DE3020493C3 - Verfahren zum steuern des ansaugluftdurchsatzes bei einem brennkraftmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In den zurückliegenden Jahren hat sich die Verschmutzung der Atmosphäre durch in den Kraftfahrzeug-Abgasen enthaltene Schadstoffe wie Stickoxide NO_x, Kohlenmonoxid CO, schwefelsäurehaltige Gase und dergleichen zu einem weltweiten Problem entwickelt. Andererseits sind die Preise für Kraftfahrzeug-Treibstoffe wie Benzin und Dieselöl wegen 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. Aus der US-PS 36 61 131 ist ein Verfahren zur Steuerung der Drehzahl der Brennkraftmaschine anhand des Ansaugluftdurchsatzes bekannt, bei dem ein elektrisch betätigbares mechanisches Element, beispielsweise ein in dem Lufteinlaßkanal angeordnetes elektromagnetisches Ventil verwendet wird, welches durch ein Steuersignal aktiviert wird. Das Steuersignal ist ein Impulssignal mit veränderbarem Tastverhältnis, nach dem die Ein- und Ausschaltperioden des elektromagnetisch betätigbaren Luftdurchsatzsteuerventils bestimmt werden. Die dem Tastverhältnis entsprechende Nutzimpulsbreite des Steuersignals bestimmt die Einschaltdauer des Ventils. Derartige mechanische Luftdurchsatzsteuerelemente haben sogenannte Tot- oder Unempfindlichkeitsbereiche, bei denen das Ansprechverhalten auf das Steuersignal erheblich vermindert ist. Gelangt das Tastverhältnis des Steuersignals in den Unempfindlichkeitsbereich des mechanischen Ventils, so spricht dieses verzögert an.

Das bekannte Verfahren ist in Fig. 3 der Zeichnung schematisch dargestellt. Gemäß diesem Verfahren wird durch die Summe aus einem Offen-Steuersignal S₁ (Steuerung mit offenem Regelkreis) und einem Rückkopplungs-Steuersignal S₂ ein Steuersignal S₃ gebildet. Das Offen-Steuersignal S₁ beruht auf der Motor- oder Kühlmitteltemperatur, und das Rückkopplungs-Steuersignal entspricht der Ist-Dehzahl und der Differenz zwischen der Ist- und einer unter Berücksichtigung der Kühlmitteltemperatur festgelegten Bezugs-Motordrehzahl. Bei laufendem Motor führen Drehzahl und Motortemperaturerhöhungen zu einer laufenden Absenkung der Steuersignale S₁ und S₂, die in den entweder über einem maximalen Verhältnis K_H oder unter einem minimalen Verhältnis L_L liegenden Unempfindlichkeitsbereich des mechanischen Steuerventils führt. Beim Start des Motors an einem Punkt T₁ wird über einen Zeitraum W₁ der Luftdurchsatz auf dem Rückkopplungswege gesteuert und entsprechend den Bedürfnissen erhöht. Danach wird das Steuersignal zur Erreichung des normalen Tastverhältnisses reduziert. Wenn dann zu diesem Zeitpunkt bei T₂ das Fahrzeug anfährt und die Steuerung mit offenem Regelkreis durchgeführt wird, liegt das Rückkopplungs-Steuersignal S₂ auf einem Wert fest, der unmittelbar vor dem Start des Fahrzeugs eingestellt war. Da in diesem Augenblick die Motordrehzahl laufend von dem Anfangswert der Rückkopplungssteuerung absinkt, ist das Steuersignal S₂ während des Zeitraumes W₁ negativ, folglich ist auch sein Festwert negativ. Wegen der Erhöhung der Motortemperatur erfolgt eine Reduzierung des Offen-Steuersignals S₁. Bei der Steuerung mit offenem Regelkreis sinkt das Steuersignal jedoch nicht weiter als bis auf null ab, was in Fig. 3 mit S₃′ bezeichnet ist. Das Steuersignal S₃ ist auf null festgelegt und tritt damit in den Unempfindlichkeitsbereich S₄ ein, folglich spricht das Steuerventil verzögert an. Wenn, nachdem das Fahrzeug über einen Zeitraum W₂ gefahren ist, zu einem Zeitpunkt T₃ der Motor wieder leerläuft, dann geht die Steuerung wieder zur Rückkopplungssteuerung über, und zu diesem Zeitpunkt bleibt das Steuersignal S₂ auf dem vorher festgelegten Wert, der kleiner als Null ist. Aufgrund der Umschaltung der Steuerart und wegen Luftmangels wird das Rückkopplungssteuersignal S₃ stark ansteigen, um den geforderten Luftdurchsatz zu erreichen. Da jedoch zu diesem Zeitpunkt das Steuersignal S₃ unter dem Minimalwert K_L liegt, befindet sich das angesteuerte mechanische Ventil in seinem Unempfindlichkeitsbereich und wird während eines Zeitintervalls τ so schwach reagieren, daß der Motor nicht genügend Luft bekommt und möglicherweise stehenbleibt.

