DE19731373C2 - Regeleinrichtung für die Leerlaufdrehzahl eines Verbrennungsmotors für Automobile - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für die Leerlaufdrehzahl eines Verbrennungsmotors für Automobile durch Steuerung der Öffnungs- und Schließdauer eines elektromagnetischen Einlaß- bzw. Auslaßventils.

Eine typische Regeleinrichtung für die Leerlaufdrehzahl eines Verbrennungsmotors vergleicht einen in Abhängigkeit von der Belastung des Verbrennungsmotors eingestellten Sollwert der Leerlauf-Drehzahl mit dem Istwert der Leer­ laufdrehzahl und verstellt den Einlaßluftstrom in Abhän­ gigkeit von der Differenz beider Drehzahlen so, daß die Drehzahl dem Sollwert entspricht. Herkömmliche Leerlauf­ drehzahl-Regeleinrichtungen können grob in zwei Arten un­ terteilt werden: Bei der einen wird der Luftstrom in ei­ nem die Drosselklappe in einem Lufteinlaßkanal umgehenden Bypaß-Kanal und bei der anderen die Stellung der Drossel­ klappe gesteuert.

Nachstehend werden die beiden herkömmlichen Regeleinrich­ tungen anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben.

Fig. 1 stellt eine Leerlaufdrehzahl-Regeleinrichtung mit Bypaß-Kanal dar. Auf der Einlaßseite eines Verbrennungs­ motors 110 für Automobile ist ein Einlaßluftkanal 112 vorgesehen. Der Einlaßluftkanal 112 enthält eine Drossel­ klappe 114, zu der ein Bypaß-Kanal 116 parallel liegt. Der Durchlaßquerschnitt des Bypaß-Kanals 116 ist mittels einer Betätigungseinheit 118 verstellbar. Bei der Betäti­ gungseinheit 118 handelt es sich beispielsweise um einen Schrittmotor oder einen Hubmagneten, die jeweils ein Ven­ tilverschlußstück im Bypaß-Kanal verstellen. Die Betäti­ gungseinheit 118 wird durch ein Stellsignal der (nicht dargestellten) Regeleinrichtung in Abhängigkeit von der Differenz zwischen Soll- und Istwert der Leerlaufdrehzahl betätigt.

Wenn der Istwert der Motordrehzahl kleiner als die Leer­ laufdrehzahl ist, vergrößert die Betätigungseinheit 118 den Durchtrittsquerschnitt entsprechend der Differenz beider Drehzahlen, so daß der Einlaßluftstrom zum Motor zunimmt und die Motordrehzahl um die Differenz beider Drehzahlen zunimmt. Wenn die Drehzahl des Motors dagegen größer als der Sollwert ist, verringert die Betätigungs­ einheit den Durchtrittsquerschnitt entsprechend der Dif­ ferenz beider Drehzahlen, so daß der Einlaßluftstrom ver­ ringert und die Motordrehzahl um die Differenz beider Drehzahlen verringert wird. Dadurch wird die Motordreh­ zahl auf dem Sollwert gehalten, so daß der Motor 110 eine stabile Leerlaufdrehzahl beibehält.

Fig. 2 stellt eine Regeleinrichtung mit Direktantrieb der Drosselklappe 114 schematisch dar. Soweit die Bauteile der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Regeleinrichtungen mit gleichen Bezugszahlen versehen sind, werden sie nach­ stehend nicht erneut beschrieben. Nach Fig. 2 ist die Drosselklappe 114 mit einem Drosselklappenhebel 120 zum Einstellen des Öffnungswinkels der Drosselklappe 114 ver­ sehen. Der Drosselklappenhebel 120 ist über einen Dros­ selklappendraht 122 mit einem (nicht dargestellten) Gas­ pedal verbunden. Die Drosselklappe 114 weist eine (nicht dargestellte) Rückholfeder auf und ist immer in Richtung auf ihre Schließstellung vorgespannt. Der Drosselklappen­ hebel 120 ist mit einer Betätigungseinheit 124 verbunden, durch die die Stellung der Drosselklappe 114 in Abhängig­ keit von der Differenz zwischen Soll- und Istwert der Mo­ tordrehzahl verändert werden kann. Dadurch wird der Durchflußquerschnitt zwischen Lufteinlaßkanal 112 und Drosselklappe 114 so eingestellt, daß der Einlaßluft­ strom, der vom Motor angesaugt wird, so geändert wird, daß die Motordrehzahl gleich dem Sollwert der Leerlauf­ drehzahl ist.

Bei diesen Regeleinrichtungen wird der Einlaßluftstrom durch Änderung des Durchflußquerschnitts des Einlaßluft­ kanals 112 geändert. Deshalb müssen zur Regelung der Leerlaufdrehzahl die Betätigungseinheiten 118 und 124 ge­ trennt in der Nähe der Drosselklappe vorgesehen sein. Bei der Regeleinrichtung mit Bypaß-Kanal muß dieser eigens vorgesehen werden. Zusätzlich muß, um die Betätigungsein­ heiten 118 und 124 entsprechend dem Betriebszustand des Motors zu betreiben, eine komplizierte Regelung durchge­ führt werden.

