DE3020493A1

DE3020493A1 - Verfahren zum steuern des ansaugluftdurchsatzes bei einem brennkraftmotor

Info

Publication number: DE3020493A1
Application number: DE3020493A
Authority: DE
Inventors: Kenji Keura
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1979-05-29
Filing date: 1980-05-29
Publication date: 1980-12-11
Anticipated expiration: 2000-05-30
Also published as: FR2457974B1; DE3020493C2; JPS55160135A; DE3020493C3; GB2051423B; GB2051423A; FR2457974A1; JPS6115258B2; US4344398A

Description

TER MEER · MÜLLER ■ STEINMEISTER Nissan GQ27/119(3)

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft ein l/erfahren zum Steuern des Ansaugluftdurchsatzes bei einem Brennkraftmotor selektiv/ entweder mit rückgekoppelter Steuerung oder Steuerung mit offenem Regelkreis, uobei ein Stellglied eines Luftdurchsatzsteuerventils mittels eines Steuersignals aktiviert wird.

In den zurückliegenden -Jahren hat sich die Verschmutzung der Atmosphäre durch in den Kraftfahrzeug-Abgasen enthaltene Schadstoffe uiie Stickoxide NG , Kohlenmonoxid CD, schwefelsäurehaltige Gase u.dgl. zu einem weltweiten Problem entwickelt. Andererseits sind die Preise für Kraftfahrzeug-Treibstoffe uiie Benzin und Dieselöl uegen begrenzter Vorkommen ständig im Steigen begriffen. Zur Vermeidung der Umweltbelastung durch Abgase und zur besseren Treibstoffausnutzung ist es notwendig, schon bei leerlaufendem Motor eine genaue Drehzahlkontrolle durchzuführen.

Zur Steuerung des Luftdurchsatzes wird ein elektrisch betätigbares mechanisches Element, beispielsweise ein

„„ in einem Lufteinlaßkanal angeordnetes elektromagnetisches Ventil verwendet, welches durch das Steuersignal aktiviert wird. Das Steuersignal ist ein Impulssignal mit veränderbarem Steuerverhältnis, nach dem die Ein- und Ausschaltperiaden des elektromagnetisch betätigbaren Luftdurchsatzsteuerventils bestimmt werden. Die dem Steuerverhältnis entsprechende Nutzimpulsbreite des Steuersignals bestimmt die Einschaltdauer des Ventils. Derartige mechanische Luftdurchsatzsteuerelemente haben sag. Tot- oder Unempfindlichkeitsberexche, bei denen ihr Ansprechver-

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halten auf das Steuersignal erheblich vermindert ist. Gelangt das Steuerverhältnis in den Unempfindlichkeitsbereich des mechanischen Ventils, dann spricht dieses verzögert an. .

8ei einem in Fig. 3 der anliegenden Zeichnung schematisch dargestellten bekannten Steuerverfahren uirddurph die Summe aus einem Offen-Steuersignal S. (Steuerung mit offenem Regelkreis) und einem Rückkopplungs-Steuersignal S„ ein Steuersignal S, gebildet. Das Offen-Steuersignal S. be-1ü ruht auf der Motor- oder Kühlmitteltemperatur, und das Rückkopplungs-Steuersignal entspricht der Ist-Drehzahl und der Differenz zwischen der Ist— und einer unter Berücksichtigung der Kühlmitteltemperatur festgelegten Bezugs-Mocordrehzahl. Bei laufendem Motor führen Drehzah- und Motortemperaturerhöhungen zu einer laufenden Absenkung der Steuersignale S^.und S„, die in den Entweder über einem maximalen Verhältnis K₁, oder unter einem

minimalen Verhältnis K. liegenden Unempfindlichkeitsbereich des mechanischen Steuerventils führt. Beim Start des Motors an einem Punkt T ujird über einen Zeitraum ÜJ. der Luftdurchsatz auf dem Rückkopplungsujege gesteuert und entsprechend den Bedürfnissen erhöht. Danach ujird das Steuersignal zur Erreichung des normalen Steuerverhältnisses reduziert. Wenn dann zu diesem Zeitpunkt bei T das Fahrzeug anfährt und die Steuerung mit offenem Regelkreis durchgeführt uiird, liegt das' Rückkopplungs-Steuersignal S„ auf einem Wert fest, der unmittelbar vor dem Start des Fahrzeugs eingestellt uar. Da in diesem Augenblick die Motordrehzahl laufend von dem Anfangsuert der Rückkopplungssteuerung absinkt, ist das Steuersignal Sp während des Zeitraumes L·),. negativ, folglich auch sein

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Festwert negativ. Wegen der Erhöhung der Motartemperatur erfolgt eine Reduzierung des Dffen-Steuersignals S . Bei der Steuerung mit offenem Regelkreis sinkt das Steuersignal jedoch nicht weiter als bis auf null ab, was in Fig. 3 mit S ' bezeichnet ist. Das Steuersignal S, ist auf null festgelegt und tritt damit in den Unempfindlichkeitsbereich S, ein, folglich spricht das Steuerventil verzögert an. Wenn, nachdem das Fahrzeug über einen Zeitraum üJ_ gefahren ist, zu einem Zeitpunkt T-,