Aus der DE-OS 27 43 063 ist ein Verfahren zur Regelung des Luft-/Kraftstoff-Gemischverhältnisses einer Brennkraftmaschine (Lambda-Regelung) bekannt, bei dem die Dosierventile für die Luft- und die Brennstoffzufuhr über die Nutzimpulsbreite eines diesen Ventilen zugeführten Stellsignals gesteuert werden. Das Stellsignal wird erzeugt, indem ein von dem Rückkopplungssignal von der Lambda-Sonde abhängiges Analogsignal mit dem Signal eines Sägezahngenerators verglichen wird. Das Analogsignal ist durch Klemmschaltungen derart begrenzt, daß es stets um einen bestimmten Betrag größer als die minimale Amplitude des Sägezahnsignals und um einen bestimmten Betrag kleiner als die maximale Amplitude des Sägezahnsignals ist. Auf diese Weise werden die Nutzimpulsbreiten des Stellsignals in einem Bereich gehalten, in dem die Luft- und Kraftstoff- Dosierventile ein lineares Ansprechverhalten aufweisen. Bei diesem Verfahren zur Gemischregelung treten jedoch nicht die oben angesprochenen Probleme auf, die sich aus den Übergängen zwischen Regelung und Steuerung bei der Beeinflussung der Leerlaufdrehzahl ergeben.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung zur Steuerung oder Regelung der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftmaschine anzugeben, durch das ein besseres Ansprechverhalten des Luftdurchsatzsteuerventils bei Änderungen des Luftbedarfs infolge geänderter Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine, insbesondere bei Übergängen zwischen Steuerung und Regelung der Drehzahl, erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgedankens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nachfolgend werden einige die Merkmale der Erfindung aufweisende Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf eine Zeichnung, die auch Figuren zum Stand der Technik umfaßt, näher erläutert. Es zeigen

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

Fig. 2 eine Kennlinie bezüglich der Abhängigkeit einer Bezugs-Motordrehzahl von einer Motor-Kühlmitteltemperatur,

Fig. 3 eine grafische Darstellung der in der Beschreibungseinleitung erläuterten bekannten Luftdurchsatzsteuercharakteristik,

Fig. 4 eine ähnliche grafische Darstellung einer erfindungsgemäßen Steuercharakteristik für den Fall einer laufenden Reduzierung des Steuerverhältnisses,

Fig. 5 eine Fig. 4 ähnliche Darstellung, bei der die Veränderung des Steuerverhältnisses durch ein Maximalverhältnis begrenzt wird,

Fig. 6 eine grafische Darstellung einer gegenüber Fig. 5 modifizierten erfindungsgemäßen Steuercharakteristik mit einem auf den Maximalwert begrenzten Steuerverhältnis, und

Fig. 7 ein Flußdiagramm eines erfindungsgemäßen Steuerprogramms zur Begrenzung der Steuerverhältnis-Änderungsrate entsprechend den in Fig. 4 bis 6 dargestellten Charakteristiken.

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 atmosphärische 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 36 angeordnete Leerlaufjustierschraube 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 55 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 Abgasrückführung 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 58 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.

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 44 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 (CPU) 102, eine Speichereinheit 104 und als Interface eine Eingabe/Ausgabeeinheit 106. Von verschiedenen Fühlern erhält der Mikrocomputer 100 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 Analog/Digitalwandler 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.

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_SET und der Kühlmitteltemperatur T. Die Bezugsdrehzahl ist die gewünschte Motordrehzahl bei entsprechender Kühlmitteltemperatur. Das Nutzverhältnis des dem Elektromagneten 92 zugeführten Impulssignals basiert auf dem Steuersignal, welches der Bezugsdrehzahl N_SET 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 60°C und 95°C 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 dargestellten 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 Niedrigtemperaturbereich zwischen 0°C und 30°C die spezifische Bezugsdrehzahl 1.400 U/min. Die Bezugsdrehzahl wird in dem genannten Temperaturbereich 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_SET 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_SET 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 Kühlmitteltemperatur aufgesucht. Die nachstehende Tabelle gibt das Verhältnis zwischen der Kühlmitteltemperatur (TW) und der Bezugsdrehzahl N_SET an, wobei die Tabelle jeweils in 32 Bytes in dem ROM voreingegeben ist.

