscharakteristik bzw. ein Bewegungsverhalten des Drosselventils wird auf Grund eines Alterns oder einer individuellen Variabilität von diesem geändert. Wenn sich das Bewegungsverhalten unerwünscht geändert hat, führt es zu einem Fehler in der Luftmenge, die in den Verbrennungsmotor geladen wird, was zu größeren Problemen wie der Emission von dunklem Rauch, einer Erhöhung der mechanischen Vibration des Verbrennungsmotors, wenn dieser gestoppt wird, oder zu einem Überschwingen des Drosselventils führen kann, das die physikalische Abnützung eines Ventilstoppers beschleunigt.
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Im Speziellen hängen die Ausgabe und Komponenten von Abgasemissionen von Dieselmotoren von einer Einstellung einer Zufuhr von Kraftstoff zu dem Motor ab. Solch eine Einstellung wird hauptsächlich durch ein Dieselmotorsteuersystem gesteuert, das mit einer elektronischen Steuereinheit ausgestattet ist. Die Rückkoppelungsregelung der Ventilposition des Drosselventils wird sekundär durch das Dieselmotorsteuersystem in einem Zyklus durchgeführt, der länger ist als der der Einstellung des Zufuhr von Kraftstoff zu dem Motor, was zu einer größeren Änderung des Bewegungsverhaltens des Drosselventils führt, die zu einem größeren Fehler einer Einstellung der Luftmenge führt, die in den Verbrennungsmotor geladen werden soll, als der einer Einstellung der Zufuhr von Kraftstoff zu dem Motor.
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Das Dieselmotorsteuersystem arbeitet auch, um die Luftmenge zu verringern, die in den Motor geladen werden soll, um die Temperatur von Abgasemissionen von dem Motor zu erhöhen, um einen Dieselpartikelfilter (DPF) zu reinigen, der in einem Abgasnachbehandlungssystem verwendet wird. Zusätzlich arbeitet das Dieselmotorsteuersystem auch, um einen Abgasanteil zu einem Einlass des Motors wieder zu zuführen bzw. zu rezirkulieren und die Ventilposition des Drosselventils zu steuern, um die Wirksamkeit einer solchen Abgasrezirkulation zu verbessern. Ein Sicherstellen der Bewegungscharakteristik bzw. des Bewegungsverhalten des Drosselventils ist somit angestrebt.
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Die Einstellung der Luftmenge, die in Benzinmotoren geladen werden soll, trägt auch zu Abgasemissionen bei. Die Stabilität von Abgasemissionen erfordert somit das Sicherstellen der Bewegungseigenschaft bzw. des Bewegungsverhaltens des Drosselventils.
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Zum Beispiel lehrt die
JP 10-122019 A ein Hinzufügen eines Vibrationssignals, um das Drosselventil bei hohen Frequenzen vibrieren zu lassen, zu einem Steuersignal, das zu dem Drosselbetätigungselement ausgegeben werden soll, um die Auflösung einer Bewegung des Drosselventils zu verbessern. Dieses System hat jedoch eine Schwierigkeit beim Kompensieren einer Variation eines Bewegungsverhaltens des Drosselventils, die von einem Altern oder einer individuellen Variabilität von diesem herrührt.
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Die Druckschrift
DE 102 17 596 A1 offenbart ein gattungsbildendes Motorsteuergerät mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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In der
DE 34 15 183 A1 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Adaption eines Stellgliedes beschrieben, wobei die Regelparameter in Abhängigkeit des Betriebszustands des Motors eingestellt werden.
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Des Weiteren offenbart die
JP 08261050 A einen PID-Regler für den Drosselklappenaktor, wobei der Proportionalbeiwert Kp bzw. die Regelstärke in Abhängigkeit des Betriebszustands des Motors eingestellt werden.
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Die
JP 2004084544 A beschreibt ein Drosselklappenregelsystem, wobei die Änderung der Drosselklappenposition bei der Regelung berücksichtigt wird.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung ein Motorsteuergerät vorzusehen, mit dem eine gewünschte Bewegungscharakteristik eines Drosselventils sichergestellt werden kann, so dass die Stabilität eines Betriebs eines Verbrennungsmotors sichergestellt werden kann.
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Die Aufgabe der Erfindung wird mit einem Motorsteuergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß der Erfindung ist ein Motorsteuergerät vorgesehen, das für Automobilverbrennungsmotoren verwendet werden kann. Das Motorsteuergerät weist folgendes auf: (a) ein Drosselventil, das entwickelt ist, um bewegt zu werden, um eine gewählte Offenposition zu haben, um einen Betrieb eines Verbrennungsmotors zu steuern; (b) ein Drosselbetätigungselement, das arbeitet, um das Drosselventil zu der gewählten Offenposition zu bewegen; (c) einen Drosselpositionssensor, der arbeitet, um eine Offenposition des Drosselventils zu messen; und (d) ein Steuerelement, das in einem Rückkoppelungsregelungsmodus arbeitet, um eine Solloffenposition des Drosselventils als eine Funktion eines gewählten Betriebszustands des Verbrennungsmotors zu bestimmen und einen Betrieb des Drosselbetätigungselements zu steuern, um die Offenposition des Drosselventils in Übereinstimmung mit der Solloffenposition gemäß einem Rückkoppelungsalgorithmus mit einem vorbestimmten Regelverstärkungsfaktor bzw. Rückkopplungsverstärkung zu bringen. Das Steuerelement arbeitet, um eine Solloffenpositionsänderung zu berechnen, die eine Differenz der Solloffenposition zwischen einem gegenwärtigen Regelvorgang und einem vorangegangenen Regelvorgang ist, und um den Regelverstärkungsfaktor als eine Funktion der Solloffenpositionsänderung zu bestimmen.