1G der Motor wieder leerläuft, dann geht die Steuerung wieder zur Rückkopplungssteuerung über, und zu diesem Zeitpunkt bleibt das Steuersignal S_ auf dem vorher festgelegten tiJert, der klein'er als null ist. Aufgrund der Umschaltung der Steuerart und wegen Luftmangels wird das Rückkopplungssteuersignal S., stark ansteigen, um den geforderten Luftdurchsatz zu erreichen. Da jedoch zu diesem Zeitpunkt das Steuersignal S-, unter dem Minimalwert K liegt, befindet sich das angesteuerte mechanische Ventil in seinem Unempfindlichkeitsbereich

2D und wird während eines Zeitintervalls T so schwach reagieren, daB der Motor nicht genügend Luft bekommt und möglicherweise stenenbleibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren zum Steuern des Ansaugluftdurchsatzes so zu verbessern, daß dieser Nachteil vermieden und das Ansprechverhalten des mechanischen Luftdurchsatzsteuerventils verbessert wird.

Die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe ist kurzgefaßt im Patentanspruch 1 angegeben.

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Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen enthalten.

Ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens besteht darin, das dem mechanischen Luftdurchsatzsteuerventil zugeführte Steuersignal durch Korrektur auf einen Bereich zu begrenzen, der den Unempfindlichkeitsbereich des Uentils vermeidet. Über einem Maximalverhältnis und unter einem Minimalverhältnis liegende Steuersignalujerte werden unterdrückt.

Dadurch ujird die Regel-Charakteristik der Ventilsteuerung wesentlich verbessert und der Luftdurchsatz optimal dem Bedarf des Motors angepaßt.

Die Maximal- und Minimal-üJerte des Steuerverhältnisses entsprechen einer gegebenen maximalen und minimalen Nutzimpulsbreite des Steuer-Impulssignals. Vorzugsweise wird das Steuerverhältnis auf einen zwischen 10% und B0% liegenden Bereich des sonst üblichen Steuerverhältnisses beschränkt (100% = 1 Zyklus des Impussignals). Dadurch kann das Steuerverhältnis nienals in den ünenpfindlichkeitsbereicli Jes elektrisch angesteuerten Luftdurchsatzsteuerventils gelangen.

Nachstehend werden einige die Merkmale der Erfindung aufweisende Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf eine Zeichnung, die auch den Stand der Technik umfaßt, näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Steuerung des Ansaugluftdurchsatzes bei einem Brennkraftmotor,

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Fig.. 2 eine Hennlinia bezüglich der Abhängigkeit

einer Bezugs-Matordrehzahl von einer Motor-Kühlmitteltemperatur,

Fig. 3 eine grafische Darstellung der in der Be-Schreibungseinleitung erläuterten bekannten

Luftdurchsatzsteuercharakteristik,

Fig. if eine ähnliche grafische Darstellung einer erfindungsgemäßen Steuercharakteristik für den Fall einer laufenden Reduzierung des IQ Steuerverhältnisses,

Fig. 5 eine Fig. k ähnliche Darstellung, bei der die Veränderung des Steuerverhältnisses durch ein Haximalverhältnis begrenzt uiird,

Fig. 6 eine grafische Darstellung einer gegenüber Fig. 5 modifizierten erfindungsgemäBen

Steuercharakteristik mit einem auf den Maximalwert begrenzten Steuerverhältnis, und

Fig. 7 ein Flußdiagramm eines erfindungsgemäßen 2Q Steuerprogramms zur Begrenzung der Steuer

verhältnis-Änderungsrate entsprechend den in Fig. k bis G dargestellten Charakteristiken,

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Einleitend sei darauf hingewiesen, daß die nachstehend beschriebene Vorrichtung zum Steuern des Ansaugluftmengenverhältnisses im allgemeinen für jede Art von Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen geeignet ist, die ein computergesteuertes Treibstoff-Einspritzsystem besitzen. Der Motor kann durch einen am Fahrzeug angebrachten Mikrocomputer gesteuert sein.

Gemäß Fig. 1 steht jeder Zylinder 12 des Brennkraftmotors 10 mit einem Lufteinlaßkanal 20 in Verbindung, zu dem ein Ansaugstutzen 22 mit einem Luftreiniger 24 für atmosphärisehe Luft, ein in Strömungsrichtung weiter hinten angeordneter Ansaugluftmengenmesser 26, eine Drosselkammer 28 mit einer an ein nicht dargestelltes Gaspedal angeschlossenen Drosselklappe 30 zur Regulierung des Einlaßluftmengenverhältnisses und ein Einlaßstutzen 32 gehören, der mehrere in Fig. 1 nicht dargestellte Verzweigungen besitzt. Obwohl in Fig. 1 nicht so dargestellt, kann der Luftmengenmesser auch noch mit einem anderen Motorsteuersystem verbunden sein, beispielsweise zur Bestimmung des Brennstoffeinspritzmengenverhältnisses. In dem Einlaßstutzen 32 befindet sich eine Einspritzdüse 34. Das Mengenverhältnis des durch diese Düse eingespritzten Brennstoffes erfolgt über ein nicht dargestelltes elektromagnetisches Betätigungselement, welches in bezug auf die Einspritzmenge, den Einspritzzeitpunkt und dgl. durch das andere Steuersystem nach verschiedenen Motorparametern angesteuert wird. Statt im Einlaßstutzen 32 kann die Einspritzdüse 34 bekanntlich auch in der Brennkammer des Zylinders 12 angeordnet sein.

