DE3527856A1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung einer brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur steuerung einer brennkraftmaschine

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DE3527856A1 DE19853527856 DE3527856A DE3527856A1 DE 3527856 A1 DE3527856 A1 DE 3527856A1 DE 19853527856 DE19853527856 DE 19853527856 DE 3527856 A DE3527856 A DE 3527856A DE 3527856 A1 DE3527856 A1 DE 3527856A1
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Description

TER MEER · MÜLLER · STEIN-VIESTER _.. _. ... .^
- - Ni-ssan Motor
VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR STEUERUNG EINER BRENNKRAFTMASCHINE
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, insbesondere zur Steuerung oder Regelung der Ansaugluftmenge, des Luft/ Kraftstoff-Verhältnisses und des Zündzeitpunkts.
In einer herkömmlichen Otto-Brennkraftmaschine ist ein Gashebel oder Gaspedal mechanisch mit einer im Ansaugrohr oder Ansaugkrümmer der Brennkraftmaschine angeordneten Drosselklappe verbunden. Der Grad der Betätigung oder die Winkelstellung des Gashebels bestimmt den Öffnungswinkel der Drosselklappe und somit die Ansaugluftmenge der Brennkraftmaschine, so daß die Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine direkt gesteuert wird.
In einer herkömmlichen elektronischen Steuereinrichtung für Brennkraftmaschinen wird eine optimale Kraftstoff-Einspritzmenge zuvor in Abhängigkeit von der eingestellten Ansaugluftmenge, der Maschinendrehzahl und verschiedenen Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, wie etwa der Kühlmitteltemperatur, festgelegt. Mehre Einspritzventile, die jeweils in einem Einlaß des betreffenden Zylinders der Brennkraftmaschine stromabwärts der Drosselklappe angeordnet sind, dienen zur Einspritzung der festgelegten Kraftstoffmenge, so daß mit der Ansaugluft ein Kraftstoff-Luft-Gemisch gebildet und der Brennkraftmaschine zugeführt wird.
Da in einem derartigen herkömmlichen Steuersystem die Kraftstoffmenge anhand der tatsächlichen Ansaugluftmenge bestimmt wird, die ihrerseits von dem öffnungswinkel der Drosselklappe und somit von der Winkelstellung des Gaspedals abhängig ist, ist das Ausgangsverhalten, ins-
! ι
TER MEER · MÖLLER ■ STEII54MEISTER Nissa-Γ.· Motor . . .
""II""
f ί besondere die Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine, die sich bei einer gegebenen Winkelstellung des Gashebels ergibt, von ümgebungsbedingungen, unter denen die Brennkraftmaschine arbeitet (beispielsweise vom Luftdruck und der Umgebungstemperatur), abhängig.
Wenn die Brennkraftmaschine beispielsweise im Gebirge, also bei niedrigem Luftdruck, betrieben wird, so ergibt sich bei einem vorgegebenen öffnungswinkel der Drosselklappe eine kleinere Ansaugluftmenge und entsprechend eine kleinere Kraftstoff-Einspritzmenge als bei Betrieb derselben Brennkraftmaschine in Meereshöhe, d.h., unter normalen Atmosphärendruck.
Um bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine in größerer Höhe die gleiche Ausgangsleistung wie auf Meereshöhe zu erzielen, muß daher das Gaspedal stärker betätigt werden. Hierdurch wird die Steuerbarkeit der Brennkraftmaschine beeinträchtigt.
In ähnlicher Weise werden Änderungen der Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine durch Alterungseffekte hervorgerufen. Auch in diesem Fall werden bei gleicher Winkelstellung der Drosselklappe unterschiedliche Ausgangsleistungen erreicht, so daß sich ebenfalls eine Beeinträchtigung der Steuerbarkeit der Brennkraftmaschine ergibt.
Die Abweichung der Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine von einem Sollwert bedeutet, daß die Ausgangsleistung außerhalb eines stabilen Betriebsbereiches liegt, in dem ein stabiler Betrieb der Brennkraftmaschine gewährleistet ist. Die Brennkraftmaschine kann daher keine ausreichende Ausgangsleistung liefern, und es ergibt sich ein unnötig hoher Kraftstoffverbrauch, wenn die Brennkraftmaschine außerhalb des stabilen Betriebsbereichs arbeitet.
TER MEER - MÜLLER · STEiNMEiSTER ... ...
- - ■ Nissan Motor
Die Erfindung ist auf die Überwindung der oben angesprochenen Probleme und auf die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Steuerung von Brennkraftmaschinen gerichtet, die eine bessere Steuerbarkeit oder Beherrschbarkeit der Brennkraftmaschine unabhängig von Umgebungseinflüssen oder Alterungseffekten gewährleistet.
Die Erfindung ergibt sich im einzelnen aus den kennzeichnenden Merkmalen des Verfahrensanspruchs 1 und des ersten Vorrichtungsanspruchs 5. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß wird ein für das Ausgangsverhalten der Brennkraftmaschine repräsentativer Kennwert, beispielsweise der maximale Verbrennungsdruck in den Zylindern der Brennkraftmaschine abgetastet, und der Kennwert wird durch Einstellen der Drosselklappe auf einen durch die Gashebelstellung und die Maschinendrehzahl bestimmten Sollwert geregelt.
Eine weitere Verbesserung der Steuerbarkeit und eine Optimierung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses wird dadurch erreicht, daß die Kraftstoffmenge derart geregelt wird, daß die Brennkraftmaschine stets innerhalb eines optimalen oder stabilen Betriebsbereichs arbeitet. Zur Ermittlung des stabilen Betriebsbereichs wird nicht nur der Brennraumdruck in den Zylindern, sondern auch der Kurbelwinkel abgetastet, bei dem der maximale Brennraumdruck erreicht wird. Anhand dieser Daten kann der Verbrennungsverlauf durch eine entsprechende Gemischregelung optimiert werden.
Bevprzugt wird auch der Zündwinkel derart geregelt, daß sicti ein maximales Äusgangsdrehmoment der Brennkraftmaschine ergibt und eine stabile Steuerung der Brennkraft-
TER MEER · MÜLLER · STE4NMBSTER-. ■- RiSSSTx- Motor . . .
maschine bei günstigem Gemischverhältnis ermöglicht, wird. Für die Regelung des Zündzeitpunkt werden vorzugsweise ebenfalls die Daten über den maximalen Brennraumdrück und den Zündwinkel, bei dem dieser Brennraumdruck auftritt, herangezogen.
TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER- Nissan Motor
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 ist ein vereinfachtes Block-
diagramm einer Steuervorrichtung
für Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen;
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm einer in Fig. 1 gezeigten Steuereinheit
gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 3 ist ein Flußdiagramm zur Veran-
schaulichung der Arbeitsweise
der Steuereinheit;
Fig. 4 zeigt eine Tabelle, die in der
Steuereinheit gemäß Fig. 1 zur Ermittlung eines Grund-Sollwer
tes P für einen Maximalwert mo
des Druckes in einem Zylinder der Brennkraftmaschine verwendet wird;
Fig. 5 ist ein vereinfachtes Block
diagramm einer Schaltung zur Ermittlung des Maximaldruckes P mit Hilfe von an den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine
angeordneten Drucksensoren;
TER MEER · MÜLLER . STEINMEISTER _ Nis.S.an Motor . . .
Fig. 6(A) und zeigen ein Flußdiagramm zur Ver-6(B) anschaulichung der Arbeitsweise
' eines Mikrocomputers zur 'Ermittlung des Maximaldruckes P an- ^ max
stelle der in Fig. 5 gezeigten
Schaltung;
Fig. 7 ist ein Zeitdiagramm zur Erläu
terung der Ausgangssignale der einzelnen Schaltungsblöcke in
Fig. 5;
Fig. 8 ist ein vereinfachtes Blockdia-
gramm einer Schaltung zur Abtastung eines mittleren Effek
tivdruckes P. für jeden einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine;
Fig. 9(A) und zeigen ein Flußdiagramm zur Ver-
9(B) anschaulichung der Arbeitsweise
eines Mikrocomputers zur Ermittlung des mittleren Effektivdrukkes P.;
Fig. 10 zeigt eine Tabelle, die in dem
Mikrocomputer zum Lesen eines Grund-Sollwertes P,Q für den mittleren Effektivdruck verwendet wird;
Fig. 11 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm der Steuereinheit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
TER MEER · MÜLLER · STEIMMEISTER Ni-SSdfx Motor
Fig. 12 ist ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung der Arbeitsweise
der in Fig. 11 gezeigten Steuereinheit;
5
Fig. 13 zeigt eine Tabelle, die in der in Fig. 11 gezeigten Steuereinheit zur Ermittlung eines Grundöffnungswinkels θ Q einer Drosseiklappe verwendet wird;
Fig. 14 ist ein Blockdiagramm einer
Steuereinheit gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 15 ist ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung der Arbeitsweise
der in Fig. 14 gezeigten Steuereinheit;
Fig. 16 ist ein Blockdiagramm eines zur Stabilitätsabtastung dienenden
Blockes der in Fig. 14 gezeigten Steuereinheit;
Fig. 17 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm eines zur Signalverarbeitung dienenden Blockes der
Steuereinheit gemäß Fig. 14;
TER MEER · MÜLLER · STEINh/EIS-TER - _-- Nissan--Motor . . .
Fig. 18(A) und zeigen ein Flußdiagramm zur Ver-18(B) anschaulichung der Arbeitsweise
eines Mikrocomputers zur Abtastung der Werte P und 3 max
θ für jeden einzelnen Zylin
der der Brennkraftmaschine;
Fig. 19 ist ein Blockdiagramm einer
Steuereinheit gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Er-
) findung; und
Fig. 20 ist ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der in Fig. 19 gezeigten Steuer
einheit.
In Fig. 1 ist eine Schaltungsanordnung eines erfindungsgemäßen Steuersystems dargestellt, das zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit elektronischer Kraftstoffeinspritzung einsetzbar ist.
Die von einer Brennkraftmaschine 1 angesaugte Umgebungsluft strömt durch einen Luftfilter 11 zur Entfernung von in der Luft enthaltenem Staub in einen Ansaugkrümmer 15 der Brennkraftmaschine.
Ein Luftmengenmesser 12 dient zur Messung der Ansaugluftmenge Q-. Durch eine in einer Drosselkammer 13 angeordnea
te Drosselklappe 14 wird die Ansaugluftmenge Q entsprechend dem Öffnungswinkel der Drosselklappe gesteuert.
In einem Einlaß stromabwärts der Drosselkammer 13 ist ein Kraftstoff-Einspritzventil 17 angeordnet. Der durch das Einspritzventil 17 eingespritzte Kraftstoff bildet mit
TER MEER · MÜLLER · STEIN.ME^STER NiSSan Motor . . .
der in den Ansaugkrümmer 15 eintretenden Luft ein Kraftstoff -Luftgemisch, das dem Brennraum eines der Zylinder 18 der Brennkraftmaschine zugeführt wird.
Ein Drehzahlsensor 21 dient zur Abtastung der Drehzahl N der Brennkraftmaschine anhand des Drehwinkels der Kurbelwelle.
Ein Gashebelsensor 22 dient zur Abtastung der Winkelstellung θ eines Gashebels und zur Erzeugung eines zu der a
Winkelstellung des Gashebels proportionalen Signals.
Mit 23 ist ein Drucksensor zur Abtastung des Luft- oder Gasdruckes P im Inneren jedes einzelnen Zylinders (oder wahlweise im Inneren eines bestimmten Zylinders) der Brennkraftmaschine bezeichnet. Der Drucksensor 23 enthält ein als Unterlegscheibe ausgebildetes piezoelektrisches Element, das an einer Zündkerze 40 befestigt ist. Ein Beispiel eines derartigen Drucksensors 23 wird in der US-Patentanmeldung Serial No. 574 693, eingereicht am 24. Januar 1984, beschrieben, auf deren Inhalt hiermit Bezug genommen wird.
Eine Drosselklappen-Betätigungseinrichtung 35 umfaßt einen Schrittmotor und einen Winkelfühler zum Einstellen der Winkelstellung der Drosselklappe anhand eines Treibersignals einer nachfolgend beschriebenen Steuereinheit 25.
Die Steuereinheit 25 erzeugt Treibersignale für die Betätigungseinrichtung 35 und die Einspritzventile 17 auf der Grundlage von Eingangssignalen der Sensoren 21,22 und 23. Eine Zündeinrichtung 39 soll weiter unten näher beschrieben werden.
Fig. "-2 zeigt ein Blodk-diagramm einer ersten Ausführungs-
TER MEER · MÜLLER ■ STEI^ME-JSTER - - - N.isssn" Motor . . .
form der Steuereinheit 25.
Ein Sollwertberechnungsblock 26 dient zur Berechnung eines (weiter unten erläuterten) Grund-Sollwertes entsprechend dem augenblicklichen Betriebszustand der Brennkraftmaschine anhand der durch den Drehzahlsensor 21 abgetasteten Maschinendrehzahl V und der durch den Gashebelsensor 22 abgetasteten Winkelstellung θ_ des Gashebels,
Ci
Der Sollwertberechnungsblock 26 ermittelt den Grund-Sollwert durch Rechenoperationen oder durch Tabellenaufruf.
Bei dem oben erwähnten Grund-Sollwert handelt es sich in dieser Ausführungsform der Erfindung um einen Grund-Sollwert P 0 eines Maximalwertes des Zylinderdruckes. Der Grund-Sollwert P Q ist zuvor in Form einer in Fig. 4 gezeigten Tabelle gespeichert worden und wird aus dem Speicher gelesen.
Das Bezugszeichen 28 bezeichnet einen Sollwertkorrekturblock.
Der Grund-Sollwert P Q wird korrigiert entsprechend verschiedenen Betriebsvariablen der Brennkraftmaschine, et- . wa entsprechend der Kühlmitteltemperatur. Ein End-Sollwert P Λ wird in dem Sollwertkorrekturblock 28 anhand der ml
folgenden Gleichung berechnet.
Pm1 =%w x<^ x Pm0' (1)
wobei CC und Oi Korrekturkoeffizienten sind. Wenn die Werte der Korrekturkoeffizienten cc und OL erhöht werden, wird der Sollwert P Q inkrementweise korrigiert.
Der Korrekturkoeffizient OC in Gleichung (1) ist ein inkrementeller oder differentieller Korrekturkoeffizient während des Aufwärmbetriebs der Brennkraftmaschine, durch
TER MEER · MÜLLER · STEIN.V1EISTER Missan Motor
- 20 -
den die Kraftstoffmenge erhöht wird. Dieser Korrekturwert wird anhand der folgenden Gleichung berechnet.
^mw = KmwxFt xKadv (2) '
wobei K eine Konstante ist.
In Gleichung (2) ist mit F ein Korrektorkoeffizient zur Erhöhung der Menge des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffs in umgekehrter Proportion zu der Kühlwasser temperatur und mit K-, ein Korrekturkoeffizient bezeichnet, durch den der Zündzeitpunkt verzögert wird, wenn die Kühlwassertemperatur während des Aufwärmbetriebes der Brennkraftmaschine unter einer normalen Temperatür liegt. Durch den Korrekturkoeffizienten CC wird da-
mw
her die Erwärmung der Brennkraftmaschine begünstigt.
Der Koeffizient<x ist ein Korrekturkoeffizient während
eines Übergangsbetriebs der Brennkraftmaschine. Der Wert des KorrekturkoeffizientenOC wird entsprechend der Änderungsrate des Betätigungsgrades oder -winkeis des Gashebels verändert.
Der Korrekturkoeffizient α» wird gemäß der unten angegebenen Gleichung (3) auf der Grundlage eines Wertes
d9 /dt berechnet, da ein Gashebelbetätigungssensor 27 a
die zeitliche Änderung der Winkelstellung des Gashebels (dö /dt) abtastet.
ei
QL = 1 + K χ dö /dt (3)
m m a
(K ist eine Konstante)
Der Wert des Korrekturkoeffizientencc wird während des Beginns einer Beschleunigung erhöht und während des Beginns einer Verzögerung der Brennkraftmaschine verringert,
TER MEER · MÖLLER · STEINMEISTER Nissan Motor . . .
Aus diesem Grund wird durch den Korrekturkoeffizienten
Ot ein verbessertes Ansprechverhalten der Brennkraftmam
schine im Übergangsbetrieb erreicht.
Das Bezugszeichen 29 bezeichnet einen Vergleichsblock
zum Vergleich des oben beschriebenen Sollwertes P ^ mit einem durch den Drucksensor 23 abgetasteten Maximaldruck P in dem Zylinder der Brennkraftmaschine und zur Be-
max
rechnung eines Verhältnisses <x . entsprechend der folgenden Gleichung (4).
*p1 = Pm1 / Pmax {4)
In einem nachfolgenden öffnungswinkelberechnungsblock 30 wird ein öffnungswinkel Ötm1 der Drosselklappe gemäß der nachfolgenden Gleichung (5) anhand des Verhältnisses
Cd 1 berechnet.
etm1a = Kt1 XV x9tm1b
(Ktl ist eine Konstante).
In Gleichung (5) wird G^1 jeweils nach Ablauf eines bestimmten Zeitintervalls berechnet (beispielsweise jedesmal, nachdem die Kurbelwelle einen bestimmten Winkel, bei spielsweise 360°, durchlaufen hat). e tm-|b bezeichnet den Öffnungswinkel der Drosselklappe, der in dem vorausgegangenen Schritt berechnet wurde, während ö tm-|a den neu berechneten öffnungswinkel bezeichnet.
Aus den berechneten Werten ©tm1a/ e tmib wird der Drossel~ klappen-Verstellwinkel 4etm1 (= ©tmla - ©tm1b) berechnet.
Die Drosselklappen-Betätigungseinrichtung 35 verstellt
die Drosselklappe 14 entsprechend dem berechneten Verstell winkel 4θ, Λ .
tmi
TER MEER · MÖLLER · STEIWME3TER Nxssail Motor
Ein Grund-Einspritzmengen-Berechnungsblock 32 berechnet eine Grund-Impulsbreite T (= K χ Q /N, wobei K eine
ρ a
Konstante ist) anhand der durch den Luftmengenmesser gemessenen Ansaugluftmenge Q, und der durch den Drehzahl
sensor 21 gemessenen Maschinendrehzahl N.
Ein Einspritzmengen-Korrekturblock 33 nimmt verschiedene Informationen über Zustände der Brennkraftmaschine und verschiedener Teile des Fahrzeugs auf, korrigiert die Grund-Impulsbreite T und erzeugt die endgültige Einspritz -Impulsbreite T..
Die Einspritz-Impulsbreite T. entspricht der Zeitdauer, für die das Einspritzventil geöffnet ist. Eine Einspritzventil-Betätigungseinrichtung 34 betätigt die Einspritzventile 17 sämtlicher Zylinder simultan, jeweils einmal während jeder Umdrehung der Kurbelwelle.
Fig. 5 zeigt eine spezielle Schaltungsanordnung zur Ermittlung des Maximalwertes P des Zylinderdruckes für 3 max u
eine Vierzylinder-Brennkraftmaschine. Ein in Fig. 5 nicht gezeigter Kurbelwinkelsensor erzeugt ein 720"-Signal und ein 1"-Signal synchron mit der Drehung der Kurbelwelle. In einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine entspricht die Periode des 720°-Signals dem Kurbelwinkel, der für vier Takte jedes einzelnen Zylinders der Brennkraftmaschine benötigt wird. Die Periode des 1°-Signals entspricht einem Kurbelwinkel von 2°.
Ein Kurbelwinkel-Positionszähler 50 dient zur Anzeige der Winkelstellung der Kurbelwelle. Der Positionszähler 50 wird durch die ansteigende Flanke des 720°-Signals zurückgesetzt und jeweils um 1 erhöht, wenn das 1°- Signal ansteigt und abfällt.
'
TER MEER · MÜLLER · STEINA/1E*S5TER _ - - .Kissen Motor
Der Anstieg des 720°-Signals erfolgt in der oberen Totpunktstellung nach dem Kompressionshub eines ersten Zylinders, wenn die Zündfolge der Brennkraftmaschine 1-3-4-2 ist (s. Fig. 7).
5
Ein Frequenzteiler 51 wird durch die ansteigende Flanke des 720°-Signals zurückgesetzt und erhöht seinen Zählwert jeweils um eins wenn der Zählwert des Positionssensors 50 ein Vielfaches von 180 wird.
Ein Multiplexer 52 nimmt die Drucksignale der in den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine angeordneten Drucksensoren 23A,23B,23C und 23D auf und ändert sein Ausgangssignal synchron mit dem Ausgang des Frequenzteilers 51. Auf diese Weise wird das Drucksignal des ersten Zylinders ausgegeben, wenn das Ausgangssignal des Frequenzteilers 51 den Wert 1 hat, das Drucksignal des dritten Zylinders wenn das Ausgangssignal des Frequenzteilers den Wert 2 hat, das Drucksignal des vierten Zylinders wenn der Frequenzteiler den Wert 3 anzeigt und das Drucksignal . des zweiten Zylinders, wenn der Frequenzteiler den Wert 4 anzeigt.
Ein Zyklus-Zähler 53 dient zur Anzeige des Kurbelwinkels seit der oberen Totpunktstellung nach dem Kompressionshub jedes einzelnen Zylinders der Brennkraftmaschine. Der Zyklus-Zähler 53 wird jeweils zurückgesetzt, wenn sich der Ausgangswert des Frequenzteilers 51 ändert, und wird jeweils um eins erhöht, wenn das 1"-Signal ansteigt und abfällt.
Ein Analog-Digital-Wandler (A/D-Wandler) wandelt jedesmal, wenn sich der Zählwert des Zyklus-Zählers 53 ändert, das Ausgangssignal des Multiplexers 52 in ein entsprechendes digitales Signal um.
TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER Nissan Motor
Ein Komparator 55 vergleicht den digitalisierten Druckwert P mit einem Speicherwert P , der in einem P
^ ■ max' max
Speicher 56 gespeichert ist. In dem P -Speicher 56
max
wird der Maximalwert P des Zylinderdruckes jeweils nur dann aktualisiert, wenn der gemessene Druck P größer als der gespeicherte Maximalwert P ist. D.h., der
max
gespeicherte Wert Pmax wird durch den neuen Wert P ersetzt, sofern dieser größer als der gespeicherte Wert P ist. Auf diese Weise wird in dem P -Speicher 56 der maximale Zylinderdruck während des Expansxonshubes gespeichert. Der P -Speicher 56 wird jedesmal gelöscht,
max
wenn sich das Ausgangssignal des Frequenzteilers 51 ändert, so daß der Maximaldruck P in jedem einzelnen
max
Zylinder der Brennkraftmaschine ermittelt wird.
Ein P .-Speicher 57 dient zur Speicherung der Maximal-
maxi
werte Ρ--,, für die einzelnen Zylinder. Der Speicherwert
IUaX
wird jeweils dann aktualisiert, wenn sich das Ausgangssignal des Frequenzteilers 51 ändert. Vor der Löschung des Speicherwertes wird der in dem P -Speicher 56 gespeicherte Wert sequentiell gespeichert. Wenn der Wert
P in dem i-ten Zylinder durch P . gegeben ist max maxx
(i = 1 bis 4), so enthält der P .-Speicher 57 die Werte P .,, P -,/P ,, und P ~ sequentiell für jeden maxi' max3' max4 max2 ^ J
Ausgangswert des Frequenzteilers 51 etwa in der Reihenfolge 1,2,3 und 4.
Alternativ kann der Maximaldruck P in jedem einzelnen Zylinder mit Hilfe eines Mikrocomputers ermittelt werden.
Ein die Steuereinheit 25 bildender Mikrocomputer umfaßt eine Zentraleinheit (CPU), einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), einen Nur-Lese-Speicher (ROM) und eine Ein- und Ausgabeschaltung.
i
TER MEER · MÜLLER ■ STEINMEISTER Niss&n Motor ...
Fig. 6 (A) und 6 (B) zeigen ein Flußdiagramm für den Mikrocomputer zur Abtastung des Maximaldruckes P
max
Das in dem Flußdiagramm veranschaulichte Programm umfaßt zwei Routinen, nämlich ein Programm, das jedesmal nach einer Kurbelwellendrehung von 120°, also synchron mit dem 720"-Signal ausgeführt wird, und eine Routine, die jedesmal nach einem Kurbelwinkel von 1°, also synchron mit dem 1°-Signal ausgeführt wird. 10
Die Ausführungszeit ist mit einem Signal eines nicht gezeigten Kurbelwellen-Positionssensors der Brennkraftmaschine synchronisiert.
Das 720°-Signal steigt am oberen Totpunkt nach dem Kompressionshub des ersten Zylinders an, so daß das in Fig. 6(A) gezeigte Programm synchron mit dem 720°-Signal ausgeführt wird. In einem Schritt S20 in Fig. 6(A) wird der Zählwert des Positionszählers 50 jedesmal gelöscht, wenn das 720°-Signal ansteigt. Das mit dem 720°-Signal synchronisierte Programm hat eine höhere Priorität als das mit dem 1°-Signal synchronisierte Programm.
Das in Fig. 6(A) und 6(B) gezeigte, mit dem 1"-Signal synchronisierte Programm wird jedesmal ausgeführt, wenn sich die Kurbelwelle um 180° gedreht hat, da bei einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine jedesmal nach einer Drehung der Kurbelwelle um 180° einer der Zylinder den Kompressionshub beendet und den oberen Totpunkt erreicht. Da ferner der Kurbelwinkel, bei dem der Maximaldruck Pm_„
max
während des Arbeitstaktes auftritt, innerhalb eines Bereichs von 40° nach dem oberen Totpunkt liegt, wird der Druckwert P jedesmal bei Eintreffen des 1°-Signals abgetastet, bis die Kurbelwelle die Winkelstellung von 39° nach dem oberen Totpunkt in jedem Arbeitstakt erreicht,
TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER Nissan MotOl . . ,
und die entsprechenden Druckwerte werden gespeichert. Anschließend wird aus den gespeicherten Werten der Maximalwert P ausgewählt.
max ^
Der obere Totpunkt am Ende des Kompressionshubes der einzelnen Zylinder entspricht den Zählwerten 1,181,361 und 541 des Positionszählers. Wenn der Zählwert des Positionszählers die Werte 1,181,361 bzw. 541 aufweist, wird ein Programmflag, das den Beginn der Messung des Druckes P anzeigt, in Schritten S22 und S24 auf 0 gesetzt, und der Zyklus-Zähler wird gelöscht. Der Positionszähler 50 beginnt mit der Zählung entsprechend der ansteigenden Flanke des 1"-Signals unmittelbar nach Eintreffen des Rücksetz-Signals (720°-Signal).
Da der in dem Mikrocomputer implementierte Positionszähler 50 unmittelbar nach dem Rücksetz-Signal (720°-Signal) entsprechend der ansteigenden Flanke des 1°-Signals zu zählen beginnt, wird der Wert des Positionszählers am oberen Totpunkt nach jedem Kompressionshub (Fig. 7) der Zylinder der Brennkraftmaschine um eins verändert.
Das Programmflag zeigt an, ob der Analogwert der Drucksensoren 23A bis 23D oder 23 in einen Digitalwert umgewandelt werden soll, und die A/D-Umwandlung wird ausgeführt, wenn das Flag den Wert 1 aufweist.
Wenn die Zündfolge für die Vierzylinder-Brennkraftmaschine 1-3-4-2 ist, erfolgt in Schritt S23 gleichzeitig mit der Abtastung des oberen Totpunktes die Ermittlung der Nummer des Zylinders. Wenn der Positionszähler auf 1,181, 361 oder 541 steht, werden in einem Zylindernummern-Register die Zylindernummern 1,3,4 bzw. 2 gespeichert. Wenn die obere Totpunktstellung nach dem Kompressionshub des betreffenden Zylinders der Brennkraftmaschine festgestellt
TER MEER · MÜLLER ■ STEINMEISTER Nissan Motor ...
wird, wird für das Drucksignal des Drucksensors jedes einzelnen Zylinders der Brennkraftmaschine ein Kanal des A/D-Wandlers ausgewählt, so daß die A/D-Umwandlung ausgeführt und der Wert P in einem Register unter der Adresse des Zyklus-Zählers (entsprechend dem Zählerstand des Zyklus-Zählers) gespeichert wird (Schritte S26 bis S28) .
Die Speicherung der Werte P wird fortgesetzt, bis die Kurbelwelle eine Winkelstellung von 39° nach dem oberen Totpunkt erreicht. Wenn der Kurbelwinkel 40° nach dem oberen Totpunkt beträgt, springt die Routine zu einem Schritt S30, in dem die Ermittlung von P ausgeführt
max
wird.
Nachdem in einem Schritt S31 der Speicherinhalt des p max~ Speichers auf 0 eingestellt wurde, springt das Programm zu einem Schritt S32, wo der Inhalt des P -Speichers mit den unter der Adresse des Zyklus-Zählers abgespeicherten Datenwerten verglichen wird, und wenn der unter der Adresse des Zyklus-Zählers gespeicherte Wert größer als der Speicherinhalt des P -Speichers ist, wird der
max
größere Wert in den P -Speicher übernommen. In Schritt S33 wird einer der Werte P , der das Maximum
ITI X
angibt, in dem P -Speicher abgespeichert· Nach der Er-
max
mittlung von P wird der Wert P in Schritt S36 in ^ max max
den P .-Speicher übertragen. Das Symbol i gibt die max ι
in dem Zylindernummern-Register gespeicherte Nummer des Zylinders an, und der Wert P . be:
maxx
wert des Druckes in dem Zylinder i.
Zylinders an, und der Wert P . bezeichnet den Maximal-
maxx
Der auf diese Weise erhaltene Maximalwert P wird aus den in Fig. 2 gezeigten Vergleichsblock 29 ausgegeben. 35
TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER Ki SS an Motor
- 28 -
Anstelle des Maximaldruckes P kann auch ein indizier-
max
ter mittlerer Effektivdruck P. verwendet werden. Wenn beispielsweise der Zylinderdruck P in der Umgebung des oberen Totpunktes im Kompressionshub abgetastet wird, wo die Arbeit während eines Maschinenzyklus am größten ist, so kann ein dem Wert P. entsprechender Wert für jeden einzelnen Zylinder in einem time-sharing Verfahren aufgenommen werden.
Eine spezielle Anordnung zur Abtastung des indizierten mittleren Effektivdruckes P. ist in Fig. 8,9(a) und 9(B) dargestellt.
Eine differentielle Arbeit L (= P χ J V) d.h., der Druckwert P multipliziert mit einer differentiellen Änderung 4 V des Zylindervolumens wird über ein Intervall aufsummiert, das von einem vorgegebenen positiven Kurbelwinkel bis zu einem vorgegebenen negativen Kurbelwinkel (beispielsweise über dem Bereich von + 60°) vor und nach dem oberen Totpunkt im Kompressionshub reicht.
Der aufsummierte Wert T(P x 4V)/ dividiert durch den Hubvolumenanteil vom oberen Totpunkt bis zu dem vorgegebenen Kurbelwinkel wird als indizierter mittlerer Effektivdruck P. verwendet (in Schritten S40 bis S42, S34 und S43).
Der zu vergleichende Grund-Sollwert des Zylinderdruckes muß in diesem Fall der Grund-Sollwert P.Q des indizierten mittleren Effektivdruckes sein. Fig. 10 zeigt ein Beispiel einer Tabelle des Grund-Sollwertes P.Q in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl und der Winkelstellung des Gashebels.
f
Die Arbeitsweise der oben beschriebenen Ausführungsform
TER MEER ■ MÜLLER ■ STEINMEISTER
der Steuereinheit 25 soll nachfolgend anhand des in« Fig. 3 gezeigten Flußdiagramms erläutert werden. i
Eine arithmetische Steueroperation wird ausgeführt, beispielsweise immer dann, wenn ein konstantes Zeitintervall vergangen ist, oder synchron mit der Maschinendrehzahl. In diesem Fall werden die in Fig. 3 gezeigten Arbeitsschritte einmal während jeder Umdrehung der Brennkraftmaschine abgearbeitet.
10
Die Steuerung der Kraftstoff-Einspritzmenge wird in Schritten S8 bis S11 durchgeführt.
In Fig. 3 wird in dem Grund-Einspritzmengen-Berechnungsblock 32 eine einer Grund-Einspritzmenge entsprechende Impulsbreite T in einem Schritt S8 aus den Werten Q und N durch Tabellenaufruf in folgender Weise ermit-
telt:
T = K χ Q /N, wobei K eine Konstante ist.
ρ a
In dem Einspritzmengen-Korrekturblock 33 wird in Schritt S9 ein Korrekturkoeffizient zur Korrektur der Grund-Impulsbreite T (beispielsweise ein inkrementeller Kühlwasser-Korrekturkoeffizient zur Erhöhung der Kraftstoffmenge, wenn die Maschine noch nicht ausreichend aufgewärmt ist) berechnet, und die endgültige Impulsbreite T. wird berechnet durch Multiplikation der Grund-Impulsbreite T mit dem Korrekturkoeffizienten. P
In Schritt S11 wird durch die Einspritzventil-Betätigungseinrichtung 34 das Einspritzventil betätigt, so daß die in Schritt S10 ermittelte Kraftstoffmenge eingespritzt wird.
35
TER MEER · MÖLLER · STElNMEtSTER „. . w
. Nissan Motor .
Wenn der Wert Q zunimmt, wird die eingespritzte Kraft-
el
stoffmenge entsprechend erhöht, so daß der Zylinderdruck zunimmt.
Anschließend wird in Schritten S1 bis S7 eine rückgekoppelte Regelung eines Sollwertes auf der Grundlage eines abgetasteten Wertes des Zylinderdruckes durchgeführt .
In dem Sollwert-Berechnungsblock 26 wird in Schritt S1 der anhand der anfänglichen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine abgeleitete Wert P _ anhand der Werte N und θ durch arithmetische Operationen oder durch a
Tabellenaufruf ermittelt.
15
In dem Sollwert-Korrekturblock 28 wird in Schritt S3 der Korrekturkoeffizient öt» zur Korrektur des Wertes P n
mw mO
(= K χ F χ K , , K ist die Konstante) berechnet, und in Schritt S2 wird der Korrekturkoeffizient oC
(=1+K χ de /dt, K ist eine Konstante) berechnet. Der ma m
Sollwerk-Korrekturblock berechnet schließlich in Schritt
54 den Wert P ., durch Multiplikation der berechneten Wer-
teaW *m mit dem Wert Pm0 (Pm1 =%w x*m x 1W '
Anschließend wird in dem Vergleichsblock 29 in Schritt
55 das Verhältnis P1 von P zu P . wie folgt berechnet:
cc Λ - P „/P . Der Wert P kann ermittelt werden mit pi ml max max
Hilfe des Drucksensors 23, der an einem repräsentativen Zylinder der Brennkraftmaschine installiert ist, oder anhand eines Mittelwertes der maximalen Druckwerte P für je zwei Umdrehungen der Brennkraftmaschine, die durch die einzelnen Drucksensoren 23A bis 23D an den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine ermittelt wurden, wie eben unter Bezugnahme auf Fig. 5 und 6(A) und 6(B) beschrieben wurde. Wahlweise kann der Schritt S5 für jede
TER MEER · MÜLLER ■ STEINMEISTER NisSall "Motor"'
halbe Umdrehung durchgeführt werden. j
In Schritt S6 multipliziert der Berechnungsblock 30 den Wert ot 1 mit dem Wert θ ... , der in dem vorausgegangenen Rechenzyklus ermittelt wurde, um den neuen Wert etm1 ^ = Kt1 x 0^' ietm1b' Kt1 ^3*" e^ne Konstante) zu berechnen, so daß in Schritt S6 ä&tm^ (e tm-ta ~ etm1b berechnet wird.
Der auf diese Weise erhaltene Wert Δ &±.m-t wird als Treibersignal an die Drosselklappen-Betätigungseinrichtung 35 übermittelt, so daß die Drosselklappe 14 entsprechend dem Wert 4Θ . in öffnungs- oder Schließrichtung verstellt wird.
Wenn beispielsweise der tatsächliche, abgetastete Wert größer als der Sollwert ist, so ist das Verhältnis Co .. kleiner als 1, etm1a ist kleiner als θ .,, und somit
ist J9, . kleiner als 0. In diesem Fall reduziert die tmi
Drosselklappen-Betätigungseinrichtung 35 den Öffnungswinkel der Drosselklappe um einen dem Absolutwert von άθ 1 entsprechenden Betrag. Hierdurch wird die Ansaug-
luftmenge Q reduziert, was auch zu einer Verringerung a
der eingespritzten Kraftstoffmenge führt. Folglich wird der Wert P verringert, so daß er sich dem Wert P annähert. Wenn andererseits der tatsächlich abgetastete Wert kleiner als der Sollwert ist, wird der öffnungswinkel der Drosselklappe durch die Drosselklappen-Betätigungseinrichtung 35 erhöht, so daß der Wert P ansteigt
max und sich dem Wert P - annähert.
m ι
Auf diese Weise wird der Wert P auf den Wert P . ein-
max ml
geregelt, so daß bei gleichem Grad der Betätigung des Gashebels stets der gleiche Zylinderdruck erreicht wird. Durch eine derartige Regelung des Zylinderdruckes kann
TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER Nissan. Motor
somit eine stabile Steuerung der Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine erreicht werden, ohne daß ein zuvor eingestellter Sollwert durch Unterschiede in den Umgebungsbedingungen während des Betriebs der Brennkraftmaschine oder durch Alterungseffekte beeinflußt wird.
Der Gashebel-Betätigungsblock 27 dient zur Verbesserung der Steuerbarkeit der Brennkraftmaschine in übergangszuständen. In einer Grundausstattung werden auch ohne den Gashebelbewegungssensor 27 zufriedenstellende Ergebnisse erzielt.
Anstelle der zeitlichen Änderungsrate des Grund-Sollwertes d© /dt kann auch die zeitliche Änderung des Grunda
Sollwertes (dP n/dt) berechnet werden.
mU
Fig. 11 zeigt ein Blockdiagramm der Steuereinheit 25 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 12 zeigt ein Flußdiagramm für einen Mikrocomputer, der die Steuereinheit 25 gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung bildet.
Während bei dem zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung der Öffnungswinkel der Drosselklappe auf der Grundlage der zuvor abgetasteten Winkelstellung der Drosselklappe ermittelt wurde, wobei der Grund-Öffnungswinkel Θ, 0 der Drosselklappe zuvor anhand der Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine ermittelt wurde, wird bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung der Öffnungsgrad der Drosselklappe anhand des Grund-Öffnungswinkels Θ. n der Drosselklappe berechnet.
Ein Grund-Öffnungswinkel-Berechnungsblock berechnet den Gruj&d-Öffnungswinkel θ Q der Drosselklappe anhand der
TER MEER · MÖLLER · STEINMEISTER Nissan. MoE OX. .... *. ;
- 33 -
Werte N und θ durch arithmetische Operationen oder durch Tabellenaufruf, Eine Tabelle zur Ermittlung des Öfinungs-
winkels Θ. n durch Tabellenaufruf ist in Fiq. 13 dartmO 3
gestellt.
Ein Öffnungswinkel-Berechnungsblock 43 berechnet einen öffnungswinkel 9t_2 der Drosselklappe anhand des Wertes auf der Grundlage der folgenden Gleichung:
etm2 β Kt2 xoc-p2 x9tm0
wobei Kt- eine Konstante ist. In Gleichung (6) ist mit <£ 2 ein Verhältnis zwischen dem tatsächlichen Maximalwert des Zylinderdruckes und einem Sollwert für den Maximalwert des Zylinderdruckes bezeichnet. Das Verhältnis 06 2
rechnet:
nis 06 2 wird in einem Vergleichsblock 42 wie folgt bep " Pm2/Pmax
20
Ein Sollwert-Korrekturblock 41 korrigiert den Wert P Q entsprechend verschiedenen Betriebsvariablen der Brennkraftmaschine wie etwa der Kühlwassertemperatur u. dgl. und berechnet den endgültigen Sollwert P » nach folgender Gleichung.
Pm2 =*mw x Pm0
Zur Berechnung des Verstellwinkels 4θ _ für die Drosselklappe anhand des Wertes θ „ wird die Differenz zwischen dem gegenwärtigen Öffnungswinkel der Drosselklappe und dem früheren Öffnungswinkel der Drosselklappe in der gleichen Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel ermittelt. Somit wird durch die Drosselklappen-Betätigungseinrichtung 43 die Drosselklappe 14 entsprechend
TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER -Nissan Motor . . .
dem Wert dθ 2 verstellt.
Durch die Ausführungsform gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die gleichen Wirkungen und Vorteile wie bei dem zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiel erreicht.
Da der Wert Θ, ~ zuvor anhand von Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine ermittelt wird, ändert sich der Wert θ n unverzüglich, wenn die Betriebsbedingungen durch den Fahrer geändert werden. Auf diese Weise wird das Ansprechverhalten der Brennkraftmaschine verbessert.
Obgleich bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel der Wert ©tm0 aus den Werten N und θ berechnet wird, kann der Wert θ Q auch durch arithmetische Operationen oder Tabellenaufruf aus dem Wert P Q berechnet werden.
Fig. 14 zeigt ein Blockdiagramm der Steuereinheit 25 nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Gemäß Fig. 14 wird in einem Vergleichsblock 29A der in dem Sollwert-Korrekturblock 28 ermittelte Wert P _
mü
mit dem durch einen Signalverarbeitungsblock 31 ausgegebenen Maximalwert P des Zylinderdruckes verglichen und ein Verhältnis oi nach folgender Gleichung berechnet.
o6p = VPmax (9)'
Der Öffnungswinkel-Berechnungsblock 30 berechnet bei dieser Ausführungsform den öffnungswinkel Θ. der Drosselklappe auf der Grundlage des Wertes P _, der in dem Grund-Öffnungswinkel-Berechnungsblock 40 ermittelt wurde, und des Verhältnisses q6 ; jeweils nachdem ein vorgegebenes Zeitintervall (beispielsweise ein vorgegebener Kurbelwinkel von'360°) vergangen ist. Der öffnungs-
TER MEER · MÖLLER · STEINMEISTER '' ;Kissa0" *Mo£Cr '- '*'
1 ■'"' " ■-.. « > i , _ —- S"-. ■ -.—=s~"'—~n—Γ '' .—
winkel Θ. wird berechnet nach der Gleichung
9tm = Kt xoi«p x 9tm0 (10)'
wobei K eine Konstante ist. Der gemäß obiger Gleichung (10) berechnete Wert θ ist der augenblickliche Öffnungswinkel der Drosselklappe. Der Verstellwinkel d®. r um den die Drosselklappe zum Einstellen des Öffnungswinkels θ verstellt wird, kann beispielsweise anhand der Differenz zwischen dem augenblicklichen Öffnungswinkel und dem Ergebnis der vorausgegangenen Berechnung ermittelt werden (4Θ. = Θ, - Θ, , ) . In einer Mehrzy-
tm tma tmb
linder-Brennkraftmaschine werden die Werte Θ, für alle
tm
Zylinder und für jeden einzelnen Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine gemittelt, und als Wert Θ. wird der Mittelwert verwendet. Die Funktion des Grund-Öffnungswinkel-Berechnungsblocks 40 kann auch durch den Öffnungswinke1-Berechnungsblock 30 übernommen werden. In diesem Fall wird der Wert θ in dem Öffnungswinkel-Berechnungsblock 30 nach der folgenden Gleichung ermittelt.
etm = V x*p xPm0 (11)'
wobei K.' = K, χ Κ ist.
t t m
Durch die Drosselklappen-Betätigungseinrichtung 35 wird die Drosselklappe 14 entsprechend dem berechneten Einstellwinkel 4Θ eingestellt.
Anschließend wird in dem Grund-Einspritzmengen-Berechnungsblock 32 die Grund-Impulsbreite T ( = K χ Q /N)
ρ a
anhand von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, insbesondere anhand der Ansaugluftmenge Q und anhand
der Maschinendrehzahl N berechnet. Die Grund-Impulsbreite T entspricht der Kraftstoff-Einspritzmenge, die durch P
TER MEER · MÖLLER ■ STEINMEISTER Nissan Motor ...
das Einspritzventil 17 eingespritzt wird. Ein Stabilitäts-Abtastblock 44 vergleicht eine Kurbelwinkelposition θ , die dem Wert P ax entspricht und in dem Signalverarbeitungsblock 31 ermittelt wurde, mit dem Grenzwert eines vorgegebenen Kurbelwinkelbereichs, der als stabiler Betriebsbereich der Brennkraftmaschine definiert ist. Wenn θ innerhalb des vorgegebenen Kurbelwinkelbereichs liegt, stellt der Stabilitäts-Abtastblock 44 einen stabilen Maschinenbetrieb fest und gibt ein logisches Signal mit dem Wert 0 aus. Wenn θ nicht in den vorgegebenen Kurbelwinkelbereich fällt, so stellt der Stabilitäts-Abtastblock 44 einen instabilen Maschinenbetrieb fest und erzeugt ein logisches Signal 1. Wenn der Stabilitäts-Abtastblock 44 das Signal 0 erzeugt, so wird in einem Einspritzmengen-Korrekturblock 45 ein Korrekturkoeffizient ac für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf der Grundlage der nachfolgend wiedergegebenen Gleichung allmählich verringert, so daß das Ausgangsverhalten der Brennkraftmaschine wieder in die Nähe eines Grenzwertes des stabilen Betriebsbereichs zurückkehrt und der Kraftstoffverbrauch verringert wird. Somit wird der Brennkraftmaschine ein mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch zugeführt.
co = oC_ - AoL 1 (12) ,
wobei „ den zuvor berechneten Korrekturkoeffizienten für das Luft/Brennstoff-Verhältnis und lou1 einen Korrekturfaktor zur Abmagerung des Gemisches bezeichnet.
Wenn der Stabilitäts-Abtastblock 44 den Wert 1 aufweist, wird durch den Korrekturblock 45 der Korrekturkoeffizient a. auf der Grundlage der nachfolgend wiedergegebenen Gleichung allmählich erhöht, so daß sich die Ausgangsdaten der Brennkraftmaschine dem Grenzwert für den stabilen B£triebsbereich annähern. Auf diese Weise wird das Gemisch angereichert.
TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER - ·" Nissan .tfator ** iV
(13) ,
wobei άφ einen Korrekturfaktor zur Anreicherung des Gemisches bezeichnet. Die arithmetische Operation entweder entsprechend Gleichung (12) oder entsprechend Gleichung (13) wird jeweils einmal während eines vorgegebenen Zeitintervalls (beispielsweise während einer Umdrehung der Brennkraftmaschine) ausgeführt.
Der Einspritzmengen-Korrekturblock 34A berechnet die Impulsbreite T. für die Kraftstoffeinspritzung entsprechend der nachfolgenden Gleichung (14).
T1 = Tp xcC + T3 (14),
wobei T einen Batteriespannungs-Korrekturfaktor zum Aus·
gleich von Änderungen der Betriebsspannung für das Einspritzventil 17 ist.
Die Korrektursteuerung, durch die die Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine in der Nähe des stabilen Bereichs gehalten wird, wird jedoch nicht ausgeführt, wenn die Maschine unter hoher Last oder mit hoher Drehzahl läuft, beim Anlassen,während der Erwärmung und in einem Leerlaufzustand, bei dem eine hohe Ausgangsleistung der Maschine erforderlich ist. In diesen Betriebszuständen ist der Korrekturfaktor cC = 0, so daß lediglich die übliche Steuerung durchgeführt wird. Die Einspritzventil-Betätigungseinrichtung 34A erzeugt ein Treibersignal mit einer Ventilöffnungszeit, die der Einspritz-Impulsbreite T. entspricht, zu vorgegebenen Zeitpunkten, beispielsweise einmal während jeder Umdrehung der Brennkraftmaschine, so daß das Einspritzventil bzw. die Einspritzventile 17 geöffnet werden.
TER MEER · MÜLLER ■ STEINMEISTER HisSan Motor
In dem Blockdiagramm in Fig. 16 ist der Stabilitäts-Abtastblock 44 im einzelnen dargestellt. Der Stabilitäts-Abtastblock umfaßt einen Speicher 51A zur Speicherung von Werten des Winkels θ , eine Recheneinheit 52A zur Berechnung einer Regelbreite (eines vorgegebenen Kurbelwinkelbereichs), eines Grenzwertes anhand des in dem Speicher 51A gespeicherten Wertes θ , einen
pmax
Speicher 53A zur Speicherung der oberen und unteren Grenzwerte des Regelbereichs und eine Entscheidungseinheit 54A zum Vergleich des Wertes θ mit den gespei-
pmax J c
cherten oberen und unteren Grenzwerten zur Entscheidung,
ob der Wert ©„„,„„ innerhalb des Regelbereichs liegt. In pmax
dem Speicher 51 werden die gemessenen Werte von θ in
pmax
einem η-Zyklus (beispielsweise viermal) für jeden einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine an einem dem betreffenden Zylinder zugeordneten Speicherplatz gespeichert. Die Recheneinheit 52A ließt die Inhalte des Speichers 51A, berechnet Mittelwerte AV1 bis AV4 von θ für jeden einzelnen Zylinder und berechnet obere Grenzwerte A1 bis A4 und untere Grenzwerte B1 bis B4. Die Mittelwerte sind vorzugsweise gleitende Mittelwerte, so daß die vergangenen Betriebszustände in einem relativ wünschenswerten Zustand erhalten werden. Darüber hinaus sind die oberen und unteren Grenzwerte A und B derart eingestellt, daß die Differenz zwischen den oberen und unteren Grenzwerten A und B und dem Mittelwert AV eine Zahl für einen quadratischen Mittelwert (vier) ergibt, der um zwei vermehrt wird, also sechs, so daß eine Toleranz gewährleistet ist für den quadratischen Mittelwert einer Streuung (sechzehn) von θ bei einer vorgegebenen Grenze des
pmax
stabilen Bereichs.
Die Recheneinheit 52A ermittelt, ob der Wert θ , der in dem letzten der oben erwähnten η Zyklen ermittelt wur- de, i innerhalb eines stabilen Bereichs zwischen dem oberen
TER MEER ■ MÜLLER ■ STEINMEISTER
- 39 -
Grenzwert A und dem unteren Grenzwert B für den betreffenden Zylinder liegt. Der Speicher 53A dient als den einzelnen Zylindern zugeordneter Zähler, in welchem den einzelnen Zylindern entsprechende Zählwerte U1 bis U4 um eins erhöht werden, wenn für den betreffenden Zylinder der Brennkraftmaschine eine der beiden folgenden Ungleichungen erfüllt ist: θ >A oder θ max <B· °ie Entscheidungseinheit 54A ermittelt, daß die Brennkraftmaschine außerhalb des stabilen Bereichs arbeitet und erzeugt ein logisches Signal 1, wenn einer der Zählwerte U1 bis U4 der Zähler für die betreffenden Zylinder der Brennkraftmaschine während eines vorgegebenen Intervalls (beispielsweise während 24 Umdrehungen der Brennkraftmaschine) einen vorgegebenen Wert U_ (beispielsweise 3) anzeigt oder wenn die Anzahl C der Zylinder der Brennkraftmaschine, für die die Zählwerte U1 bis U4 Werte größer oder gleich eins anzeigen, einen vorgegebenen Wert CQ (beispielsweise 2) erreicht. Wenn jedoch weder die Zählwerte U1 bis U4 den vorgegebenen Wert UQ erreichen, noch die Anzahl der Zylinder C den Wert CQ erreicht, entscheidet die Entscheidungseinheit 54A,daß die Maschine innerhalb des stabilen Bereichs arbeitet und erzeugt ein logisches Signal 0.In diesem Fall werden alle Zählwerte des Speichers 53A nach einem vorgegebenen Zeit-Intervall gelöscht.
Nachfolgend soll unter Bezugnahme auf Fig. 17 die Funktion des in Fig. 14 gezeigten Signalverarbeitungsblocks 31 zur Abtastung von Pmax und θ max iln einzelnen erläutert werden.
Fig. 17 zeigt eine spezielle Schaltungsanordnung des oben beschriebenen Signalverarbeitungsblocks 31 für Vierzylinder-Brennkraftmaschinen.
35
TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER Nissan Motor
Der Kurbelwinkel-Positionssensor liefert das mit der Drehung der Kurbelwelle synchronisierte 720"-Signal (der Kurbelwinkel von 720° entspricht zwei Umdrehungen der Brennkraftmaschine und somit vier Takten einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine). Der Kurbelwinkel-Positionssensor liefert ferner jedesmal, wenn sich die Kurbelwelle um 1° gedreht hat das 1"-Signal (die Periode des 1°-Signals entspricht zwei Winkelgraden), wie unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben wurde. 10
Die Funktionen des Positionszählers 50, des Frequenzteilers 51, des Multiplexers 52,des Zyklus-Zählers 53, des A/D-Wandlers 54, des Komparators 55 und des P -
max
Speichers 56 sind bereits im Zusammenhang mit Fig. 5 beschrieben worden. Ein θ -Speicher 67 speichert den Kurbelwinkelwert θ in Bezug auf den oberen Totpunkt
nach dem Kompressionshub jedes einzelnen Zylinders. Die Pm_ - und θ___ -Speicherinhalte werden gelöscht, wenn
Iu el X jpIuclX
sich das Ausgangssignal des Frequenzteilers 51 ändert.
Ein P .-Speicher 68 dient zur Aufnahme der jedem einmaxx
zelnen Zylinder der Brennkraftmaschine entsprechenden
Speicherinhalte des P -Speichers 56, und ein θ c max pmaxi
Speicher 69 dient zur Aufnahme der den einzelnen Zylindern entsprechenden Speicherinhalte des θ -Speichers. Die Werte in den Speichern 68 und 69 werden aktualisiert, wenn sich das Ausgangssignal des Frequenzteilers 51 ändert. Die jeweils in den P„,„,, und θ m_ -Speichern ent-
max pmax
haltenen Werte werden sequentiell in die P . und θ .-Speicher überschrieben, bevor die Inhalte der pmaxi c
P und θ -Speicher gelöscht werden. Wenn die Werte max pmax * ^
P und θ für den i-ten Zylinder durch P . und max pmax J maxi
θ ' . angegeben werden (i = 1 bis 4 für eine Vierzypmaxi J 3
linder-Brennkraftmaschine), so werden in der Reihenfolge der Ausgangswerte 1,2,3 und 4 des Frequenzteilers
TER MEER . MÜLLER · STEINMEiSTER
sequentiell die Werte Pmax1, P^, Pmax4 und P^2 in
dem P .-Speicher 68 gespeichert. Entsprechend werden in ei 3d
sequentiell die Werte θρΜχ1 , θ^^, 9pmax4
und
epmax2 in dem e Pmaxi"Speicher 69 gespeichert. 5
Die oben beschriebene Abtastung von P und θ für
3 max pmax
die einzelnen Zylinder kann auch mit Hilfe eines Mikrocomputers durchgeführt werden.
Fig. 18(a) und 18(B) zeigen ein Flußdiagramm zur Durchführung dieser Abtastung mit Hilfe des Mikrocomputers.
Das Flußdiagramm enthält zwei Arten von Programmen, nämlich ein Programm, das jedesmal bei Eintreffen des 720°-Signals ausgeführt wird, und ein Programm, das jedesmal bei Eintreffen des 1°-Signals ausgeführt wird, wie bereits in Zusammenhang mit Fig. 6(A) und 6(B) beschrieben wurde.
Das 720°-Signal weist eine ansteigende Flanke auf, wenn der Kolben des ersten Zylinders nach dem Kompressionshub die obere Totpunktstellung erreicht. Das mit dem 720°- Signal synchronisierte Programm wird durch den Anstieg des 720°-Signals ausgelöst. In einem Schritt SP20 wird der Wert des Positionszählers 50 gelöscht, wenn das 720°-Signal ansteigt.
Da der Kurbelwinkel, bei dem der Maximaldruck P auftritt, im allgemeinen innerhalb eines Winkelbereichs von 40° in Bezug auf den oberen Totpunkt des Kompressionshubes liegt, werden der Zylinderdruck P und der zugehörige Kurbelwinkel θ nach dem oberen Totpunkt jedesmal bei Eintreffen des 1°-Signals simultan abgetastet, bis der Kurbelwinkel den Wert von 39° nach dem oberen Totpunkt erreicht hat. Die abgetasteten Werte
TER MEER · möller · STEINMEISTER Nissan Motor
P und θ werden gespeichert. Anschließend wird durch den Mikrocomputer aus den gespeicherten Werten P und
θ der Maximalwert P und der zu diesem Maximaldruck ρ max
gehörende Kurbelwinkel θ ausgewählt. Die Abtastung von P und θ erfolgt in Schritten SP21 bis SP30, und die Auswahl von P und θ erfolgt in Schritten
max pmax
SP31 bis SP38.
Da die obere Totpunktstellung nach dem Kompressionshub in jedem einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine angezeigt wird, wenn der Zählerstand des Positionszählers die Werte 1,181,361 und 541 aufweist, wird das Programmflag zur Auslösung der Abtastung von P auf 0 gestellt, und der Zyklus-Zähler wird gelöscht (Schritte SP22 und SP24). Da der Positionszähler unmittelbar nach Eintreffen des Rücksetz-Signals (720"-Signal) entsprechend der ansteigenden Flanke des 1"-Signals zu zählen beginnt, ergibt sich eine Änderung oder Abweichung des Zählerstands um 1, wenn die obere Totpunktstellung des Kompressionshubs erreicht wird (s. Fig. 7). Die Funktion des Programmflags wurde bereits im Zusammenhang mit Fig. 6(a) und 6(B) beschrieben.
Der Programmschritt SP23 ist ebenfalls bereits beschrieben worden.
Wenn die obere Totpunktstellung eines bestimmten Zylinders der Brennkraftmaschine festgestellt wird, wird die Analog/Digital-Umwandlung durchgeführt, indem ein Kanal des A/D-Wandlers anhand der Zylindernummer des betreffenden Zylinders ausgewählt wird, so daß das Drucksignal des diesem Zylinder zugeordneten Drucksensors verarbeitet jWird. Anschließend werden die Werte P und θ in einem durch den Zyklus-Zähler adressierten Register (ent-5 sprechend dem Zählerstand des Zyklus-Zählers) als Daten-
TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER " ·" Ni*S"saii\Mo.tör"".' :
werte abgespeichert (Schritte SP26 bis SP28).
Die Speicherung der Werte P und θ wird fortgesetzt, bis die Winkelstellung von 39° nach dem oberen Totpunkt im Kompressionshub erreicht ist. Wenn die Kurbelwelle die Winkelstellung von 40° nach dem oberen Totpunkt erreicht, werden die jeweiligen Maximalwerte P__„ und
ITl ei X
θ ™=,v ermittelt (Schritte SP29 und SP30).
P IUoX
Anschließend wird das Flag in Schritt SP31 auf 1 gesetzt, um die Abtastung von P zu beenden. Zusätzlich werden der Zählerstand des Zyklus-Zählers und die Speicherinhalte des P -Speichers und des θ -Speichers
max c pmax c
in Schritt SP31 gelöscht.
15
Anschließend wird in Schritt SP32 der Speicherinahit des P -Speichers mit dem unter der Adresse des Zyklus-Zählers abgespeicherten Datenwert verglichen. Wenn der unter der Zyklus-Zähler-Adresse gespeicherte Datenwert größer als der Speicherinhalt des P -Speichers ist,
max
so werden die Speicherinhalte der P - und θ -Speicher c max pmax c
in Schritten SP32 bis SP36 entsprechend den Datenwerten aktualisiert. Auf diese Weise wird in dem P -Speicher schließlich der maximale Datenwert P gespeichert, und
max
in dem θ -Speicher wird der zu diesem Maximalwert gehörende Kurbelwinkel θ gespeichert. Wenn der Kurbel-
pmax
winkel den Wert von 40° nach dem oberen Totpunkt erreicht, werden in Schritten SP37 und SP38 die Werte P und
θ in die P . und θ . -Speicher üoerschrieben. pmax maxi pmaxi ^
Die abgetasteten Werte P und θ werden an den Ver- ^ max pmax
gleichsblock 29A und den Stabilitäts-Abtastblock 44 übermittelt. Da diese Werte jedoch mit Hilfe des Signalverarbeitungsblocks 31 simultan ermittelt werden, ergibt sich eine Kostenersparnis im Vergleich zu dem Fall, daß
TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER . Ni S-S an Motcr ....
- 44 -
die Werte Pmax und ©_max getrennt ermittelt werden.
Die Arbeitsweise der oben beschriebenen Anordnung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm in Fig. 15 erläutert werden.
Obwohl die in Fig. 15 gezeigte arithmetische Steueroperation ausgeführt wird, beispielsweise für jedes vorgegebene Zeitintervall oder synchron mit der Drehung der Brennkraftmaschine, wird sie einmal während jeder Umdrehung der Brennkraftmaschine ausgeführt.
Eine rückgekoppelte Regelung eines Sollwertes auf der Grundlage des abgetasteten Wertes für den Zylinderdruck wird in Schritten SP1 bis SP8 durchgeführt.
In Schritt SP1 berechnet der Signal-Verarbeitungsblock 31 die Werte P und θ für jeden einzelnen Verbrennungsvorgang auf der Grundlage des Eingangssignals von dem Zylinder-Drucksensor 23. Da die Verbrennung des Kraftstoffs einmal während zwei Umdrehungen der Brennkraftmaschine erfolgt, muß der Schritt SP1 nach dem Ende des Verbrennungstaktes ausgeführt