DE3309235C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, ein Feld von Variablen zur Motorsteuerung in einer Betriebsparametertabelle eines Mikrocomputers abzuspeichern und eine geeignete Variable in Abhängigkeit von einer Einstellung von entsprechenden Betriebsparametern zu adressieren. Die aus der Tabelle ermittelte Steuervariable wird verwendet, um eine Mehrzahl von Motoreingangsvariablen, wie beispielsweise das Luft-Brennstoff-Gemisch, den Zündzeitpunkt usw., zu steuern.

Eine Motorsteuervorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und wie sie aus der DE-OS 30 45 997 bekannt ist weist ein Paar derartiger Motorsteuertabellen auf, in welchen unterschiedliche Sätze von Steuervariablen abgespeichert sind. Diese Tabellen werden selektiv entsprechend den unterschiedlichen Betriebsparametern adressiert, so daß in Abhängigkeit von einer Übergangsbedingung die Steuervariablen mit oder ohne Hysterese von einer Tabelle zur anderen umgeschaltet werden. Infolge des Umschaltens tritt ein plötzlicher Wechsel bei der Motorsteuerung auf, der im allgemeinen eine unangenehme Auswirkung beim Fahren und eine Abweichung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses von einem definierten Punkt ergibt.

Daher ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, welches einen gleichmäßigen und sanften Übergang im Motorsteuerungsverhalten bei einer Änderung eines Betriebsparameters gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine graphische Darstellung eines typischen Beispieles einer Motorbetriebscharakteristik in einer für die erfindungsgemäßen Verwendung aufbereiteten Form;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer für die Erfindung verwendeten Motorsteuervorrichtung;

Fig. 3 ein Flußdiagramm zur schematisierten Darstellung einer Folge von Steueranweisungen für den Mikrocomputer des Steuersystems nach Fig. 2 welche im folgenden als Programm bezeichnet wird;

Fig. 4 ein Flußdiagramm zur Darstellung eines abgeänderten Programms für den Mikrocomputer;

Fig. 5 eine graphische Darstellung einer Übergangsfunktion, welche den Zusammenhang zwischen dem ersten Gewichtungsfaktor und der Drosselöffnung beschreibt;

Fig. 6 ein Flußdiagramm zur Darstellung eines Programmes, welches das in Fig. 5 dargestellte Merkmal berücksichtigt;

Fig. 7A bis 7C graphische Darstellungen einer abgeänderten Übergangsfunktion mit einer Hysterese;

Fig. 8 ein Flußdiagramm zur Darstellung eines Programmes, welches die Hysterese-Kennlinie berücksichtigt;

Fig. 9 eine graphische Darstellung einer abgeänderten Hysterese-Kennlinie;

Fig. 10 ein Flußdiagramm zur Darstellung eines der abgeänderten Hysterese-Kennlinie zugeordneten Programmes;

Fig. 11 ein abgeändertes Flußdiagramm gemäß Fig. 6; und

Fig. 12 bis 14 Flußdiagramme zur Darstellung der abgeänderten Programme.

Es sei vorausgeschickt, daß die vorliegende Erfindung in Verbindung mit beliebigen Motorsteuerungssystemen verwendet werden kann, wobei als Motoreingangsvariable das Luft-Brennstoff-Gemisch, der Zündzeitpunkt, rückgeführtes Abgas und die Motordrehzahl in Frage kommen. In einem typischen Ausführungsbeispiel wird das Luft-Brennstoff-Gemisch als ein Vertreter derartiger Parameter bei der vorliegenden Erfindung verwendet.

In Fig. 1 sind der Saugrohrdruck Pm und die Drosselöffnung (Drosselklappenstellung) R einer Brennkraftmaschine, bei der die Erfindung angewandt ist, graphisch als eine Funktion der Motorlast dargestellt, wobei die Drehzahl N konstant gehalten wird. Es ist ersichtlich, daß der Saugrohrdruck als Funktion der Motorlast im wesentlichen exponentiell abnimmt, während die Drosselöffnung zunimmt, die Geschwindigkeit der Zunahme jedoch auch einer im wesentlichen exponentiellen Kurve folgt.

