DE3020618A1 - Vorrichtung und verfahren zum regulieren der drehzahl eines fahrzeug-brennkraftmotors - Google Patents
Vorrichtung und verfahren zum regulieren der drehzahl eines fahrzeug-brennkraftmotorsInfo
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Description
BESCHREIBUiMB
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Regulieren der Drehzahl eines Fahrzpug-Brennkraftmotars
.
Wach jüngsten Erkenntnissen sollte die Motordrehzahl bereits
im Leerlauf zustand genau kontrolliert uierden, um
die Abgase frei von Schadstoffen zu halten und den Treibstoff
verbrauch zu senken. Unter diesem Gesichtspunkt wurde eine Vorrichtung zur rückgekoppelten Steuerung der Motoransaugluftmenge
entwickelt, um die Ist-Drehzahl näher an
1Ü eine auf der Grundlage der Motortemperatur bestimmte
Bezugs-Drehzahl heranzubringen. Bei der bekannten Vorrichtung wird die Ist-Drehzabl durch Erhöhung der Ansaugluftmenge
angehoben, wenn die Ist-Drehzahl den Solluert unterschreitet.
Hierbei treten jedoch folgende Probleme auf:
Fährt das Fahrzeug mit einem von der Neutralstellung abweichenden Getriebestellung und wird durch Betätigung der
Bremse abgebremst, dann sinkt die Motordrehzahl entsprechend der Fahrgeschwindigkeit. Unter diesen Bedingungen ist die
Rückkopplungssteuerung bemüht, die Ist-Drehzahl durch Er-
2D höhung der Ansaugluftmenge zu erhöhen. Liegen des vorliegenden
Bremsvorgangs ist einerseits eine Erhöhung der
Motordrehzahl unmöglich, andererseits wirkt aber die Rückkopplungssteuerung
auf eine weitere Erhöhung der Ansaugluftmenge hin. Folglich arbeitet der Motor jetzt gegen die
Bremse, vermindert die Bremswirkung und erhöht den Bremsweg des Fahrzeugs in unerwünschter üleise.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung und das Verfahren der eingangs genannten Art so zu ver-
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bessern, daß die genannten Nachteile weitgehend vermieden
werden.
Die erfindungsgemäße Läsung der gestellten Aufgabe ist
kurzgefaßt varrichtungsseitig im Patentanspruch 1 und
werfahrensseitig im Patentanspruch 1G angegeben.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind
in Unteransprüchen enthalten.
Ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß im Fall eines vorgegebenen Motorbetriebszustand der Anstieg
der Ansaugluftmenge willkürlich begrenzt wird. Damit wird
unter den gegebenen Betriebsbedingungen ein weiterer Anstieg der Motardrehzahl verhindert. Durch dieses vorteilhafte
Steuerverhalten der erfindungsgemäßen Vorrichtung mird Treibstoff gespart und der Schadstoffanteil in den
Abgasen des Motors reduziert.
Erfindungsgemäß wird die gemessene Ist-Drehzahl mit einem
Drehzahl-Sollwert verglichen, entsprechend der ermittelten Drehzahlabweichung ein Differenzsignal erzeugt, welches
die Grundlage für ein von einem Signalgenerator abgegebenes Steuersignal ist, mit dem ein Steuerglied zwecks Beeinflussung
einer Ansaugluftmenge angesteuert wird. Eine Begrenzungseinrichtung
hält den Wert des Steuersignals unter einem vorgegebenen oberen Grenzwert, wenn ein varbestimmter MotQrbetriebszustand
vorliegt, um eine zu große Ansaugluftmengs
zu begrenzen. Das Vorhandensein des vorbestimmten Matorbetriebszustands
wird nach bestimmten Kriterien ermittelt, beispielsweise nach der Getriebepasition, der Drosselklappen-
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stellung, dem gegenwärtigen Drehzahl- und/oder Fahrgeschwindigkeitsbereich,
der Steuerungsart (Rückkopplung) ο.dgl.
