DE19743042C2

DE19743042C2 - Elektronische Drosselregelung

Info

Publication number: DE19743042C2
Application number: DE19743042A
Authority: DE
Inventors: Gary Arthur Nichols; Roger Allen Clark
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Delphi Technologies Inc
Priority date: 1996-10-07
Filing date: 1997-09-29
Publication date: 2000-07-13
Anticipated expiration: 2017-09-30
Also published as: US5749343A; DE19743042A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines in einem Verbren nungsmotor angesaugten Luftmassenstromes.

Es ist bekannt, die Position eines Ansaugluftventils, beispielsweise einer Drosselklappe, eines Verbrennungsmotors innerhalb eines Ansaugrohres des Motors elektronisch zu regeln, um die angesaugte Luftmenge zu ver ändern, die durch das Ansaugrohr in den Motor einströmt. Eine derartige Regelung wird als elektronische Drosselregelung bezeichnet. Typischer weise ist bei einer elektronischen Drosselregelung mit dem Ansaugluft ventil ein elektromechanisches Stellglied mechanisch verbunden, das elektrisch angetrieben wird, um die Position des Ansaugluftventils zu ver ändern. Wenn ein elektronisches Drosselregelungssystem konstruiert wird, umfassen die Kriterien zur Auswahl eines geeigneten elektromecha nischen Stellgliedes bestimmte Ansprechgrößen des Stellgliedes. Im allge meinen muß das System und deshalb das Stellglied auf sich ändernde Zustände ordnungsgemäß reagieren, um die Erwartungen des Motorbe dieners zu erfüllen oder zu übertreffen. Beispielsweise muß ein derartiges Stellglied bei Zuständen hoher Last schnell auf eine Änderung des Stell signals ansprechen, um die allgemeinen Erwartungen des Bedieners zu erfüllen. Regelungsstellglieder für Ansaugluftventile sind deshalb typi scherweise schnell ansprechende Vorrichtungen.

Nicht alle Motorregelungssysteme sprechen so an wie das Regelungssy stem des Ansaugluftventils, das derart schnell ansprechende Stellglieder aufweist. Dennoch muß das Ansprechen der verschiedenen Motorrege lungssystemen auf einander abgestimmt sein. Besonders müssen die Re gelungssysteme für die Kraftstoffdosierung und für die Abgasrückführung synchronisiert mit dem Regelungsystem des Ansaugluftventils arbeiten. Jedoch sprechen die Regelungssysteme zur Kraftstoffdosierung und zur Abgasrückführung typischerweise nicht so auf sich ändernde Regelungs bedingungen an, wie das Regelungsystem des Ansaugluftventils. Dement sprechend kann bei Zuständen, bei denen ein sehr schnelles Nachregeln des Ansaugluftventils erforderlich ist, die Ansprechempfindlichkeit des Regelungssystems für die Kraftstoffdosierung oder die Abgasrückführung bezüglich der Ansprechempfindlichkeit des Regelungssystems des An saugluftventils deutlich verzögert sein, was im Motor zu einer Abweichung des tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses vom gewünschten Luft- Kraftstoff-Verhältnis führt oder ein unerwünschtes Niveau der Abgas rückführung zur Folge hat. Als Resultat können Motoremissionen zuneh men und die Leistung des Motors kann abnehmen.

Sobald die Leistungsverzögerung zurückgeht, kann die Motorleistung we sentlich zunehmen, was eine starke und vielleicht plötzliche Zunahme des Motorausgangsdrehmomentes hervorruft, die als Motorinstabilität wahr genommen werden kann und gegebenenfalls zu höherem Verschleiß von Bauteilen des Antriebsstranges führt.

Lösungen für die beschriebenen Mängel bei herkömmlichen Regelungssy stemen zur Kraftübertragung umfassen die Verwendung von Stellgliedern für das Ansaugluftventil mit geringerer Leistung, ausgefeilte und teure Alternativen zur Kraftstoffdosierung oder weniger schnell ansprechende Regelungsstrategien zur Abgasrückführung. Derartige Lösungen können die gesamte Motorleistung verringern, die Motoremissionen vergrößern und die Motorkosten beträchtlich erhöhen.

Aus der US 4,691,676 ist ein Verfahren zum Regeln der Stellgeschwindi keit einer Drosselklappe bekannt, die den in den Verbrennungsmotor an gesaugten Luftmassenstrom zur Beeinflussung der Motorleistung regu liert. Bei diesem Verfahren werden unterschiedliche Schaltzustände des Getriebes während des Öffnens oder Schließens der Drosselklappe mit be rücksichtigt, in dem die Geschwindigkeit der Stellbewegung der Drossel klappe gegebenenfalls verzögert wird, um die Entstehung von Vibrationen des Motors während der Änderung der Motorleistung zu verhindern, die zu Resonanzschwingungen des Antriebsstranges führen.

Die DE 44 04 668 A1 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung der Leistung eines Verbrennungsmotors, bei dem ein die Leistung bestimmendes Stel lelement bzw. die dem Verbrennungsmotor zugeführte Luftmenge abhän gig vom Fahrerwunsch einstellt wird, wobei zur Verbesserung der Ge mischanpassung bei schnellen Änderungen des Fahrerwunsches bei kal tem Verbrennungsmotor oder kalter Umgebungsluft die Änderungsge schwindigkeit der Stellbewegung des Stellelementes beschränkt wird.