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In dem Fall beispielsweise, wo das Motorsteuergerät mit einem Automobilverbrennungsmotor verwendet wird, arbeitet das Steuerelement, um die Offenposition des Drosselventils als eine Funktion einer erforderten Einlassluftmenge zu steuern. Das Drosselventil wird durch das Drosselbetätigungselement geöffnet oder geschlossen, das durch einen DC-Motor umgesetzt ist. Das Drosselventil weist somit ein im Wesentlichen konstantes Verhalten auf, wenn die Solloffenpositionen von einander verschieden sind, aber Bewegungsbeträge bzw. -umfänge des Drosselventils zu den Solloffenpositionen sind im Wesentlichen identisch zu einander. Umgekehrt weist das Drosselventil unterschiedliches Verhalten auf, wenn die Solloffenpositionen dieselben sind, aber Bewegungsbeträge bzw. -umfänge des Drosselventils zu den Solloffenpositionen von einander verschieden sind. Im Speziellen hängen Bewegungseigenschaften bzw. ein Bewegungsverhalten des Drosselventils von dem Bewegungsumfang von diesem zu der Solloffenposition ab.
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Das Motorsteuergerät der Erfindung ist entwickelt, um die Solloffenpositionsänderung, d. h. den Bewegungsumfang des Drosselventils zu der Solloffenposition, zu berechnen, und den Regelverstärkungsfaktor als eine Funktion der Solloffenpositionsänderung zu bestimmen, wodurch auf diese Weise eine gewünschte Bewegungscharakteristik des Drosselventils hergestellt wird. Dies führt zur Stabilität einer Einstellung der Luftmenge, die in den Verbrennungsmotor geladen werden soll, und zu einer Verbesserung von Abgasemissionen von dem Verbrennungsmotor, wobei diese Stabilität dazu dient, um mechanische Vibrationen des Verbrennungsmotors zu minimieren, wenn er angehalten wird, und die Abnützung eines Ventilstoppers zu minimieren, die von einem Überschwingen des Drosselventils herrührt.
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Erfindungsgemäß arbeitet das Steuerelement in einem Lernmodus, um den Regelverstärkungsfaktor in einer Vielzahl von Lernbereichen zu erlernen, die innerhalb eines Ventilpositionsbereichs zwischen einer vollständig offenen Position und einer vollständig geschlossenen Position des Drosselventils definiert sind. Das Lernen des Regelverstärkungsfaktors wird durch Bewegen des Drosselventils in den Lernbereichen erreicht, um eine Bewegungscharakteristik des Drosselventils in jedem der Lernbereiche zu beobachten bzw. zu überwachen, um einen Wert des Regelverstärkungsfaktors in jedem der Lernbereiche zu ändern, so dass die beobachtete Bewegungscharakteristik eine gewünschte Bewegungscharakteristik erreicht.
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Wenn eine bestimmte Lernbedingung erfüllt ist, beginnt das Steuerelement den Lernmodus, bestimmt und ändert die Solloffenposition des Drosselventils, um das Drosselventil in jedem der Lernbereiche zu klappen bzw. umzuklappen, um die Bewegungscharakteristik des Drosselventils in jedem der Lernbereiche abzufragen bzw. zu prüfen.
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Das Steuerelement ändert die Solloffenposition des Drosselventils in Form eines Pulses, um in Folge das Drosselventil, in eine Richtung, in der das Drosselventil geöffnet wird, und in eine Richtung, in der das Drosselventil geschlossen wird, in jedem der Lernbereiche zu klappen, um die Bewegungscharakteristik des Drosselventils abzufragen.
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Das Steuerelement wählt den Regelverstärkungsfaktor von einem Regelverstärkungsfaktorkennfeld auf, die jeweils Werte des Regelverstärkungsfaktors in den Lernbereichen auflistet. Das Steuerelement kann den Wert des Regelverstärkungsfaktors in jedem der Lernbereiche mit einem bestimmten Glättungsfaktor glätten, so dass die beobachtete Bewegungscharakteristik die gewünschte Bewegungscharakteristik erreicht, und einen entsprechenden der Werte des Regelverstärkungsfaktors, die in dem Regelverstärkungsfaktorkennfeld aufgelistet sind, mit dem geglätteten Wert des Regelverstärkungsfaktors zu aktualisieren.
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Wenn eine Differenz zwischen dem Wert des Regelverstärkungsfaktors vor einem Lernen und dem nach einem Lernen geringer als ein bestimmter Wert in einem Lernbereiche ist, kann das Steuerelement das Lernen des Regelverstärkungsfaktors in anderen der Lernbereiche aussetzen.
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Wenn der Verbrennungsmotor in Ruhe ist oder der Verbrennungsmotor eine Kraftstoffzufuhrunterbrechung bzw. -absperrung erfährt, kann das Steuerelement den Lernmodus beginnen.
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Der Verbrennungsmotor kann ein Dieselmotor sein. Das Steuerelement kann entwickelt sein, um den Betrieb des Drosselventils sekundär zu steuern.
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In den Zeichnungen ist:
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1 ein Blockdiagramm, das ein Motorsteuersystem gemäß der Erfindung zeigt;
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2 ein Flussdiagramm eines Lernprogramms, um Regelverstärkungsfaktoren zu erlernen, die verwendet werden, um eine Ventilposition eines Drosselventils zu steuern;
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3 eine Kennfeldtabelle, die Glättungsfaktoren im Hinblick auf eine Variation einer Solloffenposition eines Drosselventils auflistet;
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4 ein Flussdiagramm eines ventilpositionsregelprogramms, um eine Ventilposition eines Drosselventils zu regeln;
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5(a) eine Ansicht, die zeigt, wie ein Regelverstärkungsfaktor erlernt wird, wenn ein Verbrennungsmotor verzögert bzw. abgebremst wird und eine Kraftstoffzufuhrunterbrechung erfährt; und
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5(b) eine Ansicht, die zeigt, wie ein Regelverstärkungsfaktor erlernt wird, wenn ein Verbrennungsmotor in Ruhe ist.