Vorzugsweise erfolgt die Begrenzung des Steuersignalaertes
nach einer Exponentialfunktion, wenn der Steuersignalwert
den oberen Grenzwert überschreitet. Ferner kann das Steuersignal einen Proportionalanteil und einen Integralanteil
umfassen. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn eine in der Begrenzungseinrichtung enthaltene Subtraktionsstufe
1D den Integralanteil von dem Steuersignal abzieht.
Vorzugsweise übernimmt die Funktionen der Begrenzungseinrichtung
und der Rückkopplungssteuerung ein programmierter Mikrocomputer.
Nachstehend ujird ein die Merkmale der Erfindung aufweisendes
Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Übersicht zu einem
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,
L nd
2G Fig. 2 ef.n FluBdiagramm zu einem Dperationsprogramm
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Gemäß Fig. 1 ist die erfindungsgemäBe Vorrichtung zur
Drehzahlregulierung einem Brennkraftmotor mit elektronischer Treibstoffeinspritzung zugeordnet. Die Zylinder des
Motors 1 erhalten Luft von einem Luftreiniger 2 über einen Luftstrommesser 3, eine Drosselkammer k und die verschiedenen
Zuieige eines Ansaugluftkanals 5. In dem Luftkanalzuieig
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jedes Zylinders befindet sich ein Einspritzventil 6 zur
Treibstoffeinspritzung. Die Ansaugluftmenge ujird mittels
einer in der Drosselkammer angeordneten und mit einem
Gaspedal verbundenen Drosselklappe 7 konitrolliert. Im Leerlauf ist die Drosselklappe 7 fast vollständig geschlossen,
und ein durch einen Leerlaufkanal 8 gesaugter
Luftstrom kann durch eine darin befindliche Leerlaufstellschraube 9 verändert werden. Gleichzeitig fließt
Ansaugluft durch einen die Drosselklappe 7 umgehenden Bypass-Kanal 1G und uiird darin gesteuert durch ein in
dem Bypass-Kanal angeordnetes Leerlaufsteuerventil· 11.
Ein Leerlaufsteuerventil 11 umfaßt einen in dem Bypass-Kanal
1D angeordneten Wentilkörper 12, eine Unterdruckkammer
15 und eine darin angeordnete und mit dem Ventilkörper
12 verbundene Membran 13. Gegen die Kraft einer Feder 1*f bestimmt der Unterdruck in der Hammer 15 den
üffnungsquerschnitt des Uentilkörpers 12. In einer Unterdruckleitung
16, welche die Unterdruckkammer 15 mit einer in Strömungsrichtung hinter der Drosselklappe 7 gelegenen
2ü Stelle des Ansaugluftkanals 5 verbindet, ist ein Druckregelventil
17 angeordnet. Die Unterdruckkammer 15 ist:
ferner durch eine Luftleitung 18, in der ein Magnetventil
19 angeordnet ist, mit einer in Strömungsrichtung vor der Drosselklanpe 7, aber hinter dem Luftreiniger 2 gelegenen
Stelle des Ansaugluftkanals 5 verbunden. Durch den Dffnungsgrad
des Magnetventils 19 uiird die'Luftzufuhr und
damit die Größe des Unterdrucks in der Unterdruckkammer
reguliert, und auf diese üJeise uird der üffnungsgrad des
LeerlaufSteuerventils 11 gesteuert.