Aus der DE 37 20 255 A1 ist ein System zur Einstellung des Drosselklap penwinkels einer im Ansaugrohr eines Verbrennungsmotors angeordneten Drosselklappe bekannt, mit dem der Leerlaufanschlag der Drosselklappe zum Verändern des Leerlauf-Drosselklappenwinkels eingestellt werden kann.

Die DE 36 10 571 C2 beschreibt eine Vorrichtung zur Steuerung der Posi tion einer Drosselklappe, bei der das Stellglied der Drosselklappe diese freigibt, wenn der Fahrer das Gaspedal nicht betätigt, während gleichzeitig die Aufprallgeschwindkeit der Drosselklappe an die Innenwand des An saugrohres mit Hilfe einer Feineinstellvorrichtung begrenzt wird.

Es wäre deshalb erwünscht, bei allen Betriebszuständen des Motors eine schnell ansprechende Regelung des Ansaugluftventils vorzusehen, die die Erwartungen des Benutzer bei minimalen Kosten erfüllt, ohne daß Kom promisse bei der Motorleistung oder dem Emissionsniveau eingegangen werden müssen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Regelung des in den Ver brennungsmotor angesaugten Luftmassenstromes bereitzustellen, durch das die Regelung des angesaugten Luftmassenstrom auf einfache Weise an sich ändernde Betriebsbedingungen anderer Regelungssysteme des Verbrennungsmotors angepaßt werden kann, ohne daß ein Leistungsver lust bei erhöhten Emissionen auftritt.

Die Erfindung löst die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 zur Regelung eines in einen Verbrennungsmotor ange saugten Luftmassenstromes.

Die vorliegende Erfindung schafft eine elektronische Drosselregelung für eine schnell ansprechende Regelung der Kraftübertragung mit minimier ten Emissionen und bei minimalen Kosten, die das Ansprechen der Rege lung des Ansaugluftventils selektiv verändert, wenn der Ansprechemp findlichkeit anderer Regelungssysteme entsprochen werden muß, mit de nen das Regelungssystem des Ansaugluftventils synchronisiert sein muß.

So wird nach dem Bestimmen eines Stellsignales zum Verstellen des An saugluftventils das Stellsignal in bestimmten Betriebszuständen des Ver brennungsmotors durch eine Funktion in Abhängigkeit von der An sprechempfindlichkeit anderer Regelungssysteme des Motors (vergl. Anspruch 2) wie bei spielsweise der der Kraftstoffdosierung oder der der Abgasrückführung angepaßt (vergl. Ansprüche 3 und 4). Bei Betriebszuständen des Motors, wie bei Zuständen hoher Motorlast, bei denen eine schnell ansprechende Regelung des Ansaugluft ventils erforderlich ist, die nicht der Ansprechempfindlichkeit anderer Re gelungssystemen wesentlich vorauseilt, kann es sein, daß keine Begren zung erforderlich ist. Jedoch kann bei Betriebszuständen des Motors, wie sie bei annähernder Leerlauflast des Motors entstehen, bei denen die An sprechempfindlichkeit der Regelung des Ansaugluftventils nicht kritisch ist und bei denen das Regelungssystem zur Kraftstoffdosierung oder zur Abgasrückführung bezogen auf die Regelung des Ansaugluftventils verzö gert arbeitet, die Ansprechempfindlichkeit der Regelung des Ansaugluft ventils auf eine vorgegebene Änderung der Stellung des Ansaugluftventils verringert sein. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung bzw. von deren Weiterbildungen laut weiteren von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen kann die Be grenzung der Stellbewegung des Ansaugluftventils abhängig davon schwanken, ob ein Öffnen oder ein Schließen des Ansaugluftventils erfor derlich ist, so daß eine enge Modellierung der relativen Phase zwischen der Regelung des Ansaugluftventils und einer anderen Regelung, wie der der Kraftstoffdosierung oder der der Abgasrückführung, geschaffen wird, wobei eine wünschenswerte Phasenbeziehung zwischen derartigen Rege lungssystemen wird bei allen Betriebszuständen aufrechterhalten bleibt.

Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft anhand der Zeichnung be schrieben. Darin zeigt:

Fig. 1 ein allgemeines Schaubild eines Verbrennungsmotors mit Komponenten einer Motorregelung zur Durchführung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ver fahrens; und

Fig. 2-3 Computerflußdiagramme, in denen der Ablauf des erfindungs gemäßen Motorregelungsverfahrens unter Verwendung der Komponenten nach Fig. 1 gezeigt ist.