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Mit Bezug auf die Zeichnungen, insbesondere auf 1, ist ein Motorsteuersystem gemäß der Erfindung gezeigt, das arbeitet, um die Luftmenge, die geladen werden soll, und die Kraftstoffmenge, die in einen Mehrzylinderdieselmotor 10 eingespritzt werden soll, der in Automobilfahrzeugen verwendet werden kann, elektronisch zu steuern. Das Motorsteuersystem ist insbesondere entwickelt, um eine gewünschte Bewegungscharakteristik eines Drosselventils für den Motor sicherzustellen.
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Das Motorsteuersystem hat eine elektronische Steuereinheit (ECU) 20, die entwickelt ist, um Operationen eines Drosselbetätigungselements 15 und eines EGR-Ventils (Abgasrezirkulationsventil) 19 zu steuern. Das Drosselbetätigungselement 15 ist an einem Einlassrohr 11 befestigt, das mit dem Verbrennungsmotor 10 verbunden ist. Das EGR-Ventil 19 ist in einem EGR-Rohr 18 installiert. Ein Luftreinigungselement 12 ist in dem stromaufwärtigsten Abschnitt des Einlassrohrs 11 vorgesehen. Ein Drosselventil 14 ist stromabwärts des Luftreinigungselements 12 gelegen. Das Drosselventil 14 wird in eine Winkelposition von sich (wird nachstehend auch als eine Ventilposition oder Offenposition bezeichnet) durch das Drosselbetätigungselement 15 gesteuert. Das Drosselelement 15 besteht aus einem DC-Motor und einer Getriebeeinheit und hat in sich einen Drosselpositionssensor 15a eingebaut, der arbeitet, um die Offenposition des Drosselventils 14 zu messen, und ein Signal, das diese Position anzeigt, zu der ECU 20 ausgibt. Das Einlassrohr 11 ist bei einem stromabwärtigen Ende von sich mit einem Einlassanschluss von jedem Zylinder des Verbrennungsmotors 10 verbunden.
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Das Einspritzen von Kraftstoff in den Verbrennungsmotor 10 wird durch ein typisches Common-Rail Einspritzsystem (nicht gezeigt) erreicht. Im Speziellen wird der Kraftstoff, der von einem Kraftstoffbehälter (nicht dargestellt) angesaugt wird, in einer Common-Rail mit einem kontrollierten Hochdruck gespeichert, und von Kraftstoffeinspritzelementen (nicht dargestellt) eingespritzt. Der Kraftstoffstrahl wird mit Luft gemischt, die durch das Einlassrohr 11 hindurch angesaugt wird, und in einer Verbrennungskammer von jedem Zylinder des Verbrennungsmotors 10 verbrannt, und anschließend als Abgas von einem Auslassrohr 16 ausgestoßen. Ein Dieselpartikelfilter (DPF) 17 ist in einem stromabwärtigen Abschnitt des Auslassrohrs 16 angeordnet. Der Dieselpartikelfilter 17 arbeitet, um Partikel (PM) zu fangen, die in dem Abgas enthalten sind, um ein Gas mit weniger Partikeln von dem Abgasrohr 16 auszulassen bzw. auszustoßen.
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Eine EGR-Vorrichtung ist mit dem Verbrennungsmotor 10 verbunden, um einen Anteil des Abgases zu dem Einlassrohr 11 zu rezirkulieren bzw. wieder zuzuführen. Die EGR-Vorrichtung besteht aus einem EGR-Rohr 18 und dem EGR-Ventil 19, das in dem EGR-Rohr 18 installiert ist. Das EGR-Rohr 18 verbindet einen Abschnitt des Einlassrohrs 11, der stromabwärts des Drosselventils 14 gelegen ist, und einen Abschnitt des Auslassrohrs 16, der stromaufwärts des DPF 17 gelegen ist. Das EGR-Ventil 19 wird durch die ECU 20 betätigt, um die Menge des Abgases zu steuern, die zu dem Einlassrohr 11 wieder zugeführt werden soll.
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Die ECU 20 ist durch einen typischen Mikrocomputer realisiert, der im Wesentlichen aus einer CPU, einem ROM, einem RAM und einem Sicherungsspeicher besteht, und arbeitet, um Steuerprogramme auszuführen, die in dem ROM gespeichert sind, um eine Zufuhr des Kraftstoffs zu dem Verbrennungsmotor 10, die Menge von Einlassluft, die in den Verbrennungsmotor 10 geladen wird, das Reinigen des DPF 17 und die Abgasrezirkulation als eine Funktion von Betriebszuständen des Verbrennungsmotors 10, wie die Geschwindigkeit des Verbrennungsmotors 10, die durch den Verbrennungsmotorgeschwindigkeitssensor 30 gemessen wird, einen Kraftaufwand eines Fahrers auf das Gaspedal, der durch den Gaspedalpositionssensor 40 gemessen wird, und die Geschwindigkeit des Fahrzeugkörpers, zu steuern. Das Motorsteuersystem dieser Ausführungsform ist entwickelt, um hauptsächlich die Zufuhr von Kraftstoff zu dem Verbrennungsmotor 10 zu steuern, um die Menge von Kraftstoff, die in den Verbrennungsmotor 10 eingespritzt werden soll, die Einspritzzeitabstimmungen und den Kraftstoffdruck in der Common-Rail zu steuern, und andere Steueroperationen in einem längeren Zyklus durchzuführen.