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Das Magnetventil 19 wird z.B. durch einen Mikrocomputer 20 gesteuert, der einen Mikroprozessor (CPU) 21, einen
Speicher 22 und eine Schnittstelleneinheit 23 umfaßt. Die Schnittstelleneinheit erhält Eingangsdaten von
verschiedenen Fühlern Dder Signalgebern, z.B. die von
einem Fühler Zk ermittelte Drehzahl des Matars 1 in
Digitalform. (In der Praxis werden von einem die ijJinkelposition einer Kurbelwelle abtastenden Fühler
als Lüinkelposittons-Bezugssignal ein Kalibrierimpulssignal
und ein Bezugsimpulssignal an die Schnittstelleneinheit 23 geleitet). Die Motor- bzui. Kühlujassertemperatur wird
von einem als Thermistor ausgebildeten Temperaturfühler
25 in analoger Form ermittelt und ein entsprechendes analoges Temperatursignal nach Umwandlung in einem
Analog/Digitalwandler 26 in Digitalform der Einheit 23
zugeführt. In ähnlicher Weise erhält die Schnittstelleneinheit 23 von einem Drosselklappenschalter 27 ein
EIN/AUS-Signal in bezug auf eine ganz geschlossene
Position der Drosselklappe 7, ein EIIM/AUS-Signal von
einem Getriebepositionsschalter 2Ö in bezug auf eine
Meutral-Stufe eines an den Motor angeschlossenen Getriebes
und ein EIN/AUS-Signal von einem eine bestimmte Fahrgeschwindigkeit ermittelnden Geschwindigkeitsschalter 29.
In Fig. 1 ist der Drosselklappenschalter 27 als Analogfühler mit einem veränderlichen Widerstand dargestellt,
dessen Ausgang über einen Analog/Digitaluiandler 3D digital umgesetzt wird, jedoch kann diese Anordnung durch
den zuvor erwähnten EII\l/AUS-Schalter ersetzt werden.
Die gewünschten Drehzahlen R0 (U/min) in Abhängigkeit von
den jeweiligen Motorbetriebsbedingungen wie beispiels-
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ueise der Motortemperatur sind vorher in dem Speicher
22 abgespeichert worden. Der Mikroprozessor 21 ermittelt aus Signalen iuie dem Ausgangssignal des Temperaturfühlers
25 den Matarbetriebszustand, liest dazu die entsprechende Soll-Drehzahl RQ aus, findet die Ist-Drehzahl
Rfl aus dem Ausgangssignal des Drehzahlfühlers Zk
und errechnet die Abweichung Δ R = Rfl - RQ.
Aus der Ist-Drehzahl Rfl und der Abweichung R errechnet
der Mikroprozessor 21 den Wert eines Steuersignals, mit
dem das IMutzimpulsverhältnis eines das Magnetventil ansteuernden Impulssignals verändert wird. Das (Mutzimpulsverhältnis
bestimmt das Verhältnis zwischen offenen (EIiM) und geschlossenen (AUS) Positionen des mit hoher
Schaltfolge arbeitenden Magnetventils 19, und auf diese Weise wird die Luftzufuhr zur Unterdruckkammer 15 gesteuert.
Entsprechend wird der üffnungsgrad des Leerlaufsteuerventils
11 verändert und die durch den Bypasskanal 10 strömende Luft reguliert. So wird durch Beeinflussung
der Ansaugluftmenge die Matardrehzahl rückge-
2ü koppelt gesteuert und die Ist-Drehzahl an die Soll-Drehzahl angepaßt. Falls erwünscht, kann das Steuersignal
einen Praportionalanteil mit Praportionaluiirkung
und einen Integralanteil mit integrierender Wirkung umfassen.
In Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der Schalter
oder Fühler 27, 28, 29 und van anderen Informationen
uiie über den Stand der Treibstoff zufuhr entscheidet
der Mikroprozessor 21, ob die Rückkopplungssteuerung
durchgeführt uiird oder nicht. Rückkopplungssteuerung
3D uiird nur bei einer ausdrücklich positiven Entscheidung
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durchgeführt, sonst wird mit offenem Regelkreis gesteuert.
Der Mikrocomputer 2G führt einen Begrenzungsvorgang
aus, er begrenzt im Fall eines bestimmten vorgegebenen Motorbetriebszustands den liiert des Steuersignals unter
einen vorgegebenen oberen Grenzwert.
