DE3422754A1 - Verfahren zum steuern des betriebszustandes einer brennkraftmaschine - Google Patents

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 P_n 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 P_n,. 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 P_ßA 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 Pß_An 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 Ρ_βΑη 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 P_ßAVEn ^der Abtastwerte.

Der Durchschnittswert P_Q7VTrr, 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 P}BAn ^{+ {n}"¹ > ^{X P}AVEn-1^{/n (1)} '

wobei P_n,_{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 P_nÄ, einen Wert von einem Byte als einen Zweibyte-Wert. Wenn beispielsweise P_ßA= 2A ist, wird dieser Wert als P = 2A00 verarbeitet. Dann speichert die Steuerschaltung 12 zeitweilig den errechneten Durchschnittswert Ρβ_ΑνΕη 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 P_ßAn und der vorhergehend abgetastete Wert Ρ_β, _₁ aus dem RAM 19 ausgelesen. Es wird der Unterschied zwischen den beiden Werten ^pBAn ^{und p}BAn-1 errechnet und der Absolutwert dieses Unterschiedes mit einem vorbestimmten Wert P_n,.-, im Schritt 10 verglichen; dabei ist P_ßAG ein "Schwellwert", der dadurch erhalten wird, daß die kleinste Auflösung des zu messenden Unterdrucks mit einer vorbestimmten Zahl einschließlich 1 multipliziert wird.

Falls |P_ßAn - ^p _BAn_il. ^ Δ^ρ _ΒΑ(Ξ' ^{wird der} zuletzt erfaßte Wert P_BAn im Schritt S11 zu einem Wert P_ßAn + φ₂ (P_ßAn - 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 I^p _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 P_ßAn erfolgt. Wenn andererseits die Abtastung zum zweiten oder zu einem weiteren Mal erfolgt, werden der zuletzt erhaltene Durchschnittswert Pg^Yg_n 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 P_ßAG verglichen.

Falls [P_BAVEn - ^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

l^PBAVEn " ^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 P_BA 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)

1. - 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 75

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   BAYER. VOLKSBANKEN AG - MÜNCHEN BLZ 70O¹WOOO ■ KONTO 7270 - POSTSCHECK· MÜNCHEN 77062-805

   mit 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, und

   daß ein Steuerschritt durchgeführt wird zum Bestimmen der gesteuerten Menge mittels eines durch den Auswahlschritt erhaltenen ausgewählten Wertes.
2. 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. 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. 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. 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.