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Die Steuerung der Menge von Einlassluft wird durch Steuern der Ventilposition des Drosselventils 14 erreicht, um die Menge von Luft zu regulieren, die in den Verbrennungsmotor 10 geladen wird. Im Speziellen berechnet die ECU 20 die Menge von Luft, die in den Verbrennungsmotor 10 geladen werden soll, auf Basis der Betriebszustände des Verbrennungsmotors 10, wie der Drehzahl des Verbrennungsmotors 10, der Temperatur eines Motorkühlmittels, der Geschwindigkeit des Fahrzeugkörpers, der Position des Gaspedals, etc., und bestimmt eine Solloffenposition des Drosselventils 14, die erfordert ist, um die berechnete Menge von Luft in den Verbrennungsmotor 10 zu laden. Die ECU 20 fragt dann eine tatsächliche Offenposition des Drosselventils 14 durch den Drosselpositionssensor 15a ab, um einen Unterschied oder eine Abweichung zwischen dieser und der Solloffenposition des Drosselventils 14 zu bestimmen und den Betrieb des Drosselbetätigungselement 15 zu steuern, um solch eine Offenpositionsabweichung unter einer PID-Regelung (Proportional-Integral-Differenzial-Regelung) zu beseitigen.
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Das Reinigen des DPF-Filters 17 wird durch Erhöhen der Verbrennungstemperatur in dem Verbrennungsmotor 10 erreicht, um die PM (Partikel) auszubrennen, das in dem DPF 17 gefangen ist. Im Speziellen steuert die ECU 20 die Offenposition des Drosselventils 14, um die Menge von Einlassluft zu regulieren, um die Verbrennungstemperatur des Verbrennungsmotors 10 zu erhöhen. Die ECU 20 betätigt auch das EGR-Ventil 19, um das Abgas zu dem Einlassrohr 11 zu rezirkulieren, und steuert das Drosselventil 14 für ein Verbessern der Wirksamkeit von solch einer Rezirkulation.
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Wenn der Drosselpositionsregelungsmodus beginnt, um die Menge von Einlassluft zu dem Verbrennungsmotor 10 zu steuern, bestimmt die ECU 20, wie vorstehend beschrieben ist, die Solloffenposition des Drosselventils 14 und berechnet auch eine Änderung der Solloffenposition zwischen der gegenwärtigen Regelaufgabe oder -sequenz und der vorhergehenden Regelsequenz (die nachstehend auch als eine Solloffenpositionsänderung bezeichnet wird). Die ECU 20 stellt dann Regelverstärkungsfaktoren (d. h. eine Proportionalverstärkung, eine Integralverstärkung und eine Differenzialverstärkung) in dem PID-Regelalgorithmus als eine Funktion der Solloffenpositionsänderung ein. Die ECU 20 kann entwickelt sein, um nur einen der Regelverstärkungsfaktoren (z. B. die Integralverstärkung) als eine Funktion der Solloffenposition zu bestimmen, und die anderen Verstärkungen auf feste Werte einstellen. In der folgenden Beschreibung ist die vollständig geschlossene Position des Drosselventils 14 als 0% definiert. Die vollständig offene Position des Drosselventils 14 ist als 100% definiert. Der Wert der Solloffenpositionsänderung, wenn die Solloffenposition des Drosselventils 14, die in der gegenwärtigen Regelsequenz abgeleitet bzw. hergeleitet wird, von der, die in einer Regelsequenz vorher abgeleitet bzw. hergeleitet worden ist, um α% zu einer Richtung entfernt ist, in der das Drosselventil 14 geöffnet ist, ist durch +α% ausgedrückt. Der Wert der Solloffenpositionsänderung, wenn die Solloffenposition des Drosselventils 14, die in der gegenwärtigen Regelsequenz abgeleitet wird, von der, die eine Regelsequenz vorher abgeleitet worden ist, um α% zu einer Richtung entfernt ist, in der das Drosselventil 14 geschlossen wird, ist durch –α% ausgedrückt. Im Speziellen wird die Solloffenpositionsänderung einen Wert in einem Bereich von +100% bis –100% haben. Die ECU 20 arbeitet, um jeden der Regelverstärkungsfaktoren mit einer Änderung der Solloffenpositionsänderung zu ändern und die Ventilposition des Drosselventils 14 in Übereinstimmung mit dem Zielwert gemäß dem Regelalgorithmus unter Verwendung der Regelverstärkungsfaktoren zu bringen. In dieser Ausführungsform ist die ECU 20 entwickelt, um in dem Sicherungsspeicher Regelverstärkungsfaktorkennfelder zu speichern, von denen jede Werte von einem der Regelverstärkungsfaktoren in Offenpositionsbereichen von ±100%, ±50%, ±30%, ±10% und ±5% speichert. Der Sicherungsspeicher ist durch einen elektrisch wieder beschreibbaren, nicht flüchtigen Speicher, wie ein EEPROM oder ein Backup-RAM, realisiert, der immer mit Energie versorgt wird, um die Daten in sich zu behalten, ungeachtet eines AN-AUS Zustands des Zündschalters des Automobilfahrzeugs.
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Die Bewegungscharakteristik des Drosselventils 14 ändert sich im Allgemeinen mit der Zeit, auf Grund beispielsweise eines Alterns eines Mechanismus von diesem, wie einer Getriebeeinheit oder ein DC-Motor. Die ECU 20 ist deshalb entwickelt, um die Regelverstärkungsfaktoren, wenn bestimmte Lernbedingungen während einer normalen Verwendung des Verbrennungsmotors 10 erfüllt sind, für ein in Übereinstimmung bringen der Bewegungscharakteristik des Drosselventils 14 mit einer gewünschten Bewegungscharakteristik zu lernen.
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Im Speziellen, wenn der Lernmodus begonnen wird, bestimmt und ändert die ECU 20 die Solloffenposition des Drosselventils 14, wie es detailliert beschrieben werden wird, so dass die Solloffenposition sich in der Form eines Pulses mit der Zeit ändert, bringt den tatsächlichen Wert der Offenposition des Drosselventils 14 in Übereinstimmung mit der Solloffenposition, fragt gleichzeitig die Bewegungscharakteristik ab und bestimmt, ob die abgefragte bzw. erfasste Bewegungscharakteristik die gewünschte erreicht oder nicht. Falls nicht, ändert die ECU 20 den Regelverstärkungsfaktor auf Basis der abgefragten bzw. erfassten Bewegungscharakteristik des Drosselventils 14. Diese Sequenz von Operationen wird in einem Zyklus durchgeführt, bis die abgefragte Bewegungscharakteristik im Wesentlichen identisch zu der gewünschten ist.