Außerdem hängt die Änderungsgeschwindigkeit des Durch­ flußquerschnitts im Bypaß-Kanal von der Betriebsgeschwin­ digkeit der Betätigungseinheit 118 ab. Da die Betriebsge­ schwindigkeit der Betätigungseinheit 118 begrenzt ist, ergibt sich eine entsprechende Ansprechverzögerung im Re­ gelkreis.

Bei der Regeleinrichtung mit Direktantrieb der Drossel­ klappe 114 durch die Betätigungseinheit 124 gegen die Kraft einer Rückholfeder ist die Betätigungsgeschwindig­ keit der Betätigungseinheit ebenfalls aufgrund der Rück­ holfeder gering, so daß es schwierig ist, eine geringe Ansprechverzögerung des Regelkreises zu erreichen.

Ferner ist die herkömmliche Leerlaufdrehzahl-Regelein­ richtung in der Nähe der Drosselklappe 114 angeordnet, und die Drosselklappe 114 steht mit dem Motor 110 über einen Einlaßkrümmer usw. in Verbindung, so daß die Dros­ selklappe 114 einen vorbestimmten Abstand vom Motor 110 aufweist. Daher ist eine vorbestimmte Zeit erforderlich, bis die eingestellte Ansaugluft den Motor 110 erreicht, wodurch sich eine zusätzliche Ansprechverzögerung im Re­ gelkreis ergibt.

Aus der DE 34 01 362 C2 ist ein Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors bekannt, bei dem nur durch Koor­ dination der Öffnungs- und Schließzeitpunkte von Einlaß- und Auslaßventilen das Vorhandensein einer bestimmten Ab­ gasmenge nach Abschluß des Ladungswechsels im Zylinder und dadurch das verbleibende Zylindervolumen für die Auf­ nahme von Frischgemisch zur Laststeuerung verringert wird. Eine Drehzahlvergleichseinrichtung und eine Ventil­ öffnungsdauer-Änderungseinrichtung, durch die der Schließzeitpunkt des Einlaßventils oder der Öffnungszeit­ punkt des Auslaßventils geändert wird, sind nicht vorge­ sehen.

Die DE 39 40 752 A1 offenbart, daß die Einlaßventil-Öff­ nungsdauer unter anderem in Abhängigkeit von der Motor­ drehzahl gesteuert wird.

Die EP 0 376 714 A2 offenbart eine Steuereinrichtung für eine Innenverbrennungskraftmaschine mit einer elektromag­ netischen Betätigungseinheit, einer Brennstoff-Einspritz­ düse, einem Maschinenbelastungssensor, einem Kurbelwel­ len-Drehwinkelsensor und einer Recheneinrichtung. Dort ist jedoch keine Leerlaufdrehzahl-Regeleinrichtung vorgesehen, bei der eine Drehzahldifferenz zwischen Soll- und Istwert der Leerlaufdrehzahl zu deren Regelung herangezogen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regelein­ richtung für die Leerlaufdrehzahl eines Verbrennungsmo­ tors für Automobile anzugeben, die ohne die eingangs ge­ schilderte typische Leerlaufdrehzahl-Regeleinrichtung auskommt und welche die sich in Abhängigkeit von dem Motor­ belastungszustand ändernde Motordrehzahl während des Leerlaufs sofort auf einen Sollwert der Drehzahl ein­ stellt.

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen und 2 angegebenen Regeleinrichtungen gelöst. So wird bei der einen Lösung der Schließzeitpunkt des Einlaßventils und bei der anderen Lösung der Öffnungszeitpunkt des Aus­ laßventils in Abhängigkeit von der Regeldifferenz zur An­ gleichung an den Sollwert der Sollwertdrehzahl gesteuert.

Anstelle herkömmlicher Ventilbetätigungsmechanismen, die eine Nockenwelle usw. aufweisen, ist, eine elektromagneti­ sche Betätigungseinheit vorgesehen, die eine sehr rasche freie Einstellung der Öffnungs- bzw. Schließzeitpunkte des Einlaß- bzw. Auslaßventils ermöglicht.

Bei den herkömmlichen Ventilbetätigungsmechanismen, die eine Nockenwelle benutzen, ist die Öffnungs- bzw. Schließfunktion von Ein- bzw. Auslaßventil mit der Kur­ belwelle des Verbrennungsmotors verbunden, so daß die Öffnungs- und Schließzeitpunkte bezüglich der Lage des Kolbens des Motors immer konstant sind und nicht frei eingestellt werden können. Obwohl in letzter Zeit varia­ ble Ventilantriebsmechanismen entwickelt wurden, die die Steuerung der Zeitpunkte durch Verschieben der Phasenlage der Nockenwelle in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors ändern können, gibt es dennoch strukturelle Gren­ zen für deren Änderung. Durch die elektromagnetische Be­ tätigungseinheit ist es möglich, die Öffnungs- bzw. Schließzeitpunkte wahlweise in Abhängigkeit vom Betriebs­ zustand des Verbrennungsmotors einzustellen.