Ein in die Drosselkammer 28 mündender Leerlaufkanal 36 besitzt in Strömungsrichtung vor und hinter·der Drosselklappe 30 je eine Endöffnung 38 und 40 und bildet somit eine überbrückung der Klappe. Eine in dem Leerlaufkanal

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angeordnete Leerlauf Justierschraube 42 ist in geeigneter-' Weise von Hand justierbar. Ein in dem Lufteinlaßkanal 20 angeordneter Bypasskanal 44 mündet mit einem Ende 46 zwischen den Elementen 26 und 30, und mit dem anderen Ende 48 in Strömungsrichtung hinter der Drosselklappe 30 nahe dem Einlaßstutzen 32, so daß er die Drosselklappe 30 überbrückt.

Ein in dem Bypass 44 befindliches Leerlauf-Regulierventil 50 enthält zwei durch eine Membran 56 getrennte Kammern und 54, von denen letztere mit der Atmosphäre verbunden ist. Dieses Ventil unterteilt den Bypass 44 in zwei oberhalb und unterhalb der öffnung 57 des Ventils 50 gelegenen Abschnitte 43 und 45. Ein an der öffnung 57 befindlicher Ventilkörper 58 ist durch einen Schaft 60 so mit der Membran 56 verbunden, daß er-zwischen einer geöffneten Ventilstellung, wo die Abschnitte 43 und 45 des Bypasskanals 44 miteinander in Verbindung stehen, und einer geschlossenen Stellung verschiebbar ist. Eine Schraubendruckfeder 64 in der Kammer 52 spannt die Membran 56 in der Zeichnung nach unten vor, wo der Ventilkörper 58 von einem Ventilsitz 62 abgehoben und so normalerweise geöffnet ist.

Die Kammer 52 des Leerlaufregulierventils 50 ist an' eine Kammer 66 eines Druckregulierventils 68 als konstante Unterdruckquelle über einen Unterdruckkanal 67 angeschlossen. Eine Membran 72 unterteilt das Ventil 68 in zwei Kammern •66 und 70, von denen die Kammer 66 nur einen Kanal 74 mit dem Einlaßstutzen 32 zwecks Anschluß an. dessen Unterdruck verbunden ist. Die Kammer 70 mündet in bekannter Weise in die Atmosphäre. An der Membran 72 ist gegenüber einem an dem Ende des Kanals 74 angeordneten Ventilsitz 78'ein Ventilkörper 76 angeordnet. In den Kammern 66 und 70 befindet sich je eine Schraubendruckfeder 71 bzw. 73, und diese halten die Membran 72 durch annähernd·gleiche Federkräfte in einer neutralen Position. Obwohl nicht dargestellt, kann die Kammer 66 auch an ein Steuerventil zur Abgasrück-

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führung angeschlossen sein, um einen Teil des durch einen Abgaskanal 80 strömenden Abgases in den Einlaßstutzen 32 zurückzuführen.

Je nach der Druckdifferenz zwischen der Unterdruckkammer

66 und dem atmosphärischen Druck in der Kammer 70 wird die Membran 72 nach oben oder unten verschoben. Dabei wird der Ventilkörper 76 mehr oder weniger von seinem Ventilsitz 78 abgehoben, um auf diese Weise einen Referenz-Unterdruck für das Leerlaufregulierventil 50 einzustellen. Dieser Referenz-Unterdruck gelangt über den Unterdruckkanal

67 mit Mündung 69 in die Kammer 52 des Ventils 50. Die kleine öffnung 69 begrenzt Unterdruckänderungen in Richtung auf die Kammer 52 und glättet so die Ventiltätigkeit,

Die Kammer 52 von Ventil 50 steht ferner über einen Luftkanal 81 mit einer Kammer 82 eines Lufteinlaßventils 84 in Verbindung, welches durch eine Membran 88 in zwei Kammern 82 und 86 unterteilt ist. Die Kammer 82 ist über einen Kanal 90 oberhalb der Drosselklappe 30 mit dem Lufteinlaßkanal 20 verbunden. Ein in der Kammer 86 befindlicher Elektromagnet 92 wird durch Signalimpulse auf der Grundlage eines Steuersignals aus einem später beschriebenen Steuersignalgenerator in Verbindung mit einem Mikrocomputer elektrisch betätigt. Mit der Membran 88 ist ein durch den Elektromagneten 92 bewegbarer Ventilkörper 94 angeordnet. Im Betrieb wird der Elektromagnet auf der Grundlage des Steuersignals mit veränderter Impulsbreite angesteuert und dadurch das Verhältnis zwischen den öffnungs- und Schließperioden des Ventilkörpers 94 so verändert, wie es zur Steuerung des zum Lufteinlaßventil 84 fliessenden Luftmengenverhältnisses erwünscht ist. Eine Schraubendruckfeder 96 in der Kammer 86 spannt die Membran mit dem Ventilkörper 94 gegen das Ende des Kanals 90 vor, um den Ventilkörper 94 gegen einen Ventilsitz 98 am Ende des Kanals 90 zu legen. Durch Unterdruck von dem Druckregulierventil 68 wird die Membran 56 mit dem Ventilkörper

