DE3422754A1 - Verfahren zum steuern des betriebszustandes einer brennkraftmaschine - Google Patents
Verfahren zum steuern des betriebszustandes einer brennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern des Betriebszustandes
einer Brennkraftmaschine, und insbesondere betrifft sie ein Steuerverfahren, bei dem der Betrieb der Maschine (des
Motors) dadurch gesteuert wird, daß das Brennstoff-Zumeßsystem auf Grundlage des Unterdruckwertes im Lufteinlaß, in Strömungsrichtung nach der Drosselklappe, betrieben wird.
Unter den Verfahren zum Steuern des Betriebszustandes einer Brennkraftmaschine (im folgenden einfach "Motor" genannt) gibt
es eine Verfahrensart, bei der die Menge des dem Motor einzuspritzenden Treibstoffes gesteuert wird.
Bei dieser Art von Steuerverfahren werden ein Absolut-Unterdruckwert
ρ im Lufteinlaß in Strömungsrichtung nach der Drosselklappe und die Motordrehzahl erfaßt, und zwar jeweils durch
einen Druck- und einen Motordrehzahl-Fühler. Dann wird eine Grund-Treibstoffeinspritzdauer Ti entsprechend den Ausgangssignalen
dieser Fühler bestimmt. Ferner wird ein Anhebungs- oder Absenkungs-Korrekturkoeffizient mit der Grund-Treibstoffeinspritzdauer
Ti entsprechend anderen Parametern, beispielsweise der Motorkühlmitteltemperatur oder einem Übergangszustand beim
Motorbetrieb, multipliziert.
Bei den üblichen Steuerverfahren dieser Art wird ein Parameter entsprechend dem Absolut-Unterdruck Pn im Ansaugverteiler synchronisiert
mit einem oberen Totpunkt-Signal (TDC-Signal) erfaßt, welches für die Motordrehzahl bezeichnend ist, und die
Grund-Treibstoffeinspritzdauer Ti wird entsprechend den so abgetasteten
Parameterwerten bestimmt.
Der Absolutwert P a neigt jedoch allgemein dazu, während des
Einlaßhubes des Motors zu pulsieren und demgemäß ändert sich die Grund-Treibstoffeinspritzdauer Ti ebenfalls mit dem Pulsieren
des Absolutwertes Pn,. Diese Änderung der Grund-Treibstoffeinspritzdauer
Ti ergibt dann einen instabilen Motorbetrieb,
insbesondere im unteren Drehzahlbereich des Motorbetriebes.
Es ist deshalb ein Ziel der Erfindung, dieses Problem des üblichen
Verfahrens zu beseitigen und ein Verfahren zum Steuern des Motorbetrxebszustandes zu schaffen, bei dem der stabile
Betrieb des Motors auch dann sichergestellt werden kann, wenn der Absolutwert Ρ_Δ des Unterdrucks im Lufteinlaßsystem pulsiert.
Erfindungsgemäß enthält ein Verfahren zum Steuern des Motorbetriebs
zustandes folgende Schritte: Abtasten des Unterdruckwertes im Lufteinlaß mit einer ersten, mit der Motordrehung synchronisierten
Abtastzeitgabe, weiteres Abtasten des Unterdruckwertes in dem Lufteinlaß mit einer zweiten Abtastzeitgabe, de-
ren Frequenz höher als die Frequenz der ersten, mit der Motordrehung synchronisierten Abtastzeitgabe liegt, Bilden des Mittel-
oder Durchschnittswertes der durch den Abtastschritt mit der zweiten Abtastzeitgabe erhaltenen abgetasteten Werte, Auswählen
eines der Abtastwerte, entweder erhalten durch den Abtastschritt mit der ersten Abtastzeitgabe oder als Durchschnittswert
der abgetasteten Werte, erhalten mit dem Abtastschritt der zweiten Abtastzeitgabe,entsprechend dem Motorbetriebszustand, und
Bestimmen der Steuermenge entsprechend dem durch den Auswahlschritt
ausgewählten Wert.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise
näher erläutert; in dieser zeigt:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines elektronisch gesteuerten
Treibstoffzufuhrsystemes, bei dem das erfindungsgemäße
Steuerverfahren anwendbar ist,
Figur 2 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispieles des
Aufbaus der Steuerschaltung aus Figur 1,
Figur 3 eine Zeitablaufdarstellung des Betriebs der Steuerschaltung,
Figur 4 ein Flußdiagramm der Reihenfolge des Steuerverfahrens der erfindungsgemäßen Art,
Figur 5 ein weiteres Flußdiagramm der Betriebsabfolge des <
erfindungsgemäßen Steuerverfahrens, und
Figur 6 ein weiteres Flußdiagramm der Betriebsabfolge des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens.