Erfindungsgemäß wird der Saugrohrdruck als ein vorherrschender Faktor für die Steuerung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses verwendet, wenn der Motor unter Betriebszuständen mit geringerer Last arbeitet, und die Drosselöffnung wird anstelle des Saugrohrdruckes als vorherrschender Faktor verwendet, wenn der Motor unter größerer Last arbeitet. Dadurch ist es möglich, die Änderungen des Luft-Brennstoff-Gemisches zu kompensieren, die durch Änderungen des Belastungszustandes von Leerlauf zu Vollast entstehen. Da die Geschwindigkeit der Laständerung für den Motor gegenüber derjenigen von anderen Betriebsparametern groß ist, kann eine genaue Steuerung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses ermöglicht werden.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines Schaltkreisaufbaues für das Luft-Brennstoff-Gemisch-Steuersystem. Das System weist eine Mehrzahl von Fühlern für Betriebsparameter auf. Hierzu gehört ein Fühlelement 1a für die Drehzahl, ein Fühlelement 1b für den Öffnungsgrad der Drossel bzw. Drosselklappe und ein Fühlelement 1c für den Saugrohrdruck. Über eine Eingangsvorrichtung 2 werden die Signale von den Sensoren oder Fühlelementen oder Fühlern zu einem Mikrocomputer 3 geleitet, welcher in einer weiter unten dargestellten Weise gesteuert wird. Die berechneten Daten werden über eine Ausgangsvorrichtung 4 an eine Steuervorrichtung für das Luft-Brennstoff-Gemisch der Brennkraftmaschine angelegt. Die Gemischsteuervorrichtung kann ein elektromagnetisch betätigtes Ventil für Vergasermotoren oder eine beliebige bekannte Brennstoff-Einspritzvorrichtung aufweisen.

Wie es weiter unten im einzelnen beschrieben ist, vergleicht der Mikrocomputer 3 einen erfaßten Wert der Drosselöffnung mit einem Referenzwert R₁ bzw. R₂, welcher unterhalb bzw. oberhalb eines Schnittpunktes der zwei Kurven gemäß Fig. 1 liegt. Wenn der erfaßte Wert kleiner als der Referenzwert R₁ ist, wird ein erfaßter Wert des Saugrohrdruckes als Steuervariable verwendet, um das Luft-Brennstoff-Verhältnis des dem Motor zuzuführenden Gemisches festzulegen. Wenn die Drosselöffnung größer als der Referenzwert R₂ wird, wird die erfaßte Drosselöffnung anstelle des Saugrohrdruckes verwendet. Wenn die erfaßte Drosselöffnung zwischen diese Referenzwerte fällt, wird eine Steuervariable dadurch aus den beiden Werten des erfaßten Saugrohrdruckes und der Drosselöffnung ermittelt, daß diese durch einen Gewichtungsfaktor verändert werden, welcher eine Funktion derartiger Weise ist. Es ist darauf hinzuweisen, daß der Saugrohrdruck oder andere geeignete Betriebsparameter in gleicher Weise anstelle der Drosselöffnung verwendet werden können, um das Umschalten der vorherrschenden Steuervariable zwischen dem Saugrohrdruck und der Drosselöffnung anzuzeigen. Vorzugsweise werden die Gewichtungsfaktoren in einem Speicher für alle möglichen Werte der erfaßten Betriebsparameter abgespeichert, und der Mikrocomputer wird so gesteuert bzw. programmiert, daß er die Gewichtungsfunktion nicht nur während derartiger Übergangszustände, sondern auch während anderer Ausführungsperioden dadurch ausführt, daß er einen geeigneten der abgespeicherten Faktoren auswählt.