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In dem Lernmodus wird das Ändern der Solloffenposition in jedem von einer Vielzahl von Lernbereichen durchgeführt, die gleich zu Offenpositionsbereichen von ±100%, ±50%, ±30%, ±10% und ±5% in den Regelverstärkungsfaktorkennfeldern sind. Nachdem das Lernen von jedem der Regelverstärkungsfaktoren innerhalb all den Lernbereichen abgeschlossen ist, aktualisiert die ECU 20 die Regelzunahmekennfeldtabellen.
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2 ist ein Flussdiagramm eines Regelverstärkungslernprogramms, das durch die ECU 20 bei bestimmten Intervallen für jeden der drei Regelverstärkungsfaktoren ausgeführt werden sollen, die in dem PID-Algorithmus verwendet werden. Der Kürze der Offenbarung halber bezieht sich die folgende Beschreibung nur auf einen der Regelverstärkungsfaktoren (d. h. die Integralverstärkung).
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Nach Beginn des Programms, geht die Routine weiter zu Schritt 101, in dem bestimmt wird, ob eine Lernbedingung erfüllt ist oder nicht. Zum Beispiel wird bestimmt, ob eine der Bedingungen erfüllt ist oder nicht, in denen der Verbrennungsmotor 10 verzögert bzw. abgebremst wird und die Zufuhr von Kraftstoff zu den Kraftstoffeinspritzelementen, d. h. das Einspritzen von Kraftstoff in den Verbrennungsmotor 10, gestoppt ist (d. h. der Verbrennungsmotor 10 erfährt eine Kraftstoffzufuhrunterbrechung) und in denen der Verbrennungsmotor 10 in Ruhe oder angehalten bzw. gestoppt ist. Falls eine JA-Antwort erhalten wird, die bedeutet, dass das Lernen des Regelverstärkungsfaktors initialisiert werden sollte, dann geht die Routine weiter zu Schritt 102. Alternativ, falls eine NEIN-Antwort erhalten wird, endet die Routine dann.
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In Schritt 102 wird bestimmt, ob ein Lernbeendigungsflag Fc Null (0) ist oder nicht. Das Lernen des Regelverstärkungsfaktors in all den Lernbereichen wird einmal für jede Fahrt des Fahrzeugs gemacht. Wenn solch ein Lernen beendet ist, wird das Lernbeendigungsflag Fc auf Eins (1) eingestellt. Nach Einschalten der ECU 20 wird das Lernbeendigungsflag Fc anfänglich auf Null (0) eingestellt. Falls eine NEIN-Antwort erhalten wird, die bedeutet, dass Fc = 1, dann endet die Routine. Alternativ, falls eine JA-Antwort erhalten wird, die bedeutet, dass das Lernen des Regelverstärkungsfaktors noch nicht abgeschlossen ist, dann geht die Routine weiter zu Schritt 103. Das Lernen des Regelverstärkungsfaktors in all den Lernbereichen kann alternativ jedes Mal gemacht werden, wenn eine bestimmte Fahrtdistanz des Fahrzeugs erreicht ist.
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In Schritt 103 wird eines der Lernbereichflags FL_i, die Null (0) anzeigen, ausgewählt, wobei i eine Ganzzahl 1, 2, 3, ... n, ist, und n eine Gesamtanzahl der Lernbereiche kennzeichnet. Im Speziellen sind die Lernbereichflags FL_i jeweils für einen der Lernbereiche (d. h. die Offenpositionsbereiche von ±100%, ±50%, ±30%, ±10% und ±5% in dem Regelverstärkungsfaktorkennfeld) vorgesehen. Nach Einschalten der ECU 20 werden all die Lernbereichflags FL_i auf Null (0) eingestellt. Nach Beendigung des Lernens des Regelverstärkungsfaktors in jedem der Lernbereiche wird ein entsprechendes der Lernbereichflags FL_i auf eins (1) gesetzt. In Schritt 103 wird eines der Lernbereichflags FL_i ausgewählt, das einen der Lernbereiche kennzeichnet, in dem das Lernen des Regelverstärkungsfaktors als nächstes durchgeführt werden soll.
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Die Routine geht weiter zu Schritt 104, in dem eine obere und untere Grenze von dem einen der Lernbereiche, der in Schritt 103 ausgewählt worden ist, als Werte der Solloffenposition des Drosselventils 14 bestimmt werden, und das Drosselventil 14 wird innerhalb des ausgewählten von den Lernbereichen geschwenkt oder geklappt.
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Die Routine geht weiter zu Schritt 105, in dem die Bewegungscharakteristik des Drosselventils 14 während des Klappens des Drosselventils 14 beobachtet bzw. überwacht wird. Zum Beispiel beobachtet die ECU 20 die Antwortrate, das Überschwingen und die Stabilität des Drosselventils 14 als die Bewegungscharakteristik. Die Antwortrate wird durch ein Verhältnis einer Änderungsrate der tatsächlichen Position des Drosselventils 14, die durch den Drosselpositionssensor 15a gemessen wird, zu der in der Zielposition von diesem bewertet. Das Überschwingen wird durch einen Unterschied zwischen der Solloffenposition und der tatsächlichen Offenposition des Drosselventils 14 bewertet. Die Stabilität wird durch die Zeit bewertet, die die Oszillation bzw. das Pendeln der Ventilposition des Drosselventils 14 nach einem Überschwingen der Solloffenposition benötigt, um zu Null zu konvergieren.