Wie in Fig. 1 gezeigt, wird Luft durch ein Ansaugrohr 12 an einem Heiß film- oder Hitzdraht-Luftmassenmesser 14 vorbeigeleitet, der den ange saugten Luftmassenstrom bestimmt und in ein Luftmassenstromsignal MAF umformt. Ein elektronisch geregeltes Ansaugluftventil 16, beispiels weise in Form einer Drosselklappe, ist in dem Ansaugrohr 12 schwenkbar angeordnet, um die in das Ansaugrohr 12 einströmende Luftmenge zu verändern. Ein elektromechanisches Stellglied 18, beispielsweise in Form eines Gleichstrommotors oder eines Schrittmotors, umfaßt eine drehbare Ausgangswelle (nicht gezeigt), die mechanisch mit dem Ansaugluftventil 16 beispielsweise durch eine Zahnradanordnung (nicht dargestellt) ver bunden ist. Die Drehposition der Ausgangswelle des Stellgliedes 18 wird durch Veränderung eines elektrischen Stellstromes i_t geregelt, der von ei nem Drosselregelungsmodul 44, beispielsweise durch eine Pulsbreiten modulierte Regelung der vier Gatter einer handelsüblichen Voll-H-Brücke (nicht gezeigt) für eine bidirektionale Stromregelung, ausgegeben wird. Durch zeitlich abgestimmte Veränderung des Stellstromes i_t wird eine hochauflösende, schnell ansprechende Positionsregelung des Ansaugluft ventils 18 für eine Regelung des von dem Motor angesaugten Luftmassen stroms geschaffen. Das Stellglied 18 kann ein handelsübliches elektrome chanisches Hochleistungsstellglied sein, das für eine dynamische, schnell ansprechende Positionierung sorgt, die bei der elektronischen Drosselre gelung bestimmter Motorbetriebszustände, wie Betriebszuständen mit großem angesaugten Luftmassenstrom (hohe Motorlast), erforderlich ist. Die Drehposition des Ansaugluftventils 16 wird durch einen herkömmli chen potentiometrischen Positionssensor 20 in ein Drehpositionssignal TP umgeformt.

Das Drosselregelungsmodul 44 umfaßt eine herkömmliche Controller- Architektur mit bekannten Elementen, wie beispielsweise einer zentralen Verarbeitungseinheit (nicht gezeigt) und einer Eingabe/Ausgabe-Schal tung (nicht gezeigt). Im allgemeinen empfängt das Drosselregelungsmodul 44 Umformersignale sowie durch eine bidirektionale, serielle Datenverbin dung 46 von einem Motorregelungsmodul 36 Daten über den Motorbe triebszustand und erzeugt durch Ausführen einer Reihe gespeicherter Anweisungen in Form einer Regelungsroutine ein Stellsignal für das An saugluftventil 16, das, wie beschrieben, in einen Stellstrom i_t für das Stellglied 18 umgewandelt wird, um die Ausgangswelle des Stellgliedes 18 auf eine gewünschte Drehposition zu bewegen. Bei geschlossenen Regel kreisen, die noch beschrieben werden, erhält das Drosselregelungsmodul 44 das Signal Tp.

Mit Hilfe eines von dem Benutzer betätigbaren Gaspedals 24, das von dem Benutzer niedergedrückt wird, wird der gewünschte Motorbetriebszustand eingestellt. Der Grad des Niederdrückens des Gaspedals 24 aus seiner Ruheposition wird von einem herkömmlichen potentiometrischen Positi onssensor 26 in ein Pedalstellungssignal PPS umgeformt, das als Rege lungseingang an das Drosselregelungsmodul 44 übertragen wird und das als Anzeige für den gewünschten Motorbetriebszustand dient.

Die angesaugte Luft, die durch das Ansaugluftventil 16 einströmt, wird in einen Ansaugkrümmer 21 zur Verteilung auf Ansaugkanäle mehrerer Motorzylinder (nicht gezeigt) geleitet. Der Absolutdruck der angesaugten Luft im Ansaugkrümmer 21 wird von einem herkömmlichen Druckmesser 22 in ein Absolutdrucksignal MAP umgeformt. Der barometrische Umge bungsdruck wird von einem herkömmlichen barometrischen Drucksensor (nicht gezeigt) erfaßt oder alternativ bei festgelegten Betriebszuständen, bei denen beispielsweise der Druckabfall im Ansaugluftventil 16 im we sentlichen Null beträgt, auf den Druckwert eingestellt, der durch das Si gnal MAP dargestellt wird.

Die angesaugte Luft wird mit einer eingespritzten Kraftstoffmenge ver mengt und den Motorzylindern zur Verbrennung zugeführt, um einen in jedem Zylinder hin und her bewegbaren Kolben (nicht gezeigt) anzutrei ben, wobei die Kolben mechanisch mit einer Motorausgangswelle 30 ver bunden sind, um diese anzutreiben. Die Rotationsgeschwindigkeit der Ausgangswelle 30 wird als Motordrehzahl bezeichnet und von einem her kömmlichen Hall-Sensor 32 oder einem Sensor mit variablem magneti schen Widerstand erfaßt, der in unmittelbarer Nähe zur Ausgangswelle 30 positioniert ist und das Durchlaufen von an der Ausgangswelle 30 ausge bildeten Zähnen oder Kerben (nicht gezeigt) erfaßt und in ein Drehzahlsi gnal RPM umformt. In den Zylindern des Motors während des Verbren nungsprozesses entstehenden Abgase werden aus den Zylindern und durch Abgasleitungen 34 abgeleitet.