Das in Fig. 2 in Form eines Flußdiagramms dargestellte
Programm wird beispielsweise mit jeder Motorumdrehung
1Ü einmal durchgeführt. In dem Programm gemäß Fig. 2 wird
in einem Schritt 31 zunächst entschieden, ob der tdert
des Steuersignals zu begrenzen ist oder nicht. Als Entscheidungsgrundlage für Schritt 31 werden die derzeitigen
Motorbetriebsbedingungen z.B. dahingehend überprüft, ob folgende Bedingungen (a) bis (e) erfüllt
sind:
(a) Getriebestellung nicht NEUTRAL,
(b) Drosselklappenschalter EIN (Klappe ganz geschlossen),
(c) Hotordrehzahl liegt in einem vorbestimmten Bereich
2Ü (z.B. 6DG bis 350 U/min),
(d) die Fahrgeschwindigkeit unterschreitet einen vorgegebenen
LtlErt (z.B. 12 km/h), und
(e) die Rückkopplungssteuerung ist in Betrieb.
Bei Erfüllung dieser Bedingungen lautet die Antwort in Schritt 31 3A, folglich wird die Begrenzungsoperation
durchgeführt. Damit geht das Programm zu einem Schritt
über, wo entschieden wird, ob ein zeitweilig in dem Speicher gespeicherte Ulert des Steuersignals größer als
ein oberer Grenzwert (der beispielsweise einer Ansaugluftmenge für einen Drehzahlbereich von 800 bis 900 U/min
entspricht) ist.
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Bei Antwort NEIN in Schritt 31 oder 32 springt das Programm
zu einem Schritt 39, uo der gespeicherte lüert in
einen Akkumulator in dem Mikroprozessor 21 übertragen wird, und dann springt das Programm zu einem Schritt
**Ώ, uio der Akkumulator-Inhalt als Steuersignal ausgegeben
ujird. D.h., der gespeicherte Uert wird als Ausgangssignal
abgegeben.
üei Antwort JA in Schritt 32 erfolgt mit einem Schritt die Berechnung der Abweichung zwischen dem gespeicherten
1ü Wert und dem oberen Grenzwert. Danach wird in Schritt 3k
die Abweichung durch 8 dividiert, beispielsweise durch Verschieben der Abweichung um drei Bits nach rechts, und
in einem Schritt 35 subtrahiert das Programm das Ergebnis von Schritt 3k von dem gespeicherter* Wert und speichert
das Subtraktionsergebnis in dem Speicher als neuen Speicherwert, welcher den alten üJert ersetzt.
.Sollte in 3k daff Teilungsergebnis kleiner als eins sein,
dann ist in Jedem Fall das Ergebnis = eins.
Zur Erhaltung eines stabilen Motorlaufs wird der Wert
des Steuersignals laufend über die Schritte 33 bis 35 vermindert. Lücken und schroffe Negativsprünge im Wert
des Steuersignals würden den Motorlauf stören. Außerdem wird der LJe rt des Steuersignals im V/erlauf der Schritte
33 bis 35 exponential vermindert, um es rasch an den oberen Grenzwert anzugleichen, falls es.weit ütxer diesem
liegen sollte.
In dem nach Schritt 35 folgenden Schritt 36 uiird entschieden,
ob das Subtraktionsergebnis (der neue Speicherwert)
kleiner als der obere Grenzwert ist. Bei Ant-
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wort NEIN geht das Programm direkt, bei Antuart JA über
einen Schritt 37 zu einem Schritt 38 war. In dem Schritt
37 wird der gespeicherte ülert gleich dem oberen Grenzwert
gemacht, und ein Integralanteil mit integrierender Wirkung wird null, falls ein solcher beteiligt ist.
Begründung; 1) üJird der gespeicherte Wert kleiner als
der obere Grenzwert C JA in Schritt 36 ), dann wird der
gespeicherte üJert dem oberen Grenzwert angeglichen, damit er nicht zu klein wird. 2) Da bei der Rückkapplungs-
1Q steuerung die Ist-Drehzahl nicht erhöht werden kann,
verringert sich nicht die Abweichung van dem gewünschten LJert. Dies führt zu einer laufenden Erhöhung des Integralanteils
in dem gespeicherten Wert aufgrund der integrierenden Wirkung. Wenn die Anordnung von der
Begrenzungsoperation mit einem zu weit erhöhten Integralanteil
im Steuersignal zum normalen Rückkopplungssteuerbetrieb zurückkehrt, besteht die Gefahr eines
sprunghaften Anstiegs der Drehzahl. Um diese Möglichkeit zu verhindern, wird der Integralanteil subtrahiert
2Ü und nur der Festanteil übriggelassen.