Hierbei ermöglicht die erfindungsgemäße Leerlaufdrehzahl- Regeleinrichtung eine Vergrößerung oder Verringerung des Einlaßluftstroms des Motors zur Einstellung der Motor­ drehzahl, indem wenigstens eine der Ventilöffnungszeiten oder der Ventilschließzeiten eines Einlaß- bzw. Auslaß­ ventils während des Leerlaufs entsprechend dem Bela­ stungszustand des Motors geändert wird.

Auf diese Weise läßt sich der Einlaßluftstrom, der vom Motor angesaugt wird, direkt und schnell ändern, und die Ansprechgeschwindigkeit der Leerlaufdrehzahl-Regelein­ richtung verbessern. Da die Motordrehzahl während des Leerlaufs geregelt wird, ist es nicht erforderlich, zu­ sätzliche Betätigungseinheiten und Bypaß-Kanäle vorzuse­ hen, so daß die Regeleinrichtung vereinfacht und die An­ zahl der Teile verringert wird, was die Kosten reduziert.

Ferner ist es nicht erforderlich, die komplizierte her­ kömmliche Betätigungseinheit der Leerlaufdrehzahl-Regel­ einrichtung vorzusehen, so daß es möglich ist, die Kosten deutlich zu verringern. Da der Ansaugluftstrom direkt ge­ steuert werden kann, ist es zusätzlich möglich, die Mo­ tordrehzahl rasch zu ändern, so daß die Leerlaufdrehzahl- Regelung effektiver erfolgt.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dar­ in stellen dar:

Fig. 1 schematisch eine herkömmliche Leerlaufdrehzahl- Regeleinrichtung mit einem Bypaß-Kanal parallel zum Ein­ laßluftkanal,

Fig. 2 schematisch eine herkömmliche Leerlaufdrehzahl- Regeleinrichtung, bei der eine Drosselklappe im Einlaß­ luftkanal direkt gesteuert wird,

Fig. 3 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfin­ dungsgemäßen Leerlaufdrehzahl-Regeleinrichtung eines Ver­ brennungsmotors für Automobile,

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer elektronischen Regelein­ heit 56, die in Fig. 3 dargestellt ist,

Fig. 5 schematisch den Aufbau einer Betätigungseinheit 44 für ein Auslaßventil 42, die in Fig. 3 dargestellt sind,

Fig. 6 ein Funktionsblockschaltbild des Ausführungsbei­ spiels der erfindungsgemäßen Drehzahl-Regeleinrichtung,

Fig. 7A und 7B verschiedene Betriebszustände eines Aus­ laßventils 42 entsprechend dem Stromdurchfluß durch die elektromagnetische Betätigungseinheit 44,

Fig. 8 ein Flußdiagramm zum Bestimmen, ob der augenblick­ liche Motorbetriebszustand die Ausführung der Leerlauf­ drehzahlregelung erfordert,

Fig. 9 ein Flußdiagramm einer Subroutine für die Leer­ laufdrehzahlregelung bei Schritt S103 in Fig. 8 und

Fig. 10 ein Zeitablaufdiagramm des Zusammenhangs zwischen der Stellung eines Kolbens 46 bezüglich eines Zylinderbe­ reiches 12 und den Öffnungs- und Schließzeiten eines Ein­ laßventils 34 und eines Auslaßventils 42.

Das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Leerlauf­ drehzahl-Regeleinrichtung nach Fig. 3 enthält einen Motor 10 vom Boxertyp mit einem Zylinderbereich 12, der mehrere Zylinder 11 aufweist, einen Zylinderkopfbereich 14, einen Einlaßkanal 16 und einen Auslaßkanal 18. Der Einlaßkanal enthält eine Einlaßkammer 20, einen Luftfilter 22 zum Entfernen von Staub aus der Luft, einen Luftdurchflußmes­ ser 24 zum Messen des Einlaßluftdurchflusses Q und eine Drosselklappe 26 zum Einstellen des Einlaßluftdurchflus­ ses Q entsprechend dem Maß der Betätigung des (nicht dar­ gestellten) Gaspedals, die in der genannten Reihenfolge in Durchflußrichtung hintereinander angeordnet sind.