Es wird zuerst auf Figur 1 Bezug genommen, in der eine schematische
Darstellung eines Luftansaug- und Treibstoffzufuhrsystems eines Brennkraftmotors gezeigt ist. Die durch einen Luftfilter
ankommende Ansaugluft wird über einen Lufteinlaß 2 einem Motor zugeführt. Die Menge der durch den Lufteinlaß 2 strömenden Ansaugluft
wird durch eine Drosselklappe 4 im Lufteinlaß 2 gesteuert. Die Drosselklappe 4 ist mit einem Drosselklappen-Öffnungsfühler
oder Drosselklappen-Stellungsfühler 5 versehen, der beispielsweise aus einem Potentiometer bestehen kann und ein Ausgangssignal
erzeugt, dessen Spannungspegel für den Öffnungsgrad der Drosselklappe 5 bezeichnend ist. Ein Ansaugluft-Unterdruckfühler
6 ist im Lufteinlaß 2 vorgesehen, um ein Ausgangssignal abzugeben, dessen Spannungspegel für den Absolutwert des Unterdrucks
im Lufteinlaß nach der Drosselklappe 4 bezeichnend ist. Weiter ist der Motor 3 mit einem Motorkühlmittelfühler 7 versehen,
der ein Ausgängssignal abgibt, dessen Spannungspegel der Kühlmitteltemperatur des Motors proportional ist, und mit einem
Kurbelwellen-Stellungsfühler, der ein Ausgangs-Impulssignal erzeugt,
welches hinfort als TDC-Signal bezeichnet wird, wenn die (nicht dargestellte) Kurbelwelle sich in einer vorbestimmten
Winkelstellung kurz vor dem mechanischen oberen Todpunkt (top dead center = TDC) befindet. Das Abgas vom Motor 3 wird durch
einen Abgassammler 9 abgelassen, in welchem ein Dreiwege-Kataly-
sator-Wandler 10 angebracht ist. Der Treibstoff wird dem
Motor durch einen Injektor 11 zugeführt, der jeweils in einem Exemplar für jeden Zylinder vorgesehen ist und im Lufteinlaß
2 in der Nähe des Lufteinlaßventiles angeordnet ist; er gibt Treibstoff für den Motor 3 in einer Menge ab, die
proportional zur Länge eines anliegenden Eingangs-Impulssignals ist. Die Ausgangssignale des Drosselstellungsfühlers 5,
des Ansaugluft-Unterdruckfühlers 6, des Motorkühlmittel-Temperaturfühlers 7 und des Kurbelwellen-Stellungsfühlers 8 werden
einer Steuerschaltung 12 zugeführt.
Die Steuerschaltung 12 besteht beispielsweise aus einem sog.
Mikrocomputer und führt die Berechnungen entsprechend einem vorbestimmten Programm aus, das später beschrieben wird. Die
Berechnung wird so ausgeführt, daß sich eine grundsätzliche Treibstoffeinspritzlänge Ti und eine Treibstoffeinspritzdauer
Tout ergibt, die sich durch Multiplizieren der grundsätzlichen Treibstoffeinspritzlänge Ti mit einem Zunahme- oder Abnahmekorrektionswert ergibt und der Menge des einzuspritzenden
Brennstoffs entspricht.
Figur 2 ist ein Blockschaltbild, in dem Einzelheiten des Aufbaus der Steuerschaltung gegeben werden. Wie gezeigt, enthält
die Steuerschaltung 12 eine zentrale Verarbeitungseinheit (Central Processing Unit = CPU) 13, die einen digitalen Berechnungsvorgang
entsprechend einem später zu beschreibenden Programm ausführt. Eine an die CPU 13 angeschlossene Eingangs/
Ausgangs-Sammelleitung 14 führt Daten- und Adressignale zu den einzelnen Bestandteilen der Steuerschaltung 12. An der Sammelleitung
14 sind ein A/D-Wandler 15, ein Multiplexer MPX 16,
ein Zähler 17, ein Festwertspeicher ROM 18 und ein Speicher mit wahlfreiem Zugriff RAM 19 sowie eine Ansteuerschaltung 20 angeschlossen.