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Die Routine geht weiter zu Schritt 106, in dem bestimmt wird, ob die Bewegungscharakteristik des Drosselventils 14, die in Schritt 105 abgeleitet bzw. hergeleitet worden ist, die gewünschte erfüllt oder nicht. Die gewünschte Charakteristik ist in jedem der Lernbereiche bereitgestellt. Falls eine NEIN-Antwort erhalten wird, dann geht die Routine weiter zu Schritt 107, in dem der Wert des Regelverstärkungsfaktors unter Verwendung von typischen Auto-Abstimmungstechniken geändert wird. Die Routine endet dann.
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Alternativ, falls eine JA-Antwort in Schritt 106 erhalten wird, die bedeutet, dass die Bewegungscharakteristik des Drosselventils 14 die gewünschte erreicht, dann geht die Routine weiter zu Schritt 108, in dem der Wert des Regelverstärkungsfaktors in dem RAM der ECU 20 gespeichert wird.
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Die Routine geht weiter zu Schritt 109, in dem eines der Lernbereichflags FL_i, das in Schritt 103 ausgewählt wurde, auf Eins (1) eingestellt wird.
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Die Routine geht weiter zu Schritt 110, in dem bestimmt wird, ob das Lernen des Regelverstärkungsfaktors in all den Lernbereichen beendet worden ist oder nicht. Falls eine NEIN-Antwort erhalten wird, dann endet die Routine. Alternativ, falls eine JA-Antwort erhalten wird, dann geht die Routine weiter zu Schritt 111, in dem jeder der Werte des Regelverstärkungsfaktors, die in dem RAM gespeichert sind, für ein Minimieren eines Fehlers in dem Lernen des Regelverstärkungsfaktors, der von Störgrößen bzw. Störungen herrührt, geglättet wird und in dem Regelverstärkungsfaktorkennfeld aufgelistet wird. Im Speziellen werden die Werte des Regelverstärkungsfaktors in all den Offenpositionsbereichen des Regelverstärkungsfaktorkennfelds auf die geglätteten aktualisiert. Die geglätteten von jedem der Werte des Regelverstärkungsfaktors werden gemäß einer Beziehung von G1 = G0 + ΔG × β erreicht, wobei G1 der geglättete Wert des Regelverstärkungsfaktors ist, G0 der Wert des Regelverstärkungsfaktors vor einer Glättung ist, ΔG ein Unterschied zwischen einem G0, das in dieser Programmsequenz abgeleitet bzw. hergeleitet wird, und einem G0 ist, das in der vorherigen Programmsequenz abgeleitet bzw. hergeleitet worden ist, und β ist ein Glättungsfaktor. 3 zeigt eine Kennfeldtabelle, die Werte des Glättungsfaktors in den jeweiligen Lernbereichen auflistet. Der Wert des Glättungsfaktors ist ausgewählt, um Eins (1) zu erreichen, wenn die Solloffenpositionsänderung abnimmt.
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Die Routine geht dann zu Schritt 112, in dem das Lernbeendigungsflag Fc auf Eins (1) eingestellt wird, und endet dann.
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4 ist ein Flussdiagramm einer Drosselventilpositionsregelung, die durch die ECU 20 in einem Zyklus ausgeführt werden soll, um die Ventilposition des Drosselventils 14 in Übereinstimmung mit einem Zielwert zu bringen.
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Nach Beginn des Programms geht die Routine weiter zu Schritt 201, in dem Parameter abgefragt werden, die Betriebszustände des Verbrennungsmotors 10 kennzeichnen, wie die Drehzahl des Verbrennungsmotors 10, die Temperatur des Motorkühlmittels, die Geschwindigkeit des Fahrzeugkörpers und die Position des Gaspedals.
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Die Routine geht weiter zu Schritt 202, in dem eine Solloffenposition des Drosselventils 14 als eine Funktion der Parameter, die in Schritt 201 abgeleitet bzw. hergeleitet worden sind, und Abfragen von anderen Steuerprozessen unter Verwendung einer Kennfeldtabelle bestimmt wird, die eine Beziehung zwischen den Betriebszuständen des Verbrennungsmotors und der Solloffenposition des Drosselventils 14 auflistet.
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Die Routine geht weiter zu Schritt 203, in dem die Solloffenpositionsänderung, d. h. ein Unterschied zwischen den Solloffenpositionen des Drosselventils 14, die in diesem Programmzyklus und einem Programmzyklus vorher abgeleitet bzw. hergeleitet worden sind, bestimmt wird.
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Die Routine geht weiter zu Schritt 204, in dem die Werte der Regelverstärkungsfaktoren, die in dem PID-Algorithmus verwendet werden, als eine Funktion der Solloffenpositionsänderungen bestimmt werden, die in Schritt 203 abgeleitet bzw. hergeleitet worden ist, durch Verwendung der Regelverstärkungsfaktorkennfelder, die in dem Sicherungsspeicher der ECU 20 gespeichert sind. Wenn zum Beispiel die Solloffenpositionsänderung +75% ist, was innerhalb des Offenpositionsbereichs von ±100% und außerhalb des von ±50% fällt, können die Werte des Regelverstärkungsfaktors unter Verwendung bekannter Interpolationstechniken berechnet werden. Die Regelverstärkungsfaktorkennfelder werden durch das Lernen der Regelverstärkungsfaktoren aktualisiert, wie es in dem Programm von 2 gemacht wird, um die gewünschte Bewegungscharakteristik des Drosselventils 14 sicherzustellen. Die ECU 20 kann, wie vorstehend beschrieben ist, nur einen der Regelverstärkungsfaktoren (z. B. die Integralverstärkung) von einem entsprechenden der Regelverstärkungsfaktorkennfelder bestimmen. Wenn die Solloffenpositionsänderung kleiner als ein bestimmter Schwellenwert ist, können die Regelverstärkungsfaktoren, wie sie in dem vorherigen Programmzyklus bestimmt worden sind, beibehalten werden wie sie sind.