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zur Steuerung des Luftdurchsatzes durch den Bypasskanal 44 bewegt. Durch Steuerung des Luftdurchsatzes durch den Lufteinlaßkanal 84 und den Kanal 81 wird der Unterdruck . in der Kammer 52 kontrolliert,
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Im Leerlaufzustand des Motors 10 ist die Drosselklappe 30 weitgehend geschlossen, um die Einlaßluft abzusperren. Folglich gelangt im Leerlauf die Ansaugluft weitgehend durch den Leerlaufkanal 36-und den Einlaß 44 in den Motor.

Den Luftdurchsatz durch den Leerlaufkanal 36 bestimmt die Justierschraube 42, und den Luftdurchsatz durch den Bypasskanal 4 4 bestimmt weitgehend das Leerlaufregulierventil 50, welches über den Kanal 74, das Ventil 68 und den Kanal 67 an den Unterdruck im Einlaßstutzen 32 angeschlossen ist. Der Unterdruck in Kammer 52 wird reguliert durch atmosphärische Ansaugluft, welche durch den Kanal 90, das Ventil 84 und den Kanal 81 strömt, über den Ventilkörper 58 wird der Luftdurchsatz durch den Kanal 44 über den Unterdruck in Kanal 52 gesteuert. Da die Motordrehzahl von dem Einlaßluftdurchsatz abhängt, kann sie im Leerlaufzustand des Motors 10 durch Regulieren des Luftdurchsatzes durch den Leerlaufkanal 36 und den Bypasskanal 44 gesteuert werden.

Die Steuerung des Luftdurchsatzes und damit der Motordrehzahl kann statt über den Elektromagneten 92, wie nachstehend beschrieben, auch manuell über die Leerlauf-Justierschraube 42 erfolgen. Die Justierschraube 42 dient im wesentlichen dazu, die Ausgangs-Leerlaufdrehzahl einzustellen.

Ein ferner in Fig. 1 dargestellter Mikrocomputer 100 zur automatischen Steuerung des Luftmengenverhältnisses enthält einen Zentralprozessor (CBU) 102, eine Speichereinheit 104 und als Interface eine Eingabe/Ausgabeeinheit 106. Von verschiedenen Fühlern erhält der Mikrocomputer

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- 13 folgende Eingangssignale:

a) Mit jedem einzelnen Grad oder mit jedem bestimmten Wert über einem Grad des Kurbelwellenwinkels einen Kurbelwellenimpuls, und über einen Kurbelwellenwinkelfühler 110 bei jedem vorgegebenen Kurbelwellenwinkel einen Kurbelwellen-Standardimpuls. Dabei wird die Umdrehung einer Kurbelwelle. 112 abgetastet;
·

b) Von einem in ein Kühlmittel 118 innerhalb eines den Zylinder 12 umgebenden Kühlmittelkanals 116 eingetauchten Temperaturfühler 114 ein Kühlmitteltemperatursignal. Ein von dem Fühler 114 erzeugtes temperaturabhängiges Analogsignal wird durch

einen Anaiog/DigitalwandXer 120 in ein binärkodiertes Digitalsignal umgesetzt, welches zur Verarbeitung durch den Mikrocomputer 100 geeignet ist und in die Einheit 106 eingespeist wird;

c) Ein Drosselklappenwinkelsignal, welches von einem mit einem veränderlichen Widerstand 124 ausgestatteten Winkelfühler 122 analog erzeugt und durch einen Analog/Digitalwandler 126 in ein Digitalsignal umgewandelt wird;

d) Ein Neutralsignal (EIN/AUS-Signal) von einem Getriebeschalter 128;

e) Ein Fahrzeug-Geschwindigkeitssignal von einem Geschwindigkeitsfühler 130, der eingeschaltet ist, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner als ein gegebener Wert von beispielsweise 8 km/h ist;

f) Ein Batteriespannungssignal von einer Batterie 127 über einen Analog/Digitalwandler 129.

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Obgleich in der dargestellten Ausführungsform ein veränderlicher Widerstand 124 in dem Winkelfühler zur Abtastung der geschlossenen Drosselklappenstellung verwendet wird, . kann anstelle des Widerstandes ein Schalter eingesetzt werden, der geschlossen wird, wenn die Drosselklappe 30 geschlossen ist.

Fig. 2 zeigt grafisch die Beziehung zwischen einer Bezugsdrehzahl· N_c_„ und der Kühlmitteltemperatur T. Die Bezugs-

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drehzahl ist die gewünschte Motordrehzahl bei entsprechender Kühlmitteltemperatur, Das Nutzverhältnis des dem Elektromagneten 92 zugeführten Impulssignals basiert auf dem Steuersignal, welches der Bezugsdrehzahl N bei erfindungsgemäßer Steuerung mit offenem Regelkreis entspricht. Anstelle der Kühlmitteltemperatur als Steuer-Parameter für die Drehzahl könnten im Rahmen der Erfindung auch andere Faktoren herangezogen werden, beispielsweise die Motortemperatur.