Der MPX 16 ist ein Schalter, welcher wahlweise eines der Ausgangssignale durchläßt, die vom Drosselstellungsfühler
5, vom Unterdruckfühler 6 oder vom Temperaturfühler 7
über eine Pegelwandlerschaltung 21 abgegeben werden, entsprechend einem Befehl von der CPU 13, und sie an den A/D-Wandler
15 anlegt. Der Zähler 17 ist so ausgelegt, daß er Taktimpulse
zählt, die jeweils zwischen aufeinanderfolgenden Impulssignalen auftreten, welche der Kurbelwellenstellungsfühler 8 über
eine Wellenformerschaltung 22 abgibt.
Die Reihenfolge der erfindungsgemäß auszuführenden Steuerbetätigungen
werden anhand der Zeitablauf-Darstellung in Figur 3 mit Bezug auf die Flußdiagramme in den Figuren 4 und 5 weiter
erläutert. In Figur 4 wird das dem Absolutwert des Unterdrucks PßA im Lufteinlaß entsprechende Fühlersignal, der durch
den Ansaugluft-Unterdruckfühler 6 erfaßt wird, in der Steuerschaltung 12 mit einer Zeitgabe (nachfolgend als Synchronisier-Zeitgabe
bezeichnet) aufgenommen, die durch das TDC-Signal erzeugt wird, welches von dem Kurbelwellenstellungsfühler 8
stammt und mit der Motordrehung synchronisiert ist, so daß der zuletzt gekommene Abtastwert PßAn im Schritt S1 gelesen und im
RAM 19 der Steuerschaltung 12 im Schritt S2 gespeichert wird.
Andererseits wird, wie Figur 5 zeigt, durch die Steuerschaltung 12 in einem Schritt S3 beurteilt, ob die erfaßte Motorgeschwindigkeit
niedriger als eine vorbestimmte Bezugsmotorgeschwindigkeit NeO von z.B. 1500 U/min ist oder nicht. Falls die Motorgeschwindigkeit
unter der Bezugsmotorgeschwindigkeit liegt, tastet die Steuerschaltung 12 das Ausgangssignal des Unterdruckfühlers
6 mit einer Zeitgabe ab (Figur 3D), die kürzer als die der Synchronisier-Zeitgabe
(Figur 3B) ist und einfach als "kürzere Zeitgabe" bezeichnet wird. Wie Figur 5 zeigt, liest die Steuerschaltung
12 den zuletzt abgetasteten Wert ΡβΑη im Schritt S4
und speichert den erfaßten Wert P im RAM 19 (Schritt S5). Gleichzeitig errechnet die Steuerschaltung 12 in einem Schritt
S6 den Durchschnittswert PßAVEn der Abtastwerte.
Der Durchschnittswert PQ7VTrr, wird aus Werten abqeleitet, die in
einer vorbestimmten Anzahl mit der Zeitgabe kürzerer Dauer
während eines Zeitraumes erfaßt wurden, der unmittelbar vor der Erzeugung des TDC-Signals liegt. Die Rechnung wird nach
der folgenden Gleichung ausgeführt:
PBAVEn β PBAn + {n"1
> X PAVEn-1/n (1) '
wobei Pn,im Λ ein vorher errechneter Durchschnittswert ist
dAV£H~ ι
und η die Anzahl der Ablesungen.
Es ist dabei vorteilhaft, wenn das Ablesen von mehr als zehn Werten möglich ist, falls die Motorgeschwindigkeit Ne unter
1000 U/min liegt.
Die Steuerschaltung 12 verarbeitet den abgetasteten Wert PnÄ,
einen Wert von einem Byte als einen Zweibyte-Wert. Wenn beispielsweise PßA= 2A ist, wird dieser Wert als P = 2A00 verarbeitet.
Dann speichert die Steuerschaltung 12 zeitweilig den errechneten Durchschnittswert ΡβΑνΕη im RAM 19 bis auf die
zweite Dezimalstelle.
Gemäß Figur 4 wird nach dem Speichern des zuletzt erfaßten Wertes P„, beurteilt, ob der Motor im Leerlaufbetrieb arbeitet
oder nicht (S8). Falls der Motor nicht im Leerlauf arbeitet, werden in einem Schritt S9 der zuletzt abgetastete Wert PßAn
und der vorhergehend abgetastete Wert Ρβ, _1 aus dem RAM 19
ausgelesen. Es wird der Unterschied zwischen den beiden Werten pBAn und pBAn-1 errechnet und der Absolutwert dieses Unterschiedes
mit einem vorbestimmten Wert Pn,.-, im Schritt 10 verglichen;
dabei ist PßAG ein "Schwellwert", der dadurch erhalten wird, daß
die kleinste Auflösung des zu messenden Unterdrucks mit einer vorbestimmten Zahl einschließlich 1 multipliziert wird.