Eine Abgasrückführleitung 42 mündet mit ihrem ersten Ende in der Ab gasleitung 34 und mit ihrem zweiten Ende in den Ansaugkrümmer 21, um Abgas aus der Abgasleitung 34 in den Ansaugkrümmer 21 zurückzufüh ren und somit die in den Motor angesaugte Luft mit Abgasen zu vermi schen, damit der Sauerstoffgehalt der angesaugten Luft reduziert und die Verbrennungstemperaturen verringert werden, wie es bei bekannten Ver fahren zur Verringerung von Stickoxiden NO_x üblich ist. Ein Abgasrück führungsventil 38 in Form eines elektrisch geregelten Solenoids ist in der Abgasrückführleitung 42 angeordnet und spricht auf ein Abgasstellsignal EGR an, um die durch die Abgasrückführleitung 42 strömende Abgas menge zu verändern und somit die der angesaugten Luft zugegebene Ab gasmenge zu regeln. Dem Abgasrückführungsventil 38 ist ein potentio metrischer Positionssensor 40 zugeordnet, der einen beweglicher Fühler, beispielsweise einen Kontaktarm, aufweist, der sich mit einem Zapfen (nicht gezeigt) des Abgasrückführungsventils 38 mitbewegt, wobei sich ein vom Positionssensor 40 erzeugtes Abgasdrosselungssignal EGRPOS ver ändert, das den Drosselungsgrad anzeigt, der durch die geregelte Ventil position des Abgasrückführungsventils 38 eingestellt ist.

Das Motorregelungsmodul 36 umfaßt einen Mikrocontroller bekannter Art mit einer Regelungs- und -logikschaltung und Standardspeichervorrich tungen, die Nur-Lese-Speichervorrichtungen umfassen, in denen eine Viel zahl Routinen zum Ausführen von Motorregelungs- und -diagnoseverfah ren gespeichert sind. Jede Routine umfaßt eine Abfolge von Anweisungen, die durch den Mikrocontroller im Anschluß an zuvor festgelegte Motor ereignisse oder auf zeitlich abgestimmter Basis ausgeführt werden. Eine dieser Routinen, die in Anschluß an jedes aufeinanderfolgende Zylinder ereignis während des Betriebes des Motors wiederholt ausgeführt werden kann, ist eine Kraftstoffregelungsroutine, bei der ein Einspritzsignal FUEL in Form eines Pulsbreiten modulierten Signales ausgegeben wird, das der gewünschten Öffnungszeit der Kraftstoffeinspritzvorrichtung entspricht und das an eine Kraftstoff-Dosiereinrichtung 28 weitergeleitet wird, wäh rend der unter Druck stehende Kraftstoff durch die Kraftstoffeinspritzvor richtung dem aktiven Motorzylinder zugeführt wird, um das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Motorzylinder einzustellen. Das Einspritzsi gnal FUEL wird von der Kraftstoff-Dosiereinrichtung 28 in einen Stell strom i_f umgewandelt, der an die Kraftstoffeinspritzvorrichtung des akti ven Motorzylinders, d. h. des Zylinders, der gerade seinen Verdichtungs hub ausführt, angelegt wird. Wie beschrieben, wird die eingespritzte Kraftstoffmenge mit der angesaugten Luftmenge im Ansaugrohr 12 oder direkt im Motorzylinder gemischt und im Motorzylinder gezündet.

Das Motorregelungsmodul 36 empfängt eine Vielzahl von Eingangssigna len, die die beschriebenen Signale EGRPOS, MAF, MAP, RPM und BARO umfaßt, und erzeugt durch Ausführen der beschriebenen Routinen das Einspritzsignal FUEL und andere Regelungsbefehle, wie beispielsweise die Einstellung des Zündzeitpunktes. Die serielle Datenverbindung 46 be kannter Art sorgt für eine bidirektionale Datenübertragung zwischen der Standard-Eingabe/Ausgabe-Schaltung des Motorregelungsmoduls 36 und des Drosselregelungsmoduls 44. Informationen über den gegenwärtigen Motorbetriebszustand, die beispielsweise die gegenwärtige Motordrehzahl und die Motorlast umfassen, können über die Verbindung 46 zu dem Drosselregelungsmodul 44 übertragen werden. Das Drosselregelungsmo dul 44 kann seinerseits Informationen an das Motorregelungsmodul 36 durch die Datenverbindung 46 zurückleiten, wie beispielsweise die gegen wärtige Pedalposition, die aus dem Signal PPS abgeleitet wird, und die befohlene Stellung des Ansaugluftventils 16.

Die Vorgänge zur Erzeugung des Stellbefehls für das Ansaugluftventil 16 und zum Ausgeben des Befehls an das Drosselregelungsmodul 44 durch die serielle Datenverbindung 46 sind in Fig. 2 beginnend mit Schritt 200 schrittweise veranschaulicht. Die Vorgänge von Fig. 2 werden ungefähr alle 18,75 Millisekunden während eines Motorzündungszyklus ausgeführt. Ein Motorzündungszyklus ist als die Motorbetriebsperiode definiert, die nach einem manuellen Starten des Motorregelungsmodul 36 (vgl. Fig. 1) durch den Benutzer folgt.