Gemäß Fig.. 2 wird erfindungsgemäß unter normalen Fahrbedingungen das Kühlmittel zwischen 6O⁰C und 95⁰C erwärmt und die Motor-Leerlaufdrehzahl auf 600 U/min, gehalten. Sobald die Kühlmitteltemperatur den angegebenen Temperaturbereich überschreitet und überhitzt wird, erfolgt eine Erhöhung der Leerlaufdrehzahl auf maximal 1.400 U/min., um den Kühlmittelumlauf und den Luftdurchsatz durch einen nicht dargeste^ten Kühler zu erhöhen und den Motor wirksamer zu kühlen. Wenn dagegen die Kühlmitteltemperatur unter dem angegebenen Normalbereich liegt, wird die Leerlaufdrehzahl ebenfalls auf maximal 1.600 U/min, erhöht, um den Motor schnell zu erwärmen und die Leerlaufdrehzahl zu stabilisieren. Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht in der Festlegung einer Bezugsdrehzahl für eine bestimmte Niedrigtemperatur des Kühlmittels. Erfindungsgemäß ist für den spezifischen Niedrigtemperäturbereich zwischen 0⁰C und 30⁰C die spezifische Bezugsdrehzahl 1,400 U/min. Die Bezugsdrehzahl wird in dem genannten Temperaturbereich.

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konstant gehalten. Außer bei extrem kaltem Wetter wird die Kühlmitteltemperatur beim ersten Anlassen der Maschine normalerweise in diesem Bereich liegen. · ■

Bei der praktischen Steuerung mittels eines Mikrocomputers wird die Bezugsdrehzahl entweder unter Steuerung mit offenem Regelkreis oder mit geschlossenem Regelkreis (Rückkopplung) bestimmt. Bei der Rückkopplungssteuerung ist das Nutzverhältnis (das Verhältnis zwischen Impulsbreite und Impulszyklus) des dem elektromagnetischen Lufteinlaßventil 84 zugeführten Impulssignals die Basis des Steuersignals. Dieses entspricht nicht der Referenzdrehzahl N bei der Steuerung mit offenem Regelkreis und wird nach der Differenz zwischen der tatsächlichen und der Referenz-Motordrehzahl bestimmt. Die Rückkopplungssteuerung erfolgt entsprechend der über den Winkelfühler 122 bestimmten Drosselklappenposition, der Stellung des Getriebeschalters 128, der über den Fühler 130 ermittelten Fahrgeschwindigkeit und dergleichen. In jedem Fall erfolgt die Rückkopplungssteuerung unter Bezugnahme auf die Fahrzustände des Fahrzeugs, die vorher in den Mikrocomputer eingegeben worden sind, beispielsweise der Zustand, wo die Drosselklappe geschlossen und der Getriebewählhebel in Neutralposition steht, oder die Drosselklappe geschlossen und die Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner .als 8 km/h ist. Wenn die Fahrzustände die Durchführung der Rückkopplungssteuerung nicht erlauben, geht der Mikrocomputer zur Steuerung mit offenem Regelkreis nach Tabelle vor. Im letztgenannten Fall wird die Bezugs-Motordrehzahl N_gET als Steuersignal unter Bezugnahme auf die Kühlmitteltemperatur nach Tabelle bestimmt. Dabei gilt: das Steuersignal ist jenes Signal, welches das Impulsverhältnis des Impulssignals festlegt.

Die Tabellenwerte sind im ROM der Speichereinheit 104 abgespeichert und werden entsprechend der Kühlmitteltempe-■ ratur aufgesucht. Die nachstehende Tabelle gibt das Verhältnis zwischen der Kühlmitteltemperatur (TW) und der

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Sezugsdrehzahl ^ncj ^an> wobei die Tabelle jeweils in 32 Bytes irr dem ROM voreingegeben ist.

TABELLE

Kühlmittel temperatur TU (⁰C)	Bezugs- Drehzahl N_SET(U/min)	Kühlmittel temperatur TUJ	Bezugs- Drehzahl ^WSET
117 u. höher	1400	36,5	1225
104	10OD	33	1325
94	600	29,5	1400
60	600	22	1400
59,5	600	10	1400
55,5	725	1	1400
51,5	837,5	- 4	1425
47,5	937,5	-10,5	1475
43,5	1012,5	-16,5	1525
40,5	1100	-30 u.	1600

niedriger

Bei dem vorliegenden Beispiel steigt die Motardrehzahl in Schritten von je 12,5 U/min an- üJenn die Kühlmitteltemperatur zwischen zuiei gegebenen Werten liegt, iuird der Drehzahluert durch Interpolieren gefunden.