Falls |PßAn - p BAn_il. ^ Δρ ΒΑ(Ξ' wird der zuletzt erfaßte Wert
PBAn im Schritt S11 zu einem Wert PßAn + φ2 (PßAn - P)
korrigiert. Aufgrund dieses korrigierten Wertes wird die grundsätzliche Einspritzlänge Ti aus einer in dem ROM 18
gespeicherten Tabelle bestimmt. Bei der angeführten Gleichung ist φ 2 eine Konstante, die mit Bezug auf den Unterschied zwischen
dem durch den Unterdruckfühler 6 erfaßten Unterdruckwert und dem Unterdruckwert bestimmt wird, der zu dem Zeitpunkt
herrscht, wenn das Rechenergebnis benutzt wird. Die Tabellen-Nachschau wird synchron mit dem TDC-Signal ausgeführt.
Falls Ip BAn ~ PBAn-il<
^PBAG' dann wird der zuletzt abgetastete
Wert nicht korrigiert (S12) und bei der Bestimmung der
grundsätzlichen Brennstoffeinspritzlänge Ti benutzt.
Wenn andererseits der Motor 3 im Leerlauf arbeitet, wird im Schritt S13 bestimmt, ob die Erfassung von P137. bei der Synchronisationszeitgabe
zum ersten Mal auftritt oder nicht. Fall es sich um die erste Erfassung handelt, folgt die Berechnung wie
vorher beschrieben mit Schritt S9, bei der die grundsätzliche Brennstoffeinspritzdauer entsprechend dem zuletzt aufgenommenen
Wert PßAn erfolgt. Wenn andererseits die Abtastung zum zweiten
oder zu einem weiteren Mal erfolgt, werden der zuletzt erhaltene
Durchschnittswert Pg^Ygn und der vorher entsprechend dem Flußdiagramm
in Figur 5 errechnete Durchschnittswert Pg^v^n-I' die
im RAM 19 gespeichert sind, aus diesem RAM 19 im Schritt S14
ausgelesen. Ein Unterschied der beiden Durchschnittswerte wird errechnet und dieser Unterschied wird dann im Schritt S15 mit
dem Schwellwert PßAG verglichen.
Falls [PBAVEn - PBAVEn-il'-APBAG' dann W±rd ±n einem Schritt S16
der zuletzt errechnete Durchschnittswert so korrigiert, daß er PBAVEn + <P1 (PBAVEn ~ 1BAVEn-I) ^trägt, und die grundsätzliche
Einspritzzeitdauer Ti wird bei jeder synchronisierten Zeitgabe durch Nachsehen in der ROM 18 gespeicherten Tabelle bestimmt aufgrund
des so korrigierten Durchschnittswertes. Bei dieser Gleichung ist ψ1 eine Konstante, deren Wert entsprechend dem der
Konstanten q>2 anhand des Unterschiedes zwischen dem erfaßten
Druckwert und dem Druckwert zu dem Zeitpunkt, wenn das errechnete Ergebnis benutzt wird, bestimmt wird, und weiter so, daß
die Beziehung φ* >ψ? besteht. Bei den letzten beiden Stellen
des Zweibyte-Wertes wird nach dem Korrekturvorgang eine Größe zwischen 00 und 7F weggelassen und eine Größe zwischen 80 und
FF auf die nächste Einheit angehoben. Zusätzlich wird, falls
lPBAVEn " PBAVEn-il
< PBAG' der neueste der zuletzt errechneten
Durchschnittswerte überhaupt nicht korrigiert (S17) und nur der Bruchanteil des Durchschnittswertes in der gleichen
Weise wie vorher beschrieben behandelt und bei der Bestimmung der Grund-Brennstoffeinspritzlänge Ti bei jeder synchronisierten
Zeitgabe benutzt.
Die Beurteilung, ob der Motor im Leerlauf arbeitet oder nicht, .wird in den Schritten S18 und S19 im Flußdiagramm Figur 6 vorgenommen.
Als Leerlaufzustand wird ein solcher angesehen, bei dem
die Motordrehzahl Ne unter einer vorbestimmten Drehzahl (z.B. 1000U/min) liegt und gleichzeitig der bei jeder synchronisierten
Zeitgabe erfaßte Wert PBA unter einem vorbestimmten Wert Pbjdl
liegt. Andererseits wird als ein Motorbetrieb außerhalb des Leerlaufs angesehen, wenn die Motordrehzahl den vorbestimmten
Pegel überschreitet oder wenn der abgetastete Wert Pg^n den vorbestimmten
Wert Ί?τ,Ύητ überschreitet, auch dann, wenn die Motordrehzahl
Ne unter ·.:■- dem vorbestimmten Wert Njq^ liegt.