Fig. 3 ist die Darstellung eines Flußdiagrammes zur Beschreibung eines typischen Beispieles des generellen Verfahrens zur Ermittlung der Steuervariable für das Luft-Brennstoff-Gemisch. In diesem beispielhaften Verfahren wird eine erste Komponente D₁ der Steuervariable aus Betriebsparametern, wie beispielsweise dem Saugrohrdruck Pm und der Drehzahl N, ermittelt, und eine zweite Komponente D₂ der Variable aus der Drosselöffnung R und der Drehzahl N. Im Block 11 werden die erfaßten Betriebsparameter Pm, R und N aus der Eingangsvorrichtung 2 zu dem Mikrocomputer 3 ausgelesen. Erste und zweite Gewichtungsfaktoren W₁ und W₂ werden nacheinander in Blöcken 12 und 13 vorzugsweise aus Steuertabellen ausgelesen, die in einem Speicher des Mikrocomputers abgespeichert sind. in jeder der Tabellen ist ein Feld von Gewichtungsfaktoren in einer Weise abgespeichert, daß sie in Abhängigkeit von den erfaßten Betriebsparametern adressierbar sind. In Blöcken 14 und 15 sind Schritte dargestellt, bei welchen die erste Komponente D₁ der Steuervariablen aus den Werten Pm und N des erfaßten Saugrohrdruckes (Geschwindigkeits-Dichte-Berechnung) und der Motordrehzahl abgeleitet wird, die in einer Steuertabelle des Speichers abgespeichert sind, um in Abhängigkeit von der Drosselöffnung adressiert zu werden, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Die zweite Komponente D₂ wird aus den Werten R und N der erfaßten Drosselöffnung und Motordrehzahl ermittelt (Drossel-Geschwindigkeitsberechnung), welche in einer weiteren Steuertabelle derart abgespeichert sind, daß sie in Abhängigkeit von der Drosselöffnung ähnlich wie in Fig. 1 dargestellt zu adressieren sind. Die abgeleiteten Steuervariablen D₁ und D₂ werden in Block 16 zur Multiplikation mit den Gewichtungsfaktoren W₁ bzw. W₂ verwendet und arithmetisch aufaddiert, um eine Steuervariable Do abzuleiten, die daraufhin in Block 17 verwendet wird, um das Luft-Brennstoff-Gemisch zu steuern.

Wenn es erwünscht ist, daß die Gewichtungsfaktoren W₁ und W₂ komplementäre Werte zueinander aufweisen, so daß die Summe von W₁ und W₂ eine Konstante C ist, wird das Flußdiagramm gemäß Fig. 3 vorzugsweise, wie es in Fig. 4 dargestellt ist, abgeändert. In Block 30 wird der Gewichtungsfaktor W₂ durch Subtrahieren von W₁ von der Konstanten C ermittelt.

Für kleinere Werte der Drosselöffnung wird eine größere Präzision durch die Geschwindigkeits-Dichte-Berechnung (Pm, N) erhalten, und für größere Werte der Drosselöffnung wird eine größere Präzision durch die Drossel-Geschwindigkeits-Berechnung (R, N) erhalten. Daher ist es vorteilhaft, daß die Gewichtungsfaktoren W₁ und W₂ durch die folgenden Formeln ausgedrückt werden:

W₁ = f (R)

W₂ = C - W₁ = C - f (R)

wobei f (R) eine Übergangsfunktion ist, welche das Verhältnis zwischen W₁ und der Drosselöffnung beschreibt. Wie es in Fig. 5 dargestellt ist, nimmt W₁ linear mit der Drosselöffnung ab. Dieses vorteilhafte Merkmal ist in einem in Fig. 6 dargestellten Flußdiagramm integriert, welches eine Abänderung des Flußdiagrammes gemäß Fig. 4 darstellt. Der Gewichtungsfaktor W₁ wird im Block 20 aus der Übergangsfunktion f (R) ermittelt. Daher ist der erste Term W₁ · D₁, welcher den Geschwindigkeits-Dichte-Faktoren (Pm, N) zugeordnet ist, ein vorherrschender Faktor, wenn der Motor auf eine kleine Drosselöffnung abgedrosselt ist, und der zweite Term W₂ · D₂, welcher den Drossel-Geschwindigkeitsfaktoren (R, N) zugeordnet ist, wird ein vorherrschender Faktor, wenn die Brennkraftmaschine mit weiter Drosselöffnung betrieben wird.