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Die Routine geht weiter zu Schritt 205, in dem eine tatsächliche Offenposition des Drosselventils 14 von dem Drosselpositionssensor 15a abgefragt wird. Die Routine geht weiter zu Schritt 206, in dem eine Abweichung zwischen der Solloffenposition, die in Schritt 202 abgeleitet bzw. hergeleitet worden ist, und der tatsächlichen Offenposition, wie sie in Schritt 205 abgeleitet bzw. hergeleitet worden ist, bestimmt wird. Zusätzlich wird eine gesteuerte Variable (d. h. ein Antriebsstrom für den DC-Motor) des Drosselbetätigungselements 15 als eine Funktion der Offenpositionsabweichung gemäß dem PID-Algorithmus unter Verwendung der Regelverstärkungsfaktoren bestimmt, die in Schritt 204 abgeleitet bzw. hergeleitet worden sind.
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Die Routine geht weiter zu Schritt 207, in dem ein Steuersignal als eine Funktion der gesteuerten Variable erzeugt und zu dem Drosselbetätigungselement 15 ausgegeben wird, um die Ventilposition des Drosselventils 14 in Übereinstimmung mit der Solloffenposition zu bringen.
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5(a) und 5(b) zeigen Beispiele, in denen jeder der Regelverstärkungsfaktoren erlernt wird. 5(a) zeigt den Fall, wo der Regelverstärkungsfaktor erlernt wird, wenn der Verbrennungsmotor 10 eine Kraftstoffzufuhrunterbrechung während einer Verzögerung des Fahrzeugs erfährt. 5(b) stellt den Fall dar, wo der Regelverstärkungsfaktor nach einem Stopp des Verbrennungsmotors 10 erlernt wird.
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Mit Bezug auf 5(a), wenn der Fahrer des Fahrzeugs das Fahrzeug gebremst hat, so dass die Drehzahl des Verbrennungsmotors 10 abgefallen ist, und eine Zufuhr von Kraftstoff zu dem Verbrennungsmotor 10 bei einer Zeit t1 unterbrochen ist, beginnt die ECU 20 den Lernmodus, um das Lernen von jedem der Regelverstärkungsfaktoren zu beginnen. Zuerst stellt die ECU 20 die Solloffenposition des Drosselventils 14 auf +30% und dann auf –30% ein (d. h., die Solloffenpositionsänderung = ±30%), um das Drosselventil 14 innerhalb eines Bereichs von ±30% zu klappen. Gleichzeitig fragt die ECU 20, wie vorstehend beschrieben ist, die Antwortrate, das Überschwingen und die Stabilität der Bewegung des Drosselventils 14 ab, und bestimmt, ob die Bewegungscharakteristik die gewünschte erreicht oder nicht. Wenn die gewünschte Bewegungscharakteristik des Drosselventils 14 nicht erreicht wird, ändert die ECU 20 die Regelverstärkungsfaktoren auf Basis der abgefragten Bewegungscharakteristik des Drosselventils 14. Als nächstes klappt die ECU 20 das Drosselventil 14 wieder innerhalb eines Bereichs von ±30% in der selben Weise, wie sie vorstehend beschrieben ist, fragt die Bewegungscharakteristik des Drosselventils 14 ab, und bestimmt, ob die Bewegungscharakteristik die gewünschte erreicht oder nicht. Diese Sequenz von Operationen wird wiederholt, bis die gewünschte Bewegungscharakteristik des Drosselventils 14 erreicht ist. Wenn solch ein Zustand bei einer Zeit t2 erreicht ist, beendet die ECU 20 das Lernen der Regelverstärkungsfaktoren in einem Bereich von ±30% und initialisiert es in einem nachfolgenden Bereich von ±10%.
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Mit Bezug auf 5(b), wenn der Zündschalter auf Aus gestellt worden ist und die Drehzahl des Verbrennungsmotors 10 auf Null (0) bei einer Zeit t3 abgenommen hat, beginnt die ECU 20 den Lernmodus, stellt die Solloffenposition des Drosselventils 14 auf +100%, dann auf –100% ein (d. h. die Solloffenpositionsänderung = ±100%), und klappt das Drosselventil 14 innerhalb eines Bereichs von ±100%. Die ECU 20 fragt die Antwortrate, das Überschwingen und die Stabilität der Bewegung des Drosselventils 14 ab, und bestimmt, ob die Bewegungscharakteristik die gewünschte erreicht oder nicht. Wenn die gewünschte Bewegungscharakteristik des Drosselventils 14 nicht erreicht wird, ändert die ECU 20 die Regelverstärkungsfaktoren auf Basis der abgefragten Bewegungscharakteristik des Drosselventils 14. Als nächstes klappt die ECU 20 das Drosselventil 14 wieder innerhalb eines Bereichs von ±50% in der selben Weise, wie vorstehend beschrieben ist, fragt die Bewegungscharakteristik des Drosselventils 14 ab und bestimmt, ob die Bewegungscharakteristik die gewünschte erreicht oder nicht. Diese Sequenz von Operationen wird wiederholt, bis die gewünschte Bewegungscharakteristik des Drosselventils 14 erreicht ist. In dem dargestellten Beispiel wird die gewünschte Bewegungscharakteristik des Drosselventils 14 bei einer Zeit t4 erreicht. Die ECU 20 beendet das Lernen der Regelverstärkungsfaktoren innerhalb all den Lernbereichen, um das Regelverstärkungsfaktorkennfeld zu aktualisieren und das Lernbeendigungsflag Fc auf Eins (1) zu setzen.