Tabelle

Bei dem vorliegenden Beispiel steigt die Motordrehzahl in Schritten von je 12,5 U/min an. Wenn die Kühlmitteltemperatur zwischen zwei gegebenen Werten liegt, wird der Drehzahlwert durch Interpolieren gefunden.

Der Mikrocomputer 100 ermittelt die Ist-Motordrehzahl N_RPM in Abhängigkeit von einem Signal eines Kurbelwellenwinkelfühlers 110. Dann ermittelt der Mikrocomputer eine Differenz ΔN zwischen der Ist-Drehzahl N_RPM und der Bezugsdrehzahl N_SET. Auf der Grundlage der Ist-Drehzahl der Differenz ΔN 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 wird die Nutzimpulsbreite eines Impuls-Steuersignals so bemessen, daß durch einen entsprechenden Einfluß auf das Verhältnis zwischen den Ein- und Ausschaltperioden des Ventil-Elektromagneten 92 die Luftdurchsatzrate durch den Bypasskanal gesteuert wird.

Ferner ermittelt der Mikrocomputer laufend die Motorbetriebsbedingungen bezüglich der Getriebeart, des Ein- oder Ausschaltzustands eines Neutral-Schalters 128 des Getriebes, des Ein- oder Ausschaltzustands eines Drosselklappenwinkelfühlers 122 und/oder eines Geschwindigkeitsschalters, und des Abschaltzustands eines Treibstoffzuführsystems. Wenn der Fühler 122 den Schließzustand der Drosselklappe meldet und der Motor 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 S₃ bzw. Steuersignal S₃ eine Rückkopplungsrate S₂ und eine Offen-Steuerrate S₁. Bei der Rückkopplungssteuerung ändert sich die Rückkopplungsrate S₂ in Abhängigkeit von der Ist-Drehzahl und von der Differenz ΔN zwischen der Ist- und der Bezugs-Drehzahl, und dabei wird diese Differenz ΔN auf null reduziert.

Wie eingangs erwähnt gibt es einen Totbereich bzw. einen Unempfindlichkeitsbereich des Lufteinlaßventils 84, und falls das Steuersignal in diesen besonderen Bereich gelangt, wird es unmöglich den Luftdurchsatz und damit die Leerlaufdrehzahl des Motors zu regeln. Um derartige Grenzzustände zu vermeiden, wird für das Steuersignal ein Bereich zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert der Nutzimpulsbreite festgelegt. Angenommen, das Rückkopplungssteuersignal S₂ für ΔI, das offene Steuersignal S₁ für I_OUT und das Steuersignal S₃ (=ΔI+I_OUT) ist gleich oder kleiner als ein gegebener Minimalwert K_L, z. B. 10% der Motordrehzahl, dann wird das Rückkopplungssteuersignal S₂ nach ΔI=K_L-I_OUT korrigiert. Das Steuersignal S₃ kann also auf einen gegebenen Minimalwert K_L begrenzt werden. Ist S₃ dagegen gleich oder größer als ein gegebener Maximalwert K_H, dann wird bei der Korrektur ein Maximalwert nicht überschritten. In diesem Fall werden die Signale S₂ und S₁ nicht korrigiert. So wird verhindert, daß das Signal in den Unempfindlichkeitsbereich der Ansteuerung des Lufteinlaßventils gelangt, die Regelung der Leerlaufdrehzahl bleibt vielmehr stets wirksam.

In Fig. 4 sind das Rückkopplungssteuersignal S₂, das offene Steuersignal S₁, das Steuersignal S₃ und der Minimalwert K_L gegenübergestellt. Beim Anlassen des Motors zu einem Zeitpunkt T₁ sind beide Signale S₂ und S₁ relativ hoch, entsprechend der Motorbelastung, anschließend werden beide Signale jedoch zunehmend kleiner, und auch das Steuersignal S₃ wird kleiner. Zu einem Zeitpunkt T₅ erreicht das Steuersignal S₃ den Minimalwert K_L, und dann erfolgt die Korrektur des Rückkopplungssteuersignals S₂, damit dessen Wert ΔI= K_L-I_OUT wird. Wenn zu einem Zeitpunkt T₆ das offene Steuersignal S₁ seinen tiefsten Punkt erreicht hat, hat sich das Signal S₂ entgegengesetzt proportional erhöht, damit das Steuersignal S₃ gleichmäßig den Minimalwert K_L einhält. Nach Durchführung der offenen Steuerung in einem Zeitraum W₂ erfolgt zum Zeitpunkt T₃ der Übergang zur Rückkopplungssteuerung, und damit steigen beide Signale S₂ und S₃ proportional an. Da zu diesem Zeitpunkt das Steuersignal S₃ nicht im Unempfindlichkeitsbereich (kleiner als S₄) liegt, kann das Lufteinlaßventil sofort in Abhängigkeit von dem erhöhten Steuersignal S₃ ansprechen. So wird eine Ansprechverzögerung mit Motorstillstand wirksam verhindert.