Durch die in Fig. 2 gezeigten Abläufe wird ein gewünschter Regelungsbe fehl für das Ansaugluftventil 16 erzeugt, damit der Motor während eines Hochleistungsbetriebes mit niedrigen Motoremissionsraten arbeitet, sowie der Regelungsbefehl für das Ansaugluftventil 16 in erfindungsgemäßer Weise geändert, damit die Regelung der angesaugten Luftmenge synchro nisiert zu den anderen Motorregelungssystemen wie der Kraftstoffdosie rung und der Abgasrückführung verläuft. Die Routine beginnt in Schritt 200 und fährt bei einem nächsten Schritt 202 fort, bei dem Eingangs signale wie die beschriebenen Signale RPM, MAP, MAF, EGRPOS und BARO erfaßt werden. Des weiteren werden von der Datenverbindung 46 übertragene serielle Daten, einschließlich des gegenwärtigen Pedalstel lungssignales PPS, das die aktuelle Verstellung des Gaspedals 24 aus sei ner Ruheposition anzeigt, und einer kurz zuvor bestimmten gegenwärtigen Ventilstellung Pv, die die aktuelle Stellung des Ansaugluftventils 16 als Funktion des Signals Tp anzeigt, in Schritt 202 weiter verarbeitet. Als nächstes wird in Schritt 204 die gegenwärtige Pedalposition als eine Funktion des durch die Datenverbindung 46 empfangenen Signales PPS gelöst. Anschließend werden in einem nächsten Schritt 206 eingehende Signale zur Regelung des Ansaugluftventils 16 als Eingangsfunktionswerte nachgeschlagen, die zur Einstellung einer gewünschten Position des An saugluftventils 16 beitragen können. Die Signale umfassen die gegenwär tige Pedalposition, einen Ausgangswert einer herkömmlichen Drosselfol gerfunktion, eine Reiseregelungsfunktion, eine Traktionsregelungsfunkti on und eine Anti-Blockier-Bremsen-Regelungsfunktion, die alle während eines Motorzündungszyklus von Zeit zu Zeit aktiv sein können, um die gewünschte Position des Ansaugluftventils 16 in an sich bekannter Weise zu beeinflussen.

Eine gewünschte Ventilstellung Pd des Ansaugluftventils 16 wird als nächstes in einem Schritt 208 als vorbestimmte Funktion der Werte be rechnet, die in Schritt 206 nachgeschlagen wurden. Die gewünschte Ven tilstellung Pd wird als nächstes in Schritt 210 für die Kraftstoffdosierung verwendet, die die gewünschte Kraftstoffmenge in Form des Einspritzsi gnales FUEL bestimmt und durch deren Einsatz die durch das Ansaug luftventil 16 einströmende, angesaugte Luftmenge mit der eingespritzten Kraftstoffmenge zur Einstellung eines gewünschten Luft-Kraftstoff-Ver hältnisses im Motor, wie beispielsweise einem stöchometrischen Verhält nis, vermischt wird. Die gewünschte Ventilstellung Pd kann auf jegliche Weise für die Bestimmung der Kraftstoffdosierung bereitgestellt werden, so beispielsweise durch Speichern der gewünschten Ventilstellung Pd in ei nem Speicherbereich, auf den für die Kraftstoffdosierung Zugriff genom men werden kann.

Im Anschluß an Schritt 210 wird in Schritt 212 eine unmittelbar vorher gespeicherter, zuvor eingestellte Ventilstellung OLDPc für das Ansaugluft ventil 16 nachgeschlagen. In einem nächsten Schritt 214 wird eine Diffe renz ΔPd zwischen der zuvor eingestellten Ventilstellung OLDPc und der gewünschten Ventilstellung Pd berechnet, um eine aktuelle Zeitände rungsrate der befohlenen Position von dem kurz zuvor ausgegebenen Po sitionsbefehl zur gegenwärtigen gewünschten Position des Ansaugluftven tils 16 anzuzeigen. Als nächstes wird in einem Schritt 216 eine zulässige maximale Änderungsrate MAXΔ als eine Funktion bestimmt, die propor tional zur durch das Signal RPM (vgl. Fig. 1) angezeigten Motordrehzahl ist:

MAXΔ = K . RPM,

wobei der Verstärkungsfaktor K mit Hilfe eines herkömmlichen Kalibrie rungsprozeßes durch Beobachtung der maximal regelbaren zeitlichen Än derungsrate der Kraftstoffdosierung, der Abgasrückführung oder einem anderen Motorregelungsprozeß festgelegt wird, der mit der Regelung der angesaugten Luftmenge als eine Funktion der Motordrehzahl koordiniert werden muß. Beispielsweise wird in dieser Ausführungsform der Verstär kungsfaktor K so eingestellt, daß eine Zunahme der angesaugten Luft menge pro Motorzylinder von nicht mehr als acht Prozent für jede Dre hung von 120 Winkelgraden der Motorausgangswelle 30 (Fig. 1) zulässig ist. Das lineare Modell zur Bestimmung der maximalen Änderungsrate MAXΔ dieser Ausführungsform stellt nur ein Beispiel für die vielfältigen, gemäß der Erfindung einsetzbaren Möglichkeiten dar, die Einstellung des Ansaugluftventils 16 aufgrund Ansprechbegrenzungen anderer Rege lungsprozesse wie der Kraftstoffdosierung oder der Abgasrückführung zu verändern. Nichtlineare Modelle, die Informationen über eine Änderung der Motordrehzahl und Änderungen anderer Motorparameter, wie bei spielsweise Änderungen der Motorlast, der Motortemperatur, der Stellglied versorgungsspannung oder ähnliche Änderungen, umfassen, können verwendet werden, um die maximale Änderungsrate MAXΔ zu bestimmen. Während beispielsweise die Motortemperatur zunimmt, können die An sprechempfindlichkeiten der Regelungssysteme zur Kraftstoffdosierung und zur Abgasrückführung schwanken. Das Modell kann derartige Ände rungen durch ein Verändern der maximalen Änderungsrate MAXΔ be rücksichtigen, so daß sich die Ansprechzeit des Ansaugluftregelungssy stems mit der Ansprechzeit der anderen Regelungssysteme verändert. Tat sächlich kann jeder Parameter, der geeignet ist, die Ansprechzeit eines Regelungssystems zu beeinflussen, und der mit dem Ansaugluftregelungs system synchronisiert sein sollte, bei dem Bestimmungsverfahren zum Erzeugen der maximalen Änderungsrate MAXΔ mitberücksichtigt werden. Zur Bildung des Bestimmungsverfahrens kann ein herkömmlicher Kali brierungsprozeß verwendet werden, wobei das Bestimmungsverfahren als eine mathematische Funktion, die auf einer Vielzahl Motorparameter, wie beispielsweise der Motordrehzahl, der Motortemperatur, der einströmen den Luftmenge und ähnliches, basieren kann, oder in Form einer her kömmlichen Nachschlagtabelle gespeichert werden kann.

Wie Fig. 2 weiter zeigt, wird nachdem in Schritt 216 die maximale Ände rungsrate MAXΔ bestimmt worden ist, in einem nächsten Schritt 218 die Differenz ΔPd mit der maximalen Änderungsrate MAXΔ verglichen. Wenn die Differenz ΔPd der gewünschten Position des Ansaugluftventils 16 die maximale Änderungsrate MAXΔ überschreitet (vgl. Schritt 218), wird in einem nächsten Schritt 220 eine einzustellende Ventilstellung Pc für das Ansaugluftventil 16 als eine Kombination der kurz vorher bestimmten, zuvor eingestellen Ventilstellung OLDPc und der maximalen Änderungs rate MAXΔ bestimmt. Genauer gesagt wird die einzustellende Ventilstel lung Pc bei zunehmender Verstellung des Ansaugluftventils 16 als Summe aus der zuvor eingestellten Ventilstellung OLDPc und der maximalen Än derungsrate MAXΔ und bei abnehmender Verstellung des Ansaugluftven tils 16 als Differenz zwischen der zuvor eingestellten Ventilstellung OLDPc und der maximalen Änderungsrate MAXΔ bestimmt, so daß der Stellstrom i_t nicht mehr, als um den Betrag der maximalen Änderungsrate MAXΔ von der kurz zuvor eingestellten Ventilstellung OLDPc abweicht. Wird dagegen in Schritt 218 festgestellt, daß die Differenz ΔPd nicht größer als die ma ximale Änderungsrate MAXΔ, ist also die gegenwärtige gewünschte Positi onsänderung des Ansaugluftventils 16 nicht größer als der bestimmte Grenzwert, wird die einzustellende Ventilstellung Pc für das Ansaugluft ventil 16 in einem nächsten Schritt 222 auf die aktuell gewünschte Ventil stellung Pd eingestellt. Im Anschluß an den Schritt 220 wird die einzu stellende Ventilstellung Pc an die Eingabe/Ausgabe-Regelungsschaltung des Motorregelungsmoduls 38 zur seriellen Übertragung an das Drossel regelungsmodul 44 über die serielle Datenverbindung 46 ausgegeben.

Die einzustellende Ventilstellung Pc wird in den geschlossenen Regelkreis des Regelungssystemes für das Ansaugluftventil 16 eingespeist, der eine Reihe von Vorgängen ausgeführt, die schrittweise in Fig. 3 veranschau licht sind und später beschrieben werden. Wie Fig. 2 weiter zeigt, werden, nachdem die einzustellende Ventilstellung Pc durch die Datenverbindung 46 an das Drosselregelungsmodul 44 ausgegeben worden ist, die gegen wärtigen Werte der Ventilstellungen Pd und Pc in einer Standardspeicher vorrichtung des Motorregelungsmoduls 36 von Fig. 1 zur Verwendung bei der nächsten Iteration der Routine von Fig. 2 gespeichert. In Schritt 226 wird die gewünschte Ventilstellung Pd des Ansaugluftventils 16 als OLDPd und die eingestellte Ventilstellung Pc als OLDPc gespeichert. Die Routine nach Fig. 2 springt dann in Schritt 228 zu anderen Vorgängen wie bei spielsweise zu anderen Regelungsvorgängen oder bekannten Diagnose- oder Wartungsvorgängen zurück, die währenddessen in Betrieb waren oder die zeitweilig ausgesetzt worden sind, damit die Schritte in dem Ver fahren nach Fig. 2 ausgeführt werden konnten.