Zusätzlich kann das Abtasten mit kürzerer Zeitlänge auch dadurch ausgeführt werden, daß die Zeitdauer der Hintergrundroutineabläufe
verkürzt wird oder mit einer Zeitlänge, die durch einen Zeitgeber bestimmt wird.
Aus der vorhergehenden Beschreibung ist zu ersehen, daß erfindungsgemäß
der Unterdruckwert in dem Lufteinlaß mit einer Synchronisierzeitgabe erfaßt wird, die mit der Drehung der Motor-
kurbelwelle synchronisiert ist, und der Unterdruckwert in dem Lufteinlaß wird ferner mit einer höheren Wiederholgeschwindigkeit
als der Synchronisationszeitgabe bestimmt bei dem angeführten Betriebszustand, und aus den abgetasteten Werten wird
ein Durchschnitt gebildet, es wird einer der abgetasteten Werte der Synchronisationszeitgabe oder der Durchschnittswerte von
den mit der höheren Frequenz abgetasteten Werten ausgewählt, und der Steuerwert wird mittels des so ausgewählten Wertes bestimmt.
Damit wird während des gesamten Motordrehzahlbereichs von einer niedrigen Motordrehzahl bis zu hoher Motordrehzahl
der stabile Zustand des Motorbetriebs sichergestellt auch dann, wenn der Unterdruckwert im Lufteinlaß schwankt.
- Leerseite -
Claims (5)
- - Patentansprüche -Verfahren zum Steuern des Betriebszustandes einer Brennkraftmaschine, bei dem der Betriebszustand der Maschine entsprechend einem erfaßten Unterdruckwert im Lufteinlaß in Strömungsrichtung nach der Drosselklappe, gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet , daß ein erster Abtastschritt durchgeführt wird zum Abtasten des Unterdruckwertes in dem Lufteinlaß der Maschine auf Grundlage des erfaßten Unterdruckwertes mit einer ersten,MANlTZ- FIMSTERWALD · HEYN- MORGAN 8000 MÜNCHEN 22 ■ ROBERr-KOCHSTRASSE I · TEL. (0 89) 22 4211 ■ TELEX 529Ö72 PATMF- FAX (0 89) 29 75 75HANNS-JÖRG ROTERMUND - 7000 STUTTGART 50 (DAD CANNSTATT) ■ SEELf3ERGSTR. 23/25 ■ TEL (0711) 56 72 61BAYER. VOLKSBANKEN AG - MÜNCHEN BLZ 70O1WOOO ■ KONTO 7270 - POSTSCHECK· MÜNCHEN 77062-805mit der Drehung einer Maschinenkurbelwelle synchronisierten Abtastzeitgabe,daß ein zweiter Abtastschritt zum Abtasten des Unterdruckwertes im Lufteinlaß der Maschine durchgeführt wird mit einer zweiten Abtastzeitgabe, deren Frequenz höher als die der Abtastzeitgabe des ersten Abtastschrittes ist, daß ein Mittelungsschritt zum Mitteln der durch den zweiten Abtastschritt erhaltenen Abtastwerte durchgeführt wird, daß ein Auswahlschritt durchgeführt wird zum Auswählen entweder eines durch den ersten Abtastschritt erhaltenen Abtastwertes oder eines durch den Mittelungsschritt erhaltenen Mittelwertes entsprechend einem Betriebszustand der Maschine, unddaß ein Steuerschritt durchgeführt wird zum Bestimmen der gesteuerten Menge mittels eines durch den Auswahlschritt erhaltenen ausgewählten Wertes.
- 2. Steuerverfahren nach Anspruch 1, bei dem der Betriebszustand der Maschine ein Leerlauf-Zustand der Maschine ist und bei dem der Durchschnittswert ausgewählt wird, falls die Maschine im Leerlauf arbeitet.
- 3. Steuerverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Maschinenbetriebszustand mit der ersten, mit der Drehung der Kurbelwelle der Maschine snychronisierten Abtastzeitgabe erfaßt wird.
- 4. Steuerverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Betriebszustand der Maschine mit der mit der Drehung der Kurbelwelle der Maschine synchronisierten ersten Abtastzeitgabe erfaßt wird.
- 5. Steuerverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuermenge bei jedem Zeitpunkt der ersten Abtastzeitgabe bestimmt wird und der Durchschnitts-wert durch Benutzung der abgetasteten Werte des zweiten Abtastschrittes errechnet wird, abgetastet während einer vorbestimmten Anzahl von Abtastungen bis zu einer Zeit unmittelbar vor der ersten Abtastzeitgabe.
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