Fig. 5 und 6 zeigen die Beziehungen zwischen dem Steuersignal und dem gegebenen Maximalverhältnis K_H bei der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung. Wird zu einem Punkt T₇ bei offener Steuerung die Drosselklappe geschlossen und das Fahrzeug dadurch gebremst, dann erfolgt zur Erhöhung des Luftdurchsatzes eine Korrektur des Steuersignals S₃ durch Erhöhung des Signals S₁. Sobald S₃ den Maximalwert K_H wegen starker Erhöhung des offenen Steuersignals S₁ überschreitet, wird S₂ gemäß der Beziehung ΔI = K_H-I_OUT korrigiert. Bei sehr hohem Signalwert S₁ wird das Rückkopplungssteuersignal S₂ auf einen recht kleinen Wert korrigiert, um durch Verminderung des korrigierten Steuersignals S₃ einen Motorstillstand zu vermeiden. Bei T₈ ist das offene Steuersignal S₁ auf seinem Normalwert angekommen, und auch das Steuersignal S₃ ist sehr niedrig, der Motor kann stehenbleiben. Obwohl bei T₆ die Rückkopplungssteuerung einsetzt, kann mit der Erhöhung des Signals S₂ auf den Normalwert ein Motorstillstand wegen der Ansprechverzögerung zwischen T₈ und T₆ nicht verhindert werden.

Gemäß Fig. 6 wird erfindungsgemäß bei einer Überhöhung des Steuersignals S₃ über ein Steuerverhältnis von 80% hinaus das Signal auf das Maximalverhältnis K_H begrenzt, der in Fig. 24 mit S₃′′ bezeichnete Abschnitt wird wegkorrigiert. Da gleichzeitig das Signal S₂ nicht korrigiert wird, kann das Steuersignal S₃ nach Beendigung der Verzögerungs-Korrektur unmittelbar auf den Normalwert zurückkehren, der Motor wird nicht stehenbleiben.

Die Steuerwertkorrektur 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 ΔI geprüft. Ist es gleich oder größer als null, dann wird in einem Block 204 die Summe aus dem Rückkopplungssteuerverhältnis ΔI und dem offenen Steuerverhältnis I_OUT in einem Register A gesetzt. Wird in einem Block 206 festgestellt, daß die Summe die Kapazität von 8 Bits, d. h. 256 überschreitet, dann wird der Speicherwert in Register A in Block 212 durch den geraden Maximalwert K_H ersetzt. Ist die Summe kleiner als 256, wird sie in einem Block 208 mit dem Minimalverhältnis K_L verglichen. Ist diese Summe größer als das Minimalverhältnis, erfolgt ein weiterer Vergleich mit dem Maximalverhältnis K_H in Block 210. Übersteigt die Summe das Maximalverhältnis, dann wird der Speicherwert in Register A mit Block 212 durch das Maximalverhältnis K_H ersetzt.

Ist ΔI kleiner als null, wird in Block 214 die Summe aus ΔI und I_OUT in Register A gegeben. Ergibt ein Vergleich in Block 216, daß die Summe gleich oder größer als null ist, wird in Block 208 geprüft, ob die Summe gleich oder kleiner als das Minimalverhältnis K_L ist. Wenn ja, erfolgt in Block 218 die Korrektur des Steuerverhältnisses nach ΔI = K_L-I_OUT. Gleichzeitig wird mit diesem Block die im Register A gespeicherte Summe durch das Minimalverhältnis K_L ersetzt.

Nach Durchführung von Block 218 oder 212 erfolgt die Übertragung des Speicherwertes von Register A zur Schnittstelle der Eingabe/Ausgabeeinheit zwecks Ausgabe, s. Block 220. Liegt der Wert der Summe zwischen dem Minimal- und dem Maximalverhältnis, dann wird der Wert aus dem Register A zur Schnittstelle übertragen (s. Block 220). Die Blöcke 204 und 214 dienen der Überlaufkontrolle der Summe aus den Steuerverhältnissen ΔI und I_OUT.