Der Mikrocomputer 100 ermittelt die Ist-Motordrehzahl N_Rp in Abhängigkeit von einem Signal eines Kurbelujellenuiinkelfühlers 110. Dann ermittelt der Mikrocomputer eine Differenz ΔίΜ ztdischen der Ist-Drehzahl N_RPM und der Bezugsdrehzahl Nq_FT· Auf der Grundlage der Ist-Drehzahl der Differenz ΔΝ ermittelt der Mikrocomputer 100 eine Proportionalkonstante als proportionales Element, und eine Integralkonstante als integrierendes Element eines Steuersignalgenerators. In Abhängigkeit von der bestimmten Proportionalkonstante und von der Integralkonstante uird die Nutzimpulsbreite eines Impuls-Steuersignals so bemessen, daß durch einen entsprechenden Einfluß auf das l/erhältnis zwischen den

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Ein- und AusschaltpEriodsn des l/entil-Elektromagneten 92 die Luftdurchsatzrate durch den Bypässkanal gesteuert uird.

Ferner ermittelt der Mikrocomputer laufend die Motorbetriebsbedingungeri bezüglich der Getriebeart, des Ein- oder Ausschaltzustands eines Neutral-Schalters 128 des Getriebes, des Ein- oder Ausschaltzustands eines Drosselklappenuinkelfühlers und/oder eines Geschuindigkeitsschalters, und des Abschältzustands eines Treibstoff zuf ührsystems. hJenn der Fühler den Schließzustand der Drosselklappe meldet und der Motor

1D stabil läuft, dann entscheidet der Mikrocomputer 100 auf Durchführung der Rückkopplungssteuerung, andernfalls führt er die Steuerung mit offenem Regelkreis durch. Bei dieser offenen Steuerung umfaßt das Steuerverhältnis S, bzw.. Steuersignal S-, eine Rückkopplungsrate S und eine Offen-Steuerrate S.. Bei der Rückkopplungssteuerung ändert sich die Rückkopplungsrate S„ in Abhängigkeit von der Ist-Drehzahi und von der Differenz Aw zwischen der Ist- und der Bezugs-Drehzahl, und dabei uiird diese Differenz ΔΝ auf null reduziert.

Wie eingangs erwähnt gibt es einen Totbereich bzw. einen Unempfindlichkeitsbereich des Lufteinlaßventils Bh₁ und falls das Steuersignal in diesen besonderen Bereich gelangt, wird es unmöglich den Luftdurchsatz und damit die Leerlauf drehzahl des Motors zu regeln. Um derartige Grenzzustände zu vermeiden uird für das Steuersignal ein Bereich zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert der IMutzirnpuls-

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breite festgelegt. Angenommen, das Rückkopplungssteuersignal S für Δΐ, das offene Steuersignal S für I_nUT und das Steuersignal S ( = AI + Iqm-[-) ist gleich oder kleiner als ein gegebener Minimaluert Κ,, z.B. 1Ώ% der Matardrehzahl, dann yird das Rückkopplungssteuersignal S^ nach 4l=K. - loyj korrigiert. Das Steuersignal S, kann also auf einen gegebenen Minimaluert K, begrenzt werden. Ist S, dagegen gleich oder größer als ein gegebener Maximal-

in uert K,,, dann uird bei der Korrektur ein M .Tialuert π

nicht überschritten. In diesem Fall werde, uie Signale S„ und S. nicht korrigiert. So uiird verhindert, daß das Signal in den Unempfindlichkeitsbereich der Ansteuerung des Lufteinlaßventils gelangt, die Regelung der Leerlauf drehzahl bleibt vielmehr, stets wirksam.

In Fig. 4 sind das Rückkopplungssteuersignal Sp, das offene Steuersignal S₁, das Steuersignal S, und der Minimaluert K, gegenübergestellt. Beim Anlassen des Motors zu einem Zeitpunkt T. sind beide Signale S^ ^unt* S. relativ hoch, entsprechend der Motorbelastung, anschließend werden beide Signale jedoch zunehmend kleiner, und auch das Steuersignal S-, iuird kleiner. Zu einem Zeitpunkt T₅ erreicht das Steuersignal S den Minimaluiert K. , und dann erfolgt die Korrektur des Rückkopplungssteuersignals S_?, damit dessen Wert K - Igyj- wird. üJenn zu einem Zeitpunkt T_fi das offene

Steuersignal S₁ seinen tiefsten Punkt erreicht hat, hat sich das Signal S„ entgegengesetzt proportional 3U erhöht, damit das Steuersignal S₃ gleichmäßig den Minimaluiert K, einhält. Nach Durchführung der offenen

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Steuerung in einem Zeitraum LJ„ erfolgt zum Zeitpunkt T., der Übergang zur Rückkopplungssteuerung, und damit steigen beide Signale S„ und S proportional an. Da zu diesem Zeitpunkt das Steuersignal S, nicht im Unempfindlichkeitsbereich (kleiner als S^) liegt, kann das Lufteinlaßventil sofort in Abhängigkeit von dem erhöhten Steuersignal S, ansprechen. So wird eine Ansprechverzögerung mit Motorstillstand wirksam verhindert.