Mit Schritt 38 wird der neue Speicherwert in den Akkumulator
übertragen, und mit Schritt ^Q wird der Inhalt
des Akkumulators als Ausgangssteuersignal abgegeben.
Somit führt das Programm in dem Flußdiagramm von Fig. 2 die begrenzende Operation durch, nachdem es so entschieden
hat, indem es den gespeicherten Uert auf den oberen Grenzwert vermindert und auf diesem üJert hält, falls der
gespeicherte Wert größer als der obere Grenzwert ist.
Es wird verhindert, daß der gespeicherte Wert größer als der obere Grenzwert wird, falls der gespeicherte üJert
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kleiner als der obere Grenzwert .ist (von Anfang an
oder als Ergebnis der BegrenzungsoperBtian).
Erfindungsgemäß wird eine unerwünschte Abschuächung
des durch die Rückkopplungaateuaranbrdnung verursachten
Bremseffektes dadurch verhindert, daß im Fall eines vorbestimmten Motorbetriebszustanda der üJsrt des Steuersignals
zur Beeinflussung der Ansaugluftmenge unter
einen oberen Grenzwert beschränkt wird. Durch die Erfindung wird so eine unerwünschte Bremswegverlängerung
1D beim Abbremsen eines Fahrzeugs verhindert, das Fahrzeug kann mit weniger Bremspedaldruck zum Stillstand
gebracht werden.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ferner
der üJert des Steuersignals nach einer Expanentialfunktion
vermindert, um ihn schneller und harmonischer an den oberen Grenzwert anzugleichen, falls dieser liiert
weit über dem oberen Grenzwert liegen sollte.
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ORIGINAL INSPECTED
Claims (1)
- 020618PATENTANWÄLTETER MEER-MÜLLER-STEINMEISTERBeim Europäischen Patentamt zugelassene Vertreter — Professional Representatives before the European Patent Office Mandatalres agrees pres !'Office european des brevetsDipl.-Chem. Dr. N. tar Meer Dipl.-lng. H. Steinmeister Dipl.-lng. F. E. Müller Siekerwall 7Triftstrasse 4, Siekerwall 7.D-8OOO MÜNCHEN 22 D-48OO BIELEFELDCase:GD 11-80
St/Gt/tgNISSAN MOTDR CDMPAMY, LTD.No. 2, Takara-cho, Kanagawa-ku, Yokohama City, JapanVorrichtung und Verfahren zum Regulieren der Drehzahl eines Fahrzeug-BrennkraftmatorsPriorität: 31» Mai 1979, Japan, Nq. 5*f-67711PATENTANSPRÜCHE1.) Vorrichtung zum Regulieren der Drehzahl eines Fahrzeug-Brennkraftmotors ,
gekennzeichnet durch- eine Einheit (20) zum Erzeugen eines Differenzsignals, welches einer Abweichung zwischen der gemessenen Drehzahl und einer vorgegebenen Bezugsdrehzahl entspricht,- einen Generator (20) zum Erzeugen eines in einer Beziehung zu dem Differenzsignal stehenden Steuersignals,030049/0948ORIGINAL INSPECTEDTER MEER - MÜLLER · STEINMEISTPR302Ü618Nissan GOti-80-Z-- ein Steuerglied (19) zur Beeinflussung der dem Motor zugeführten Ansaugluftmenge in Abhängigkeit uon dem Steuersignal, um die MatDrdrehzahl mit einer auf diese Weise gebildeten Rückkopplungssteueranordnung zu regeln,- Fühleinrichtungen (Zk,27,28,29) zur Ermittlung eines vorgegebenen Motorbetriebszustands, bei dem folgende Bedingungen erfüllt sind: a) Bin an den Motor angeschlossenes Getriebe hat einen von IMEUTRAL abweichenden Zustand, b) eine Motor-Drosselklappe (7) ist geschlossen, c) die Motardrehzahl liegt in einem vorgegebenen Bereich,d) die Fahrzeuggeschuiindigkeit liegt unter einem