In Fig. 3 ist eine Reihe von Regelungsvorgängen dargestellt, die einen Re gelkreis bilden, der von dem Controller des Drosselregelungsmoduls 44 nach Fig. 1 ungefähr alle drei Millisekunden während der Motorzün dungszyklen ausgeführt werden, wobei der Regelkreis in dieser Ausfüh rungsform als Proportional-Integral-Differential-Regelungsfunktion arbei tet, aber der Regelkreis bei Anwendung gewöhnlicher Fachkenntnisse auch auf jede moderne oder klassische Regelungstrategie ausgedehnt werden kann. Die Regelungsvorgänge nach Fig. 3 dienen im allgemeinen dazu, die tatsächliche Position des Ansaugluftventils 16, die durch das Signal Tp angezeigt wird, auf eine gewünschte Position einzuregeln, die durch die einzustellende Ventilstellung Pc definiert wird, damit eine ge wünschte Motorleistung und gewünschte Motoremissionen eingestellt werden. Die Vorgänge in Fig. 3 beginnen bei jeder Unterbrechung oder bei jedem Ereignisses auf Zeitbasis, in dieser Ausführungsform ungefähr alle drei Millisekunden, in Schritt 300. In einem nachfolgenden Schritt 302 wird der gegenwärtige Wert des Signals Tp eingelesen. Als nächstes wird in Schritt 304 die gegenwärtige Ventilstellung Pv des Ansaugluftventils 16 als eine Funktion von TP bestimmt. Beispielsweise kann eine Vielzahl ab getasteter oder gelesener TP-Werte durch einen herkömmlichen Verzöge rungsfilterprozeß geleitet werden, um in Schritt 304 die gegenwärtige Ventilstellung Pv zu ermitteln. Als nächstes wird in Schritt 306 ein Fehler wert Ep der Position des Ansaugluftventils 16 als eine Differenz zwischen der einzustellende Ventilstellung Pc, die durch die in Fig. 2 geschilderten Abläufe bestimmt worden ist, und der gegenwärtigen Ventilstellung Pv be stimmt. Der Fehlerwert Ep muß durch die Regelungsvorgänge nach Fig. 3 regelbar minimiert werden. Als nächstes wird ein Regelungsbefehl, der an das Stellglied 18 des Ansaugluftventils 16 auszugeben ist, als eine Funkti on von Ep beispielsweise wie folgt bestimmt:

CMD = Kp . Ep + Ki . ∫(Ep)dt + Kd . d(Ep)/dt,

wobei jeweilige proportionale, integrale und differenzielle Verstärkungen Kp, Ki und Kd durch herkömmliche Kalibrierungsverfahren in Überein stimmung mit anwendungsspezifischen Leistungskriterien für geschlosse ne Regelkreise bestimmt werden. Der Befehl CMD wird als nächstes in ei nem Schritt 310 an eine Antriebsschaltung weitergeleitet, die einen ent sprechenden Stellstrom i_t erzeugt, der an das Stellglied 18 (vgl. Fig. 1) an gelegt werden kann. Beispielsweise kann CMD die Form eines Tastver hältnisbefehls annehmen, der an Starkstromschalter eines herkömmli chen H-Brückenstromes angelegt wird, um die H-Brücke so zu richten, daß ein geforderter Stellstrom erzeugt wird. Der Stellstrom i_t wird dann in einem nächsten Schritt 312 von der Antriebsschaltung an das Stellglied 18 angelegt, um die Ausgangswelle des Stellgliedes 18 in eine gewünschte Drehposition zu bewegen. Die Routine von Fig. 3 endet in einem nächsten Schritt 314, um zu anderen Routinen zurückzukehren, die vor Ausfüh rung der Schritte in Fig. 3 abliefen und die ausgesetzt worden waren, da mit die Routine in Fig. 3 ausgeführt werden konnte, und um diese wieder aufzunehmen.

Das elektronisches Drosselregelungssystem zur Regelung der Ansaugluft menge des Verbrennungsmotors paßt die Ansprechempfindlichkeit zur Regelung der Ansaugluftmenge selektiv an, damit sie mit anderen Motor regelungssystemen wie der Kraftstoffdosierung und der Abgasrückführung entsprechend der Ansprechempfindlichkeit dieser anderen Regelungssy steme synchronisiert verläuft und damit sie die Synchronisierung aufrecht erhalten bleibt, um die Emissionen zu minimieren und die Leistung und Stabilität des Motors zu maximieren, die durch den aktuellen Betriebszu stand des Motors angezeigt werden.