Unter bestimmten Umständen ist es vorteilhaft, daß die Übergangsfunktion f (R) eine Hystereseschleife aufweist, wie es in Fig. 7a in einer solchen Weise dargestellt ist, daß die Gewichtungsfaktoren W₁ einem abwärtigen Abschnitt P, Q, R, S folgen, wenn die Drosselöffnung zunimmt und einem aufwärts gerichteten Abschnitt C, U, P folgen, wenn die Drosselöffnung abnimmt. Wenn es gewünscht ist, daß W₁ nach oben dem Abwärts-Abschnitt folgt, wenn die Drosselöffnung mit dem Abnehmen beginnt, bevor der Punkt Rb erreicht ist, und daß W₁ nach unten dem Aufwärtsabschnitt folgt, wenn die Drosselöffnung zuzunehmen beginnt, bevor der Punkt Ra erreicht ist, besteht eine Abänderungsmöglichkeit.

Dieses wird durch eine Abänderung der Anweisung gemäß Block 20 in Fig. 6 erreicht, wie sie in Fig. 8 dargestellt ist. Wenn die Drosselöffnung in einem Bereich unterhalb Rb zunimmt, folgt der Funktionsablauf den Blöcken 201, 202 und 203 und endet bei Block 30 durch Überprüfung, ob das Flag in Block 201 auf "1" gesetzt ist. Dabei wird eine Übergangsfunktion fi (R), wie es in Fig. 7B dargestellt ist, in Block 202 auf W₁ gesetzt und der Relativwert der Drosselöffnung im Verhältnis zu Rb in Block 203 abgeprüft. Wenn der Wert der Drosselöffnung Rb überstiegen hat, folgt die Funktionsausführung den Blöcken 201, 202, 203 und 204, um in Block 204 das Flag "1" zu setzen. Wenn die Drosselöffnung daraufhin abnimmt, werden die Blöcke 201, 205 und 206 nacheinander ausgeführt und daraufhin Block 30 ausgeführt, wodurch eine Übergangsfunktion fd (R), wie es in Fig. 7c dargestellt ist, auf W₁ in Block 205 gesetzt wird. Wenn die Drosselöffnung kleiner als Ra ist, wird das Flag in Block 207 auf "0" gesetzt.

Das in Fig. 6 dargestellte Ausführungsbeispiel wird in einer zu der in Fig. 8 dargestellten ähnlichen Weise abgeändert, wenn es erwünscht ist, daß W₁ nach unten dem Aufwärtsbereich folgt, wenn die Drosselöffnung zuzunehmen beginnt, bevor der Punkt Ra erreicht ist, und nach oben dem Abwärtsabschnitt folgt, wenn die Drosselöffnung abzunehmen beginnt, bevor der Punkt Rb erreicht ist.

Es kann vorteilhaft sein, daß der Gewichtungsfaktor W₁ einem Schleifenabschnitt mit den Punkten P, Q, V, W und P folgt, wie es in Fig. 9 dargestellt ist, wenn die Drosselöffnung abzunehmen beginnt, bevor Rb erreicht ist. Dies wird durch eine Abänderung des Schrittes 20 gemäß Fig. 6 erreicht, wie sie in Fig. 10 dargestellt ist.