vorgegebenen liiert, und e) die Rückküpplungssteueranordnung arbeitet, und- einen Begrenzer (20), welcher den Wert des Steuersignals auf einen unterhalb eines vorgegebenen oberen Grenzwertes liegenden Wert begrenzt, wenn die Fühleinrichtungen den vorgegebenen Motorbetriebszustand erkennen, um damit eine übermäßige Zunahme der Ansaugluftmenge zu verhindern.l/orrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzer (2D) eine Einrichtung enthält, welche den Uert des Steuersignals nach einer Exponentialfunktion vermindert, wenn der liiert des Steuersignals größer als der abere Grenzwertist.Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal einen Proportionalanteil mit einer verhältnisgleichen030049/0948ORIGINAL INSPECTEDTER MEER - MÜLLER . STEINMEISTER Nissan G011-80Steueruirkung und einen Integralanteil mit einer integrierenden Steuertuirkung enthält.k. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzer eine Subtraktionsstufe enthält, um den Integralanteil von dem Steuersignal abzuziehen.5. Vorrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß zu den Fühleinrichtungen ein die Getriebe-iMeutralstellung ermittelnder Neutralschalter (28), ein die Schließstellung der Drosselklappe ermittelnder Drosselklappenschalter (27) und ein Geschuindigkeitsschalter (29), der eine unterhalb des vorgegebenen lüertes liegende Fahrzeuggeschuindigkeit feststellt, gehören.6. Vorrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzer durch einen Mikrocomputer (2D) gebildet ist, der auf die Durchführung der Begrenzungsoperation programmiert ist.7. Vorrichtung nach Anspruch 1,gekennzeichnet durch einen zwischen 6DD und 35D U/min liegenden vorgegebenen Drehzahlbereich.a. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Wert der Fahrzeuggeschuiindigkeit 12 km/h beträgt.9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene obere Grenzuert des Steuersignals so bemessen ist, daß eine auf030049/0948ORIGINAL INSPECTEDTER MEER -MÜLLER ■ STEINMEISTER Nissan · GO11 -30eine Drehzahl van BOG bis 9DQ U/min zugeschnittene Ansaugluftmenge eingeregelt ujird.1Ü. V/erfahren zum Regulieren der Drehzahl eines Fahrzeug-Brennkraftmntors, gekennzeichnet durch folgende Schritte:- Hessen der Motordrehzahl und Erzeugen eines dem Unterschied zujischen der gemessenen Drehzahl und einer vorgegebenen Bezugsdrehzahl entsprechenden Differenzsignals,- Erzeugen eines Steuersignals in Abhängigkeit von dem Differenzsignal,- Einregeln einer dem Motor zugeführten Ansaugluftmenge im Rahmen einer rückgekoppelten Steuerung der Motordrehzahl,- Ermittlung eines vorgegebenen Motorbetriebszustands, bei dem folgende Bedingungen erfüllt sind: a) ein an den Motor angeschlossenes Getriebe ist in einem von NEUTRAL abweichenden Zustand, b) eine Motor-Drosselklappe ist geschlossen, c) die Motordrehzahl liegt in einem vorgegebenen Bereich, d) die Fahrzeuggeschuindigkeit liegt unter einem vorgegebenen üJert, und e) die Rückkopplungssteuerung arbeitet, und- Begrenzen des Steuersignaluertes unter einen vorgegebenen oberen Grenzwert für den Fall, daß der vorgegebene Motorbetriebazustand erkannt uird, um so eine übermäßige Zunahme der Ansaugluftmenge zu begrenzen.030049/0948
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