Obwohl bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel die Minimal- und Maximal-Verhältnisse zur Begrenzung des Steuersignals vorgegeben sind, ist auch eine Direktsteuerung des Luftdurchsatzes möglich, insbesondere wenn ein elektronisch gesteuertes Einspritzsystem eine Einheit zur Bestimmung oder Messung des Luftdurchsatzes enthält. Das Ausgangssignal dieser Einheit kann zur Bestimmung der Maximal- und Minimal-Verhältnisse für die Leerlaufregelung benutzt werden.

Da, wie mehrfach vorstehend erläutert, bei wechselnder Motorbelastung 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. Wenn das Rückkopplungs-Steuersignal sehr klein ist im Vergleich zu dem Minimalverhältnis, dann wird zur Vermeidung von lästigen Sprüngen beim Übergang zu 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 Kurbelwellenumläufe, bis das Minimal-Verhältnis erreicht ist.

Claims (8)

1. Verfahren zur Steuerung oder Regelung der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftmaschine (10) durch Steuerung des Luftdurchsatzes durch einen parallel zu dem Ansaugrohr (20) der Brennkraftmaschine angeordneten Bypasskanal (44), bei dem auf der Grundlage von vorgegebenen Betriebsparametern der Brennkraftmaschine ein Stellsignal erzeugt wird, durch das ein Stellglied (84) entsprechend dem Tastverhältnis des Steuersignals periodisch erregt und entregt wird, und bei dem der Luftdurchsatz mit Hilfe eines in dem Bypasskanal angeordneten, durch das Stellglied gesteuerten Luftdurchsatz-Steuerventils (50) entsprechend dem Verhältnis zwischen den Ein- und Ausschaltperioden des Stellglieds (84) gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß

• - mit Hilfe eines Mikrocomputers (100) anhand von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine entschieden wird, ob eine Steuerung der Drehzahl oder eine Regelung der Drehzahl in einem geschlossenen Regelkreis durchgeführt wird,
• - für einen Steuerwert (S₃), der die Nutzimpulsbreite des Stellsignals bestimmt, obere und untere Grenzwerte (K_H, K_L) entsprechend einem Empfindlichkeitsbereich des Stellglieds (84) derart vorgegeben werden, daß das Stellglied zwischen diesen Grenzwerten ein lineares Ansprechverhalten aufweist,
• - der Steuerwert (S₃) von dem Mikrocomputer (100) auf der Basis eines Anteils (S₂) für die Regelung und eines Anteils (S₁) für die Steuerung berechnet wird, und
• - wenn während des Steuerbetriebs der Steuerwert (S₃) auf den unteren Grenzwert (K_L) absinkt, ein weiteres Absinken dieses Steuerwertes dadurch verhindert wird, daß der Anteil (S₂) für die Regelung entsprechend erhöht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn während des Regelbetriebs der Steuerwert (S₃) über den oberen Grenzwert (K_H) hinaus ansteigt, der Steuerwert (S₃) auf dem oberen Grenzwert (K_H) festgehalten wird, ohne daß der Anteil (S₂) für die Regelung korrigiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerwert (S₃) gleich der Summe aus dem Anteil (S₂) für die Regelung und dem Anteil (S₁) für die Steuerung ist und daß, wenn diese Summe während des Steuerbetriebs auf den unteren Grenzwert (K_L) absinkt, der Anteil (S₂) für die Regelung durch die Differenz (ΔI=K_L-I_OUT) zwischen dem unteren Grenzwert (K_L) und dem Wert (I_OUT) des Anteils für die Steuerung ersetzt wird.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Grenzwert (K_H) einem Tastverhältnis von 80% und der untere Grenzwert (K_L) einem Tastverhältnis von 10% entspricht.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil (S₂) für die Regelung in vorgegebenen Zeitgrenzen mit einer gegebenen Anstiegsrate erhöht wird, wenn sich für die Nutzimpulsbreite ein Wert unterhalb des vorgegebenen Minimalwertes ergibt

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitgrenzen für die Erhöhung des Anteils (S₂) für die Regelung eine Funktion der Drehzahl der Brennkraftmaschine sind.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anstiegsrate 0,5% der Nutzimpulsbreite des Steuersignals beträgt und daß die gegebenen Zeitgrenzen zur Erhöhung des Anteils (S₂) für die Regelung 128 Umlaufzyklen der Brennkraftmaschine umfassen.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Minimalwert der Nutzimpulsbreite einem Tastverhältnis von 40% entspricht.