Fig. 5 und 6 zeigen die Beziehungen zwischen dem Steuersignal und dem gegebenen Maximalverhältnis K,, bei der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung. Wird zu einem Punkt T„ bei offener Steuerung die Drosselklappe geschlossen und das Fahrzeug dadurch gebremst, dann erfolgt zur Erhöhung des Luftdurchsatzes eine Korrektur des Steuersignals S, durch Erhöhung des Signals S^. Sobald S., den Maximalwert K_H wegen starker Erhöhung des offenen Steuersignals S. überschreitet, wird S_? gemäß der Beziehung Al = K_H - Igy-r korrigiert. Bei sehr hohem Signaluert S. wird das Rückkopplungssteuersignal S auf einen recht kleinen Wert korrigiert, um durch Verminderung des korrigierten Steuersignals S^ einen Motorstillstand zu vermeiden. Bei T_Q ist das offene

Steuersignal S auf seinem IMormalwert angekommen, und auch das Steuersignal S, ist sehr niedrig, der Motor kann stehenbleiben. Obwohl bei T_c die Rückkopplungs-

steuerung einsetzt, kann mit der Erhöhung des Signals S„ auf den IMormalwert ein Motorstillstand wegen der Ansprechverzögerung zwischen T„ und TV nicht verhindert 3D werden.

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Gemäß Fig. 6 uird erfindungsgemäß bei einer Überhöhung des Steuersignals S^ über ein Steuerverhältnis von 80% hinaus das Signal auf das Maximalverhältnis K begrenzt, der in Fig. 2.U mit S "'bezeichnete Abscnnitt wird uegkorrigiert. Da gleichzeitig das Signal S„ nicht korrigiert wird, kann das Steuersignal S nach Beendigung der Verzögerungs-Korrektur unmittelbar auf den IMormaluert zurückkehren, der Motor uird nicht stehenbleiben.

Die Steuerujertkorrektur bei Fahrzeugbremsungen erfolgt augenblicklich, daher sind die Zeiteinheiten in Fig. 5 und 6 gegenüber Fig. 2 sehr kurz.

In dem Flußdiagramm (Fig. 7) eines Programms zur Korrektur des Steuersignals entsprechend den gegebenen Minimal- und Maximal-Verhältnissen beim Beschleunigen oder Abbremsen des Fahrzeugs wird in einem Block 202 das Rückkopplungssteuerverhältnis Δ.Ι geprüft. Ist es gleich oder größer als null, dann uird in einem Block 204 die Summe aus dem Rückkopplungssteuerverhältnis ZiI und dem offenen Steuerverhältnis I_nMy in einem Register A gesetzt. LJird in einem Block 206 festgestellt, daß die Summe die Kapazität von 8 Bits, d.h. 256 überschreitet, dann uird der Speicheruert in Register A in Block 212 durch den geraden Maximalwert K_u ersetzt. Ist die Summe kleiner als 256, wird sie

in einem Block 208 mit dem Minimalverhältnis K.. verglichen. Ist diese Summe größer als das Minimalverhältnis, erfolgt ein weiterer Vergleich mit dem Maximalyerhältnis Kj, in Black 210. Übersteigt die

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Summe das Maximalverhältnis, dann uird der Speicheruiert in Register A mit Block 212 durch das Maximalverhältnis K_u ersetzt,
π

Ist Al kleiner als null, wird in Block 214 die Summe aus Δΐ und I_n,,_T in Register A gegeben. Ergibt ein Vergleich in Block 216, daß die Summe gleich oder größer als null ist, uiird in Block 208 geprüft, ob die Summe gleich oder kleiner als das Minimalverhältnis H. ist. Wenn ja, erfolgt in Block 218 die Korrektür des Steuerverhältnisses nachAI = K. - *Π|_ΙΤ* Gleichzeitig wird mit diesem Block die im Register A gespeicherte Summe durch das Minimalverhältnis H. ersetzt.

Nach Durchführung von Block 218 oder 212 erfolgt die Übertragung des Speicheruiertes von Register A zur Schnittstelle der Eingabe/Ausgabeeinheit zujecks Ausgabe, s. Block 220. Liegt der lüert der Summe zwischen dem Minimal- und dem Maximalverh"ältnis, dann uird der üJert aus dem Register A zur Schnittstelle übertragen (s. Block 220). Die Blöcke 204 und 214 dienen der Überlaufkontrolle der Summe aus dem Steuerverhältnissen Δΐ und

Obujohl bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel die Minimal- und Maximal-V/erhältnisse zur Begrenzung des Steuersignals vorgegeben sind, ist auch eine Direktsteuerung des Luftdurchsatzes möglich, insbesondere uienn ein elektronisch gesteuertes Einspritzsystem eine Einheit zur Bestimmung oder Messung des Luftdurchsatzes enthält. Das Ausgangssignal dieser Einheit kann zur Bestimmung der Maximal- und Minimal-Uerhältnisse für

3D die Leerlaufregelung benutzt werden.