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Wie es von der vorstehenden Beschreibung offensichtlich ist, wenn es erfordert ist, das Drosselventil 14 während des Betriebs des Motors 10 zu bewegen, arbeitet die ECU 20, um die Solloffenposition des Drosselventils 14 zu bestimmen, eine Abweichung der Solloffenposition des Drosselventils 14 von der, die unmittelbar vorher bestimmt wurde, als die Solloffenpositionsänderung zu berechnen, die Regelverstärkungsfaktoren von einem der Offenpositionsbereiche (z. B. ±100%, ±50%, ±30%, ±10% und ±5%) in dem Regelverstärkungsfaktorkennfeld auszuwählen, in den die Solloffenpositionsänderung fällt, und bringt die Ventilposition des Drosselventils 14 in Übereinstimmung mit der Solloffenposition gemäß dem Regelalgorithmus (z. B. dem PID-Regelalgorithmus) unter Verwendung der ausgewählten Regelverstärkungsfaktoren. Dies optimiert die Bewegung des Drosselventils 14 zu der Solloffenposition, um die Antwortrate, die Genauigkeit und Stabilität einer Einstellung der Luftmenge sicherzustellen, die in den Verbrennungsmotor 10 geladen werden soll, wodurch die Ausgabe des Verbrennungsmotors 10 und die Abgasemissionen von dem Verbrennungsmotor 10 verbessert werden.
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Die Regelverstärkungsfaktorkennfelder werden durch Lernen der Regelverstärkungsfaktoren aktualisiert, die für ein Steuern der Ventilposition des Drosselventils 14 verwendet werden, um eine Änderung der Bewegungscharakteristik des Drosselventils 14 auszugleichen, die beispielsweise von einem Altern von diesem herrührt. Das Lernen wird während einer Verzögerung des Verbrennungsmotors 10 und einer Unterbrechung einer Kraftstoffzufuhr zu den Kraftstoffeinspritzelementen oder während eines Stopps des Verbrennungsmotors 10 gemacht. In anderen Worten gesagt, wird das Drosselventil 14 geklappt, um die Regelverstärkungsfaktoren zu lernen, wenn das Drehmoment des Verbrennungsmotors 10, das ausgegeben wird, Null (0) oder relativ klein ist, wodurch nachteilige Effekte auf den Betrieb des Verbrennungsmotors 10 minimiert werden.
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Das Motorsteuersystem kann modifiziert werden, wie es nachfolgend beschrieben ist.
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Die ECU 20 kann entwickelt sein, um in dem Lernmodus, im Unterschied zu 5(a) und 5(b), die Solloffenposition sanft bei einer bestimmten Rate innerhalb jedem der Lernbereiche ändern.
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Die ECU 20 kann entwickelt sein, um die Regelverstärkungsfaktoren in all den Lernbereichen (z. B. ±100%, ±50%, ±30%, ±10% und ±5%), sowohl dann, wenn der Verbrennungsmotor 10 verzögert wird und eine Unterbrechung des Kraftstoffs erfährt, als auch dann, wenn der Verbrennungsmotor 10 gestoppt wird, oder in engeren Bereichen der Lernbereiche, wie in 5(a) gezeigt ist, wenn die erstere Bedingung erfüllt ist, und in breiteren Bereichen der Lernbereiche zu erlernen, wie in 5(b) gezeigt ist, wenn die letztere Bedingung erfüllt ist. Dies ist in dem Fall nützlich, wo das Lernen der Regelverstärkungsfaktoren innerhalb eines begrenzten Zeitintervalls zwischen dem Stopp des Verbrennungsmotors 10 und einem Einschalten beispielsweise der Wegfahrsperre beendet sein sollte, und minimiert auch nachteilige Effekte auf den Betrieb des Verbrennungsmotors 10, wenn der Verbrennungsmotor 10 ein Kraftstoffzufuhrunterbrechung erfährt.
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Die ECU 20 kann auch entwickelt sein, um das Lernen der Regelverstärkungsfaktoren auszusetzen, um das Regelverstärkungsfaktorkennfeld zu aktualisieren, wenn der Lernmodus begonnen wird und ein Unterschied der Regelverstärkungsfaktoren nach und vor einem Lernen geringer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, weil die Bewegungscharakteristik des Drosselventils 14 sich kaum in einer kurzen Zeitspanne ändert. Dies minimiert die nachteiligen Effekte auf den Betrieb des Verbrennungsmotors 10.
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Das Motorsteuersystem kann alternativ mit Benzinmotoren für Automobilfahrzeuge verwendet werden. Die Benzinmotoren erfahren im Allgemeinen eine Änderung der Ausgabe oder der Komponenten von ihren Abgasemissionen, die von der Menge von Luft in einem Luft-Kraftstoffgemisch oder dem Luft-Kraftstoffverhältnis des Gemisches abhängt. Die Verbesserung der Bewegungscharakteristik des Drosselventils 14 ist deshalb für ein Verbessern der Ausgabe des Verbrennungsmotors 10 und der Qualität von Abgasemissionen wirksam.
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Die ECU 20 kann auch entwickelt sein, um eine Änderung eines Regelverstärkungsfaktors zu überwachen, um das Drosselventil 14 zu diagnostizieren bzw. zu prüfen. Im Speziellen bestimmt die ECU 20 nach Schritt 108 von 2, ob ein Unterschied des Regelverstärkungsfaktors vor und nach einem Lernen größer als ein bestimmter Wert ist oder nicht. Wenn dies so ist, schließt die ECU 20 daraus, dass das Drosselventil 14 funktionsgestört ist, und schaltet eine Alarmleuchte ein, um den Fahrzeugfahrer über solch einen Fall zu informieren. Die ECU 20 speichert auch Warndaten über die Funktionsstörung des Drosselventils 14 in einem Diagnosespeicher (z. B. EEPROM oder Standby-RAM) und schaltet die Regelung der Ventilposition des Drosselventils 14 zu der Offensteuerung, um die Ventilposition des Drosselventils 14 zu einer minimalen Position zu bringen, die für den Betrieb des Verbrennungsmotors 10 erfordert ist, wodurch ein Fehler bei der Einstellung der Luftmenge vermieden wird, die in den Verbrennungsmotor 10 geladen werden soll, um die Stabilität des Betriebs des Verbrennungsmotors 10 sicherzustellen.