In Durchflußrichtung hinter dem Einlaßkanal 16 zweigen Einlaßkrümmer 17 ab. Die Auslaßenden der Einlaßkrümmer 17 sind jeweils über eine Ansaugöffnung 30 mit einer Verbrennungskammer 32 jeweils eines Zylinders 11 verbun­ den. Die Ansaugöffnung 30 enthält ein Einlaßventil 34, das in vorgegebenen Zeitpunkten geöffnet und geschlossen werden kann. Die Verbrennungskammern 32 stehen jeweils über eine Auslaßöffnung 40 und Auslaßrohre 38 mit einem Auslaßkanal 18 in Verbindung. Die Auslaßöffnungen 40 ent­ halten jeweils ein Auslaßventil 42, das in vorgegebenen Zeitpunkten geöffnet und geschlossen werden kann. Das Einlaßventil 34 und das Auslaßventil 42 werden geöffnet, wenn sich ihre Verschlußstücke in Richtung auf die Verbrennungskammer 32 bewegen, und geschlossen, wenn sich die Verschlußstücke in die entgegengesetzte Richtung be­ wegen, so daß sie eine Verbindung zwischen der Verbren­ nungskammer 32 und der Einlaßöffnung oder der Auslaßöff­ nung 40 herstellen oder sperren.

Der Zylinderkopfbereich 14 ist mit einer elektromagneti­ schen Betätigungseinheit 44 für das Einlaßventil 34 und das Auslaßventil 42 ausgestattet. Die elektromagnetische Betätigungseinheit 44 enthält eine Spule, deren Strom ein- und ausgeschaltet wird und die durch eine Ventilan­ triebseinheit 45 betätigt wird, um das Einlaßventil 34 oder das Auslaßventil 42 zu öffnen und zu schließen.

Der Zylinderbereich 12 ist mit einem Kurbelwellen- Drehwinkelsensor 50 zum Messen der Lage des Kolbens 46 (der Kurbelwellen-Drehwinkellage) und der Motordrehzahl Ne ausgestattet sowie mit einem Kühlflüssigkeits-Tempe­ ratursensor 52 zum Messen der Temperatur der Kühlflüssig­ keit des Motors 10. Die Drosselklappe 26 ist mit einem Drosselklappenstellungssensor 54 zum Messen der Drossel­ klappenstellung ausgestattet.

Weitere Sensoren sind: ein Verdichterschaltsensor 51 zum Messen der Belastung des Motors durch einen Verdichter einer (nicht dargestellten) Kühlanlage und einen Drehmo­ mentwandler-Belastungssensor 53 zum Messen der Belastung eines (nicht dargestellten) automatischen Getriebes. Fer­ ner ist eine elektronische Regeleinheit 56 vorgesehen (die nachstehend mit ECU bezeichnet wird), die zur Auf­ nahme der Ausgangssignale der jeweiligen Sensoren und zur Ausgabe der Steuersignale an die jeweiligen Betätigungs­ einheiten zur Steuerung der Motorfunktion dient.

Fig. 4 stellt ein Blockschaltbild der ECU 56 dar, die in Fig. 3 dargestellt ist. Nach Fig. 4 ist die ECU 46 als Mikrocomputersystem ausgebildet, das aufweist: eine Ein­ gabeschnittstelle 56a zum Eingeben der Meßsignale der Sensoren; eine Ausgabeschnittstelle 56b zur Ausgabe der Steuersignale der jeweiligen Betätigungseinheiten; eine CPU 56c als Hauptprozessor; ein ROM 56d, in dem Steuer­ programme und Festdaten gespeichert sind, ein RAM 56e, in dem Daten nach der Verarbeitung der Meßsignale der Senso­ ren und durch die CPU 56c verarbeitete Daten gespeichert werden; ein Backup-RAM 56f zur Speicherung von Lerndaten usw.; einen Taktgeber 56g usw., wobei diese Baueinheiten durch einen Datenbus 56h verbunden sind.

Fig. 5 veranschaulicht schematisch den Aufbau des in Fig. 3 dargestellten Auslaßventils 42 und der Betätigungsein­ heit 44. Eine detaillierte Beschreibung des Einlaßventils 34 ist weggelassen, weil es denselben Aufbau wie das Ein­ laßventil 42 aufweist. Nach Fig. 5 weist das Auslaßventil 42 ein Ventilverschlußstück 42a und einen Ventilschaft 42b auf, und es ist im Zylinderkopfbereich 14 so gela­ gert, daß es in vertikaler Richtung bewegbar ist.

Das Ventilverschlußstück 42a ist so ausgebildet, daß es auf einem Ventilsitz 60 dicht aufsitzen kann, der durch den Rand 40a der Auslaßöffnung 40 gebildet ist, wobei die Auslaßöffnung 40 im Zylinderkopfbereich 14 ausgebildet ist, wenn das Ventilverschlußstück 42a aufwärts bewegt wird. Mit dem oberen Teil des Ventilschafts 42b ist ein bewegliches Element 64 aus magnetischem Material verbun­ den. Das bewegliche Element 64 ist in einem Gehäuse 62 der Betätigungseinheit 44 angeordnet, das oben auf dem Zylinderkopfbereich 14 vorgesehen ist.