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TER MEER - MÜLLER · STEINMEISTER Nissan 0027/1 19(3)

Da, wie mehrfach vorstehend erläutert, bei wechselnder Matorbelastung zum Übergangszeitpunkt von der offenen zur rückgekoppelten Steuerung ein veränderter Luftbedarf nicht umgehend befriedigt wird, kann der Motor stehenbleiben. Deshalb ist für das offene Steuersignal ein Minimalverhältnis festgelegt, auf das sich die Rückkopplungssteuerung leicht einstellen kann. Hier bestimmen verschiedene ungleichmäßige Motorelemente das Minimalverhältnis. Wenn dann im Augenblick des Übergangs von der Rückkopplung zur offenen Steuerung das Steuersignal kleiner als das Minimalverhältnis ist, wird es auf das Minimalverhältnis korrigiert, (denn das Rückkopplungs-Steuersignal sehr klein ist im Uergleich zu dem Minimalverhältnis, dann wird zur Vermeidung von lästigen Sprüngen beim Übergang zur Steuerung mit offener Regelung und zur Verhütung eines erhöhten Schadstoffanteils im Abgas gemäß dieser Erfindung das Steuersignal schrittweise erhöht, z.B. um 0,5% für jeweils 128 Hurbelwellenumläufe, bis das Minimal-Verhältnis erreicht ist.

Q 30 0 5Oi0

Claims

PATENTANWÄLTE

TER MEER-MÜLLER-STEINMEISTER

Beim Europäischen Patentamt zugelassene Vertreter — Professional Representatives before the European Patent Office Mandataires agrees pres !'Office european des brevets

Dipl.-Chem. Dr. N. ter Meer Dipl.-lng. H. Steinmeister -.E. Müller

.D-BOOO MÜNCHEN 22 D-4800 BIELEFELD 1

WG0027/119(3)/SO
St/Gt/tg

WISSAN MDTQR CGMPAiMY, LTD. 2, Takara-cha , Kanagawa-ku , Yokrhama-shi, Kanagaua-ken, Japan

Verfahren zum Steuern des Ansaugluftdurchsatzes bei einem Brennkraftmotor

Priorität: 29. nai 1979, Japan, No. 5^-65661

PATENTANSPRÜCHE

1J, Verfahren zum Steuern des Ansaugluftdurchsatzes bei einem Brennkraftmotor· selektiv entweder mit rückgekoppelter Steuerung oder Steuerung mit offenem Regelkreis, wobei ein Stellglied eines Luftdurchsatzsteuerventils mittels eines Steuersignals aktiviert uird, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

- Bestimmung eines Steuerverhältni-sses für offene Regelung in Abhängigkeit von einer Motor-Kühl-

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ORIGINAL INSPECTED

TER MEER · MÖLLER · STEINMEiSTER Nissan DG27/119(3)

-Z-

mitteltemperatur,

- Bestimmung eines Rückkopplungs-Steuerverhältnisses in Abhängigkeit von einer Ist-Motordrehzahl und der Differenz zwischen der Ist- und einer aufgrund der Kühlmitteltemperatur festgelegten Bezugs-Motordrehzahl,

- Bestimmung, daB das dem Stellglied mährend der offenen Steuerung zugeführte Steuersignal ein Gffen-Steuerverhältnis und ein Rückkopplungs-Steuerverhältnis einschließt,und

- Festlegung eines maximalen und eines minimalen Steuersignalverhältnisses unter Berücksichtigung von Unempfindlichkeitsbereichen des Stellgliedes, um den Steuersignal-Bereich auf den zwischen den maximalen und minimalen Steuerverhältnissen liegenden Bereich zu beschränken.

Z. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das einen Elektromagneten enthaltende Stellglied durch das variable Ein- und Ausschaltperioden enthaltende Steuersignal angesteuert wird.

3. Uerfahren nach>Anspruch 1 oder Z, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Rückkopplungssteuerung das Steuerverhältnis durch Korrektur dem Minimal-Uerhältnis angeglichen uiird, uienn das Steuersignalverhältnis kleiner als das minimale Steuerverhältnis ist.

k. Uerfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal auf das maximale Verhältnis festgelegt wird, uienn die Summe aus dem Rückkapplungs- und aus dem Dffen-Steuerverhältnis das maximale Steuerverhältnis überschreitet.

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TER MEER · MÖLLER ■ STEINMEISTER . IMssan 0027/119(3)

5. V/erfahren nach Anspruch 3 oder ^t,

dadurch gekennzeichnet, daß das maximale Steuerverhältnis 80% und das minimale Steuerverhältnis 10% an Nutzimpulsbrei te des Steuersignals betragen.

6. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das Rückkopplungs-Steuerverhältnis mit einer gegebenen Anstiegsrate und in gegebenen Zeitgrenzen schrittweise erhöht wird, wenn es kleiner als das minimale Verhältnis ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß die gegebenen Zeitgrenzen für die Steuerverhältnis-Erhöhung eine Funktion des Motorumlaufes sind.

8. Verfahren nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß die gegebene Anstiegsrate bei 0,5% der Nutzimpulsbreite des Steuersignals liegt und die gegebenen Zeitgrenzen zur Erhöhung des Rückkopplungs-Steuerverhältnisses 128 Motorumlaufzyklen umfassen.

9. Verfahren nach Anspruch 6 oder 8,

dadurch gekennzeichnet, daß das minimale Verhältnis auf kW/a der Steuersignal-IMutzimpulsbreite festgelegt ist.

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