Wenn die Drosselöffnung kleiner als zuvor ist, gelangt die Steuerung der Funktionsausführung in Fig. 10 von Block 210 zu Block 211, um das Flag 2 auf "1" zu setzen und weiter zu Block 212, um zu überprüfen, ob das Flag 1 auf "0" gesetzt ist. Wenn die letzte Bedingung erfüllt ist, gelangt die Funktionsausführung zu Block 213, um fi (R) auf W₁ zu setzen. Der aktuelle Gewichtungsfaktor W₁ wird dann in einem Speicher als alter Wert in Block 214 abgespeichert und die derzeitige Drosselöffnung wird daraufhin in einem Speicher als alter Drosselöffnungswert R_old in Block 215 abgespeichert. Wenn die Drosselöffnung größer als der alte Wert R_old ist, gelangt die Funktionsausführung von Block 210 zu Block 220, um das Flag 1 auf "1" zu setzen. Dem letzteren Block folgt ein Block 221, in welchem überprüft wird, ob das Flag 2 auf "0" gesetzt ist, und, wenn ja, wird die Funktionsausführung zu Block 222 weitergeleitet, um die Übergangsfunktion fd (R) auf W₁ zu setzen.

Unter bestimmten Umständen ist es ferner vorteilhaft daß unterschiedliche Werte von Gewichtungsfaktoren verwendet werden. Beispielsweise wird das Drucksignal Pm durch eine abnorme Bedingung, die die erste Steuerkomponente D₁ unwirksam macht, ebenfalls unwirksam, während die zweite Steuerkomponente D₂ wirksam bleibt. Zu diesem Zwecke wird die Unterroutine 20 gemäß Fig. 6 in einer in Fig. 11 dargestellten Weise abgeändert. Die Abnormalität des Drucksignales wird in Block 230 dadurch bestimmt, daß abgeprüft wird, ob das Drucksignal vorgegebene Grenzen überschritten hat, und, wenn ja, W₁ in Block 235 auf "0" gesetzt wird und die Steuerung bei dem nächsten Block 30 (Fig. 6) weitergeführt wird. Dadurch wird W₂ in Block 30 gleich C gesetzt und das unwirksame D₂ wird von der Berechnung von Do in Block 16 ausgeschlossen. In ähnlicher Weise wird die Abnormalität des Drosselöffnungssignales in Block 231 überprüft und W₁ in Block 234 auf C gesetzt. Somit wird W₂ in Block 30 auf "0" gesetzt, so daß Do nicht von dem fehlerhaften Drosselöffnungssignal ungünstig beeinflußt wird.

Während oben Saugrohrdruck und Drosselöffnung als bestimmende Betriebsparameter von D₁ und D₂ erwähnt wurden, kann auch der Luftdurchsatz im Saugrohr als einer der Betriebsparameter verwendet werden. Fig. 12 stellt ein Flußdiagramm mit dem Luftdurchsatz im Saugrohr (Qa) als zusätzlichen Betriebsparameter dar, welcher von einem Luftmengenfühler 1d für das Saugrohr erfaßt wurde, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. In Block 10 werden verschiedene Betriebsparameter einschließlich des Saugrohrdruckes Pm, der Drosselöffnung R, der Saugrohr-Luftflußgeschwindigkeit Qa und der Drehzahl N aus der Eingangsvorrichtung 2 ausgelesen. Gewichtungsfaktoren W₁ und W₂ werden in Block 12 bzw. 13 in einer Weise ermittelt, wie in Verbindung mit Fig. 3 erläutert wurde. In Block 18 wird ein dritter Gewichtungsfaktor W₃ durch Ausführen einer Gleichung C - (W₁+W₂) ermittelt. D₁ und D₂ werden in aufeinanderfolgenden Blöcken 14 und 15 in einer zu der in Fig. 3 dargestellten ähnlichen Weise ermittelt. Eine dritte Steuerkomponente D₃ wird in Block 19 aus der erfaßten Geschwindigkeit des Luftflusses im Saugrohr und der Drehzahl N ermittelt. In Block 60 wird die Steuervariable Do durch Ausführen einer Gleichung

W₁ · D₁ + W₂ · D₂ + W₃ · D₃

ermittelt.