In dem Gehäuse 62 sind eine Ventilöffnungsspule 66 und eine Ventilschließspule 68 oberhalb bzw. unterhalb des beweglichen Elements 64 so angeordnet, daß sich das be­ wegliche Element 64 in vertikaler Richtung zwischen den Spulen 66 und 68 bewegen kann. Innerhalb der Ventilöff­ nungsspule 66 und um den Ventilschaft 42b herum ist eine Ventilschließfeder 70 vorgesehen, die das Ventilver­ schlußstück 42a immer in Ventilschließrichtung (in der Zeichnung nach oben) belastet. Innerhalb der Ventil­ schließspule 68 ist eine Ventilöffnungsfeder 72 vorgese­ hen, die das Ventilverschlußstück 42a in Ventilöffnungs­ richtung (in der Zeichnung nach unten) belastet.

Nach dem in Fig. 6 dargestellten funktionellen Block­ schaltbild des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Leerlaufdrehzahl-Regeleinrichtung enthält die ECU 56 ei­ nen Unterscheidungsbereich 76 für den Leerlaufzustand, einen Berechnungsbereich 78 für den Sollwert der Leer­ laufdrehzahl, einen Vergleichs- und Unterscheidungsbe­ reich 80 für die Drehzahldifferenz und einen Berechnungs­ bereich 82 zur Berechnung eines Steuersignals für die Be­ tätigungseinheit 45.

Der Unterscheidungsbereich 76 für den Leerlaufzustand be­ stimmt in Abhängigkeit von den Meßsignalen des Drossel­ klappenstellungssensors 54 und des Kurbelwellen- Drehwinkelsensors 50, ob der gegenwärtige Motorfunktions­ zustand der Leerlaufzustand ist. Der Berechnungsbereich 78 für den Sollwert der Leerlaufdrehzahl empfängt die Meßsignale des Verdichterschaltsensors 51, des Kühlflüs­ sigkeitstemperatursensors 52 und des Drehmomentwandler- Belastungssensors 53 und berechnet den Sollwert Ni der Leerlaufdrehzahl, der entsprechend dem Belastungszustand vorgegeben wird.

Der Vergleichs- und Unterscheidungsbereich 80 für die Drehzahldifferenz vergleicht den Istwert Ne der Motor­ drehzahl, der durch den Kurbelwellen-Drehwinkelsensor 50 gemessen wird, mit dem berechneten Sollwert Ni der Leer­ laufdrehzahl, um die Drehzahl-Regeldifferenz zu berech­ nen.

Der Berechnungsbereich 82 berechnet ein Steuersignal c für die Betätigungseinheit 44 aus den Signalen des Unter­ scheidungsbereichs 76 für den Leerlaufzustand und des Vergleichs- und Unterscheidungsbereichs 80 für die Dreh­ zahl-Regeldifferenz. Die Ventilantriebseinheit 45 be­ wirkt, daß ein elektrischer Strom entsprechend dem Steu­ ersignal c durch die Betätigungseinheit 44 fließt, um das Öffnen und Schließen des Einlaßventils 34 und des Auslaß­ ventils 42 zu steuern.

Anhand der Fig. 7A und 7B wird nachstehend die Wirkungs­ weise der elektromagnetischen Betätigungseinheit 44 für das Einlaß- bzw. Auslaßventil beschrieben, die als Grund­ element der vorliegenden Erfindung dient. Die Fig. 7A und 7B veranschaulichen schematisch den Zustand des Auslaß­ ventils 42, wenn die Betätigungseinheit 44 von elektri­ schem Strom durchflossen wird, wobei Fig. 7A den geöffne­ ten Zustand und Fig. 7B den geschlossenen Zustand des Auslaßventils 42 zeigt. Eine detaillierte Beschreibung des Einlaßventils 34 ist weggelassen, da es den gleichen Aufbau wie das Auslaßventil 42 aufweist.

Wenn die Ventilantriebseinheit 45 (siehe Fig. 6) bewirkt, daß ein dem Steuersignal c aus der Steuereinheit 56 ent­ sprechender Strom durch die Ventilöffnungsspule 66 fließt, wie in Fig. 7A gezeigt, zieht die Ventilöffnungs­ spule 66 das bewegliche Element 64 gegen die Kraft der Ventilschließfeder 70 an. Dadurch wird das Ventilver­ schlußstück 42a in die Verbrennungskammer 32 hinein vom Ventilsitz 60 abgehoben und die Verbindung zwischen der Verbrennungskammer 32 und der Auslaßöffnung 40 herge­ stellt.

Wenn durch die Ventilschließspule 68 ein elektrischer Strom fließt, zieht die Ventilschließspule 68 das beweg­ liche Element 64 gegen die Kraft der Ventilöffnungsfeder 72 nach oben, so daß das Ventilverschlußstück 42a auf dem Ventilsitz 60 aufsitzt, wodurch das Auslaßventil 42 ge­ schlossen und die Verbindung zwischen Verbrennungskammer 32 und Auslaßöffnung 40 gesperrt wird.

Wie schon erwähnt wurde, steuert die Betätigungseinheit 44 das Öffnen und Schließen des Einlaßventils 34 und des Auslaßventils 42, wenn die Ventilantriebseinheit 45 be­ wirkt, daß entweder durch die Ventilöffnungsspule 66 oder durch die Ventilschließspule 68 Strom fließt.

Anhand der Fig. 8 bis 10 wird nachstehend ein Ausfüh­ rungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Re­ gelung der Leerlaufdrehzahl eines Verbrennungsmotors für ein Automobil beschrieben. Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die Regelung der Leerlaufdrehzahl durch das Än­ dern der Öffnungs- und Schließzeitpunkte des Einlaßven­ tils 34.

Fig. 8 ist ein Flußdiagramm, das veranschaulicht, wie er­ mittelt wird, ob der augenblickliche Betriebszustand des Motors ein Zustand ist, in dem die Leerlaufdrehzahl gere­ gelt werden soll. In einem ersten Schritt S101 wird der Betriebszustand des Motors anhand des durch den Kurbel­ wellen-Drehwinkelsensor 50 gemessenen Istwerts Ne der Leerlaufdrehzahl des Motors und der durch den Drossel­ klappenstellungssensor 54 gemessenen Drosselklappenstel­ lung ermittelt.

In einem weiteren Schritt S102 wird geprüft, ob der im Schritt S101 ermittelte Motorbetriebszustand ein Leer­ laufzustand ist. Das heißt, wenn die Messung der Drossel­ klappenstellung ergibt, daß die Drosselklappe voll­ ständig geschlossen ist, und der gemessene Istwert Ne der Motordrehzahl niedriger als der vorgegebene Sollwert ist, wird festgestellt, daß sich der Motor 10 im Leerlaufzu­ stand befindet. Wenn festgestellt wird, daß sich der Mo­ tor 10 im Leerlaufzustand befindet (JA), geht die Routine mit einem Schritt S103 weiter, in dem die Leerlaufdreh­ zahl geregelt wird, und wenn festgestellt wird, daß sich der Motor 10 nicht im Leerlaufzustand befindet (NEIN), dann endet die Routine (ENDE), so daß die Regelung der Leerlaufdrehzahl nicht ausgeführt wird.

Fig. 9 veranschaulicht als Flußdiagramm eine Subroutine der im Schritt S103 nach Fig. 8 durchgeführten Regelung der Leerlaufdrehzahl. Im Schritt S201 wird der Istwert Ne der Motordrehzahl anhand des Meßsignals des Kurbelwellen- Drehwinkelsensors 50 bestimmt und im RAM 56e der Steuer­ einheit 56 zwischengespeichert.

Danach wird im Schritt S202 der Sollwert Ni der Leerlauf­ drehzahl berechnet. Der Berechnungsbereich 78 für den Sollwert der Leerlaufdrehzahl (siehe Fig. 6) berechnet den Sollwert Ni aus den Signalen des Verdichterschaltsen­ sors 51, des Kühlflüssigkeitstemperatursensors 52 und des Sensors 53, der das Belastungsdrehmoment mißt, wobei er diesen Sollwert aus einer empirisch ermittelten Werteta­ belle ausliest, die im ROM 56d der Steuereinheit 56 ge­ speichert ist.

Danach wird im Schritt S203 geprüft, ob der Istwert Ne der Motordrehzahl, der im Schritt S201 im RAM 56e gespei­ chert wurde, gleich dem Sollwert Ni ist, der im Schritt S202 berechnet wurde. Wenn festgestellt wird, daß diese Drehzahlen einander gleich sind (JA), dann endet die Rou­ tine (ENDE), weil der Motor 10 im Leerlaufzustand mit ei­ ner geeigneten Drehzahl läuft, die seinem Lastzustand entspricht, so daß es nicht erforderlich ist, die Leer­ laufdrehzahl zu regeln. Wenn festgestellt wird, daß diese Drehzahlen nicht gleich sind (NEIN), geht die Routine zum Schritt S204 über, in dem der Istwert Ne der Motordreh­ zahl so nachgeregelt wird, daß er gleich dem Sollwert Ni der Leerlaufdrehzahl ist.

Im und nach Schritt S204 wird der Istwert Ne der Motor­ drehzahl verändert. Im Schritt S204 wird geprüft, ob der Istwert Ne der Motordrehzahl größer als der Sollwert Ni ist und die Differenz beider Drehzahlen berechnet. Wenn festgestellt wird, daß der Istwert Ne der Motordrehzahl größer als der Sollwert Ni ist (NEIN), geht die Routine zum Schritt S205 über, worin der Istwert Ne um die Diffe­ renz beider Drehzahlen verringert wird.

Wenn festgestellt wird, daß der Istwert Ne der Motordreh­ zahl kleiner als der Sollwert Ni (JA) ist, geht die Rou­ tine zum Schritt S206 über, worin der Istwert Ne der Mo­ tordrehzahl um die Differenz beider Drehzahlen erhöht wird. Im Schritt S205 wird die Ventilöffnungsdauer ver­ ringert, indem die Öffnungs- und Schließzeitpunkte des Einlaßventils 34 geändert werden, während im Schritt S206 die Ventilöffnungsdauer vergrößert wird, indem die Öff­ nungs- und Schließzeitpunkte des Einlaßventils 34 geän­ dert werden.

Anhand von Fig. 10 wird nachstehend das Vergrößern und Verringern der Ventilöffnungsdauer, das in den Schritten S205 und S206 ausgeführt wird, beschrieben.

Das Zeitablaufdiagramm nach Fig. 10 veranschaulicht den Zusammenhang zwischen der Stellung des Kolbens 46 eines Zylinderbereichs 12 und den Öffnungs- und Schließzeit­ punkten des Einlaßventils 34 und des Auslaßventils 42 im Arbeitstakt I, im Auspufftakt H, im Ansaugtakt K und im Verdichtungstakt J des Motors 10. In Fig. 10 bedeutet IN die Öffnungsdauer des Einlaßventils 34 und EX die Öff­ nungsdauer des Auslaßventils 42. Außerdem ist die Stel­ lung des Kolbens 46 durch den Drehwinkel der Kurbelwelle ausgedrückt.

Zunächst wird anhand von Fig. 10A die Einstellung der Öffnungs- und Schließzeitpunkte des Einlaßventils 34 be­ schrieben, wenn die Leerlaufdrehzahlregelung nicht ausge­ führt wird, d. h. wenn der Istwert Ne der Leerlaufdrehzahl des Motors gleich dem Sollwert Ni der Leerlaufdrehzahl ist (JA im Schritt S203 nach Fig. 9) (weiterhin als "üb­ liche Zeit" bezeichnet). Nach Fig. 10A wird das Einlaß­ ventil 34 in einem Zeitpunkt c in der zweiten Hälfte des Auspufftaktes H des Motors 10, d. h. kurz bevor der Kolben 46 den oberen Totpunkt TDC (top dead center) (360°) nach dem Auspufftakt erreicht, in der offenen Stellung belas­ sen.

Das Einlaßventil 34 wird im Zeitpunkt d geschlossen, nachdem der Ansaugtakt K beendet ist und kurz nachdem der Verdichtungstakt J beginnt, d. h. kurz nachdem der Kolben 46 den unteren Totpunkt BDC (bottom dead center) (540°) nach dem Ansaugtakt erreicht hat.

Anhand von Fig. 10B wird nachstehend die Einstellung der Öffnungs- und Schließzeitpunkte des Einlaßventils 34 be­ schrieben, wenn der Istwert Ne der Motordrehzahl vom Sollwert Ni der Leerlaufdrehzahl abweicht (NEIN im Schritt S203 in Fig. 9, nachstehend als "Leerlaufkorrek­ turzeit" bezeichnet).

Wenn der Istwert Ne der Motordrehzahl größer als der Sollwert Ni der Leerlaufdrehzahl ist (NEIN im Schritt 5204), wird der Schließzeitpunkt d des Einlaßventils 34 entsprechend der Differenz beider Drehzahlen, die im Schritt S204 berechnet wurde, in Richtung auf den unteren Totpunkt BDC (540°) nach vorn verlegt (Zeitpunkt d₁ in Fig. 10). Dadurch wird die Öffnungsdauer des Einlaßven­ tils 34 um einen Betrag verringert, der der Differenz beider Drehzahlen entspricht, so daß der Ansaugluftstrom, der in die Verbrennungskammer 32 gesaugt wird, verringert wird. Im Ergebnis nimmt der Istwert Ne der Drehzahl ab, so daß sie dem Sollwert Ni der Leerlaufdrehzahl gleicht.

Wenn der Istwert Ne der Motordrehzahl kleiner als der Sollwert Ni der Leerlaufdrehzahl ist (JA im Schritt S204), wird der Schließzeitpunkt d des Einlaßventils 34 in Richtung auf den oberen Totpunkt TDC (720°) verzögert (Zeitpunkt d₂ in Fig. 10). Dadurch wird die Öffnungsdauer des Einlaßventils 34 um einen Betrag verlängert, der der Differenz beider Drehzahlen entspricht, so daß der An­ saugluftstrom, der in die Verbrennungskammer 32 gesaugt wird, vergrößert wird. Im Ergebnis nimmt der Istwert Ne der Motordrehzahl zu, so daß er dem Sollwert Ni der Leer­ laufdrehzahl gleicht.

Wie schon erwähnt, kann der Ansaugluftstrom, der in die Verbrennungskammer 32 gesaugt wird, durch Änderung des Schließzeitpunktes des Einlaßventils 34 in den Schritten S205 und S206 direkt gesteuert werden, so daß es möglich ist, die Ansprechgeschwindigkeit der Leerlaufdrehzahlre­ geleinrichtung zu erhöhen, während sich der Motorbela­ stungszustand ändert. Dann endet die Routine (ENDE).

Während bei diesem Ausführungsbeispiel die Regelung der Leerlaufdrehzahl durch Vergrößern oder Verringern der Öffnungsdauer des Einlaßventils 34 bewirkt wird, kann sie alternativ auch durch Vergrößern oder Verkleinern der Öffnungsdauer des Auslaßventils 42 als weiteres Ausfüh­ rungsbeispiel bewirkt werden.

Wenn beispielsweise der Istwert Ne der Motordrehzahl im Leerlauf größer als der Sollwert Ni der Leerlaufdrehzahl ist (NEIN im Schritt S204), wird der Schließzeitpunkt b des Auslaßventils 42 beibehalten und der Öffnungszeit­ punkt a entsprechend der Differenz beider Drehzahlen, die im Schritt S204 berechnet wurde, verzögert (Zeitpunkt a₁ in Fig. 10). Wenn der Istwert Ne der Motordrehzahl dage­ gen kleiner als der Sollwert Ni der Leerlaufdrehzahl ist (JA im Schritt S204), wird der Öffnungszeitpunkt des Aus­ laßventils 42 entsprechend der Differenz beider Drehzah­ len vorverlegt (Zeitpunkt a₂ in Fig. 10).

Somit wird die Öffnungsdauer des Auslaßventils 42 um ei­ nen Betrag, der der Differenz der beiden Drehzahlen ent­ spricht, vergrößert oder verringert, um den Ansaugluft­ strom, der in die Verbrennungskammer 42 gesaugt wird, zu vergrößern oder zu verringern, so daß der Istwert Ne der Motordrehzahl gleich dem Sollwert Ni der Leerlaufdrehzahl wird.

Wie dargelegt, ist es mithin möglich, den Istwert Ne sehr rasch auf den Sollwert Ni der Leerlaufdrehzahl einzure­ geln, indem die Öffnungs- und Schließzeitpunkte des Ein­ laßventils 34 oder des Auslaßventils 42 entsprechend dem Belastungszustand des Motors während des Leerlaufs geän­ dert werden, so daß es möglich ist, eine geeignete Leer­ laufdrehzahl zu erhalten.

Claims (2)

1. Regeleinrichtung für die Leerlaufdrehzahl eines Verbren­ nungsmotors für Automobile, die eine elektromagnetische Be­ tätigungseinheit für ein Einlaßventil, einen Drehzahlsensor zum Messen des Istwerts der Motor-Drehzahl, eine Berech­ nungseinrichtung zur Berechnung eines Sollwerts der Leer­ laufdrehzahl in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen des Motors, eine Einrichtung zum Vergleichen von Soll- und Ist­ wert der Leerlaufdrehzahl, um eine Drehzahldifferenz zu er­ mitteln, und eine Ventilöffnungsdauer-Änderungseinrichtung aufweist, die in Abhängigkeit von der ermittelten Drehzahl­ differenz die elektromagnetische Betätigungseinheit so steuert, daß sie die Öffnungsdauer des Einlaßventils wäh­ rend des Leerlaufs im Sinne einer Angleichung der Motor­ drehzahl an den Sollwert der Leerlaufdrehzahl ändert, wobei die Ventilöffnungsdauer-Änderungseinrichtung so ausgebildet ist, daß sie den Schließzeitpunkt des Einlaßventils vorver­ legt oder verzögert, um jeweils die Motordrehzahl in Rich­ tung auf den Sollwert der Leerlaufdrehzahl zu verringern oder zu erhöhen.

2. Regeleinrichtung für die Leerlaufdrehzahl eines Verbren­ nungsmotors für Automobile, die eine elektromagnetische Be­ tätigungseinheit für ein Auslaßventil, einen Drehzahlsensor zum Messen des Istwertes der Motor-Drehzahl, eine Berech­ nungseinrichtung zur Berechnung eines Sollwerts der Leer­ laufdrehzahl in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen des Motors, eine Einrichtung zum Vergleichen von Soll- und Ist­ Wert der Leerlaufdrehzahl, um eine Drehzahldifferenz zu er­ mitteln, und eine Ventilöffnungsdauer-Änderungseinrichtung aufweist, die in Abhängigkeit von der ermittelten Drehzahl­ differenz die elektromagnetische Betätigungseinheit so steuert, daß sie die Öffnungsdauer des Auslaßventils wäh­ rend des Leerlaufs im Sinne einer Angleichung der Motor­ drehzahl an den Sollwert der Leerlaufdrehzahl ändert, wobei die Ventilöffnungsdauer-Änderungseinrichtung so ausgebildet ist, daß sie den Öffnungszeitpunkt des Auslaßventils vor­ verlegt oder verzögert, um jeweils die Motordrehzahl in Richtung auf den Sollwert der Leerlaufdrehzahl zu verrin­ gern oder zu erhöhen.