Claims

1. Verfahren zur Regelung eines in einen Verbrennungsmotor ange saugten Luftmassenstromes, mit dem die Regelung des angesaugten Luftmassenstromes an die Regelung mindestens eines weiteren Re gelungssystems des Verbrennungsmotors angepaßt wird, indem
mindestens ein Motorparameter (RPM) ermittelt wird, der die An sprechempfindlichkeit des weiteren Regelungssystems auf eine Än derung eines Betriebszustandes des Verbrennungsmotors darstellt,
eine maximal zulässige Änderungsrate (MAXΔ) auf Grundlage des ermittelten Motorparameters (RPM) bestimmt wird,
eine gewünschte Änderung (Pd) des angesaugten Luftmassenstro mes und damit eine Änderung des Betriebszustandes des Verbren nungsmotors erfaßt wird,
eine Änderungsrate (ΔPd) des angesaugten Luftmassenstromes auf Grundlage der gewünschten Änderung (Pd) gebildet wird,
die Änderungsrate (ΔPd) mit der maximal zulässigen Änderungsrate (MAXΔ) verglichen wird, und
der angesaugte Luftmassenstrom entsprechend einer einzustellen den Änderung (Pc) geregelt wird, die der gewünschten Änderung (Pd) entspricht, wenn die Änderungsrate (ΔPd) zumindest kleiner als die maximal zulässige Änderungsrate (MAXΔ) ist, und die auf die maxi mal zulässige Änderungsrate (MAXΔ) begrenzt wird, wenn die Ände rungsrate (ΔPd) die maximal zulässige Änderungsrate (MAXΔ) über schreitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Regelung des angesaugten Luftmassenstromes mit der Regelung des weiteren Regelungssy stems des Verbrennungsmotors synchronisiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das weitere Regelungssystem zur Dosierung des der Verbrennung zugeführten Kraftstoffes dient.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das weitere Regelungssystem zur Regelung des teilweise zurückgeleiteten Abgases des Verbrennungs motors dient, das dem dem Verbrennungsmotor zugeführten Luft- Kraftstoff-Gemisch zugegeben wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei:
die maximal zulässige Änderungsrate (MAXΔ) als Funktion des Mo torparameters (RPM) und einer Ansprechgrenze (K) des weiteren Re gelungssystems des Verbrennungsmotors, die auf Grundlage wenig stens eines weiteren Motorparameters abgeschätzt wird, bestimmt wird,
die Änderungsrate (ΔPd) ein Differenzwert zwischen der gewünsch ten Änderung (Pd) des Luftmassenstromes und einer zuvor einge stellten Änderung (OLDPc) des Luftmassenstromes ist, und
die einzustellende Änderung (Pc) des Luftmassenstromes als eine Funktion der zuvor eingestellten Änderung (OLDPc) des Luft massenstromes und der maximal zulässigen Änderungsrate (MAXΔ) berechnet wird, wenn die Änderungsrate (ΔPd) die maximal zulässi ge Änderungsrate (MAXΔ) überschreitet.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei:
zum Ermitteln der Ansprechgrenze (K) mehrere Ansprechgrenzen des Regelungssystems aufgestellt werden, die als Funktion des wei teren Motorparameters über einen Betriebsbereich des Verbren nungsmotors abschätzt werden,
eine Aufstellung maximal zulässiger Änderungsraten (MAXΔ) als Funktion der aufgestellten Ansprechgrenzen festlegt wird,
zum Festlegen des zur Bestimmung der maximal zulässigen Ände rungsrate (MAXΔ) dienenden Motorparameters (RPM) ein Eingangs signal abgetastet wird, das einen gegenwärtigen Wert des Motorpa rameters (RPM) anzeigt, und
die zum Vergleich mit der Änderungsrate (ΔPd) zu verwendende ma ximal zulässige Änderungsrate (MAXΔ) auf Grundlage des als Ein gangssignal abgetasteten Motorparameters (RPM) aus der Aufstel lung der maximal zulässigen Änderungsraten ausgewählt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Regelung des angesaugten Luftmassenstromes ferner an die Regelung eines zweiten Regelungs systems angepaßt wird, das die teilweise zurückgeleitete Abgasmen ge regelt, die dem dem Verbrennungsmotor zugeführten Luft- Kraftstoff-Gemisch zugegeben wird, indem:
mehrere Ansprechgrenzen des zweiten Regelungssystems aufgestellt werden, die als Funktion des weiteren Motorparameters über den Betriebsbereich des Verbrennungsmotors abgeschätzt werden, und
zum Bestimmen der maximal zulässigen Änderungsrate (MAXΔ) die Aufstellung der maximal zulässigen Änderungsraten als Funktion der aufgestellten Ansprechgrenzen des ersten Regelungssystems, das zur Dosierung des dem Verbrennungsmotor zugeführten Kraft stoffes dient, und der aufgestellten Ansprechgrenzen des zweiten Regelungssystems gebildet ist, das zur Abgasrückführung dient.

8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei:
ein Ansprechen des weiteren Regelungssystems auf die Änderung des Betriebszustandes des Verbrennungsmotors als Funktion des die Änderung des Betriebszustandes darstellenden Motorparameters (RPM) gemessen wird,
maximal zulässige Änderungsraten aufgestellt werden, die als Funktion des gemessenen Ansprechens des Regelungssystems er zeugt werden,
der Motorparameter (RPM) als ein Eingangssignal abgetastet wird, das den gegenwärtigen Wert des Motorparameters (RPM) anzeigt, und
die zum Vergleich mit der Änderungsrate (ΔPd) zu verwendende ma ximal zulässige Änderungsrate (MAXΔ) mit Hilfe des abgetasteten Eingangssignals aus der Aufstellung der maximal zulässigen Ände rungsraten ausgewählt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, mit dem der Öffnungsgrad mindestens eines in einem Ansaugrohr (12) des Verbrennungsmotors angeord neten Ansaugluftventils (16) zum Regeln des anzusaugenden Luft massenstromes verändert wird.