Fig. 13 zeigt ein verallgemeinertes Verfahren, die Steuervariable Do aus einer Mehrzahl von Betriebsparametern zu ermitteln. Die Gewichtungsfaktoren sind durch Wn dargestellt und werden aus einer in Block 81 festgehaltenen Gleichung ermittelt, und die Steuervariable Do wird aus einer in Block 61 festgehaltenen Gleichung ermittelt.

In den vorhergehenden Ausführungsformen wurden die Flußdiagramme als einen kontinuierlichen Fluß von Anweisungen aufweisend dargestellt. Fig. 14 stellt eine abgeänderte Form des Verfahrens gemäß Fig. 13 dar, wobei nicht notwendige Schritte der Einfachheit halber weggelassen sind. In Block 42 wird der Gewichtungsfaktor W₁ auf Null überprüft. Wenn der Gewichtungsfaktor W₁ in dem Block 21 in einer Weise, wie es in Verbindung mit Fig. 11 beschrieben ist, auf Null eingestellt wird, geht die Funktionsausführung von Block 42 zu einem Block über, in welchem der Gewichtungsfaktor W₂ dadurch ermittelt wird, daß der Block 41 umgangen wird, in welchem D₁ festgelegt wird. In gleicher Weise ist Block 92 vorgesehen, um das Vorhandensein von Wn=0 zu überprüfen, um den Schritt 91 zu überspringen, damit Dn ausgeschlossen wird, wenn Wn in Block 81 auf Null eingestellt worden ist.

Claims (8)

1. Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit einer Drosselklappe zur Steuerung der von der Brennkraftmaschine aufzunehmenden Luftmenge,
bei dem die Betriebsparameter Saugrohrdruck, Drosselöffnung und Drehzahl der Brennkraftmaschine erfaßt werden,
aus einer ersten Steuertabelle Werte für eine erste Steuervariable in Abhängigkeit vom Saugrohrdruck und der Drehzahl ausgelesen werden,
aus einer zweiten Steuertabelle Werte für eine zweite Steuervariable in Abhängigkeit von der Drosselöffnung und der Drehzahl ausgelesen werden,
und aus den ausgelesenen Steuervariablen ein Steuersignal zur Steuerung der Brennkraftmaschine erzeugt wird, wobei in einem Zustand niedriger Last die erste Steuervariable und im Vollastzustand die zweite Steuervariable wirksam ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
zumindest in einem mittleren Lastbereich gleichzeitig beide Steuervariablen (D₁, D₂) ausgelesen werden,
zwei den beiden Steuervariablen (D₁, D₂) zugeordnete Gewichtungsfaktoren (W₁, W₂) aus einem der Parameter Saugrohrdruck (Pm) und Drosselöffnung (R) ermittelt werden,
und zur Ermittlung des Steuersignals (Do) die Steuervariablen (D₁, D₂) mit den zugeordneten Gewichtungsfaktoren (W₁, W₂) multipliziert und anschließend addiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Gewichtungsfaktoren (W₁, W₂) zueinander komplementär sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Gewichtungsfaktoren (W₁, W₂) eine Variable als eine Funktion eines der erfaßten Betriebsparameter ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Übergangsfunktion (f(R)) das Verhältnis zwischen einem der Gewichtungsfaktoren (W₁, W₂) und einem der erfaßten Betriebsparameter (Pm, R) festlegt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangsfunktion (f(R)) eine Hysteresecharakteristik aufweist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangsfunktion (f(R)) eine Hysteresecharakteristik einen ersten schrägen Bereich und einen zweiten schrägen Bereich aufweist und daß ein Gewichtungsfaktor so variabel ist, daß er dem ersten und dem zweiten schrägen Bereich in entgegengesetzte Richtungen folgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Gewichtungsfaktor (W₁) auf Null gesetzt wird, wenn der erste Betriebsparameter (Pm) abnormal ist und daß der zweite Gewichtungsfaktor (W₂) auf Null gesetzt wird, wenn der zweite Betriebsparameter (R) abnormal ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugluftmenge (Qa) als Betriebsparameter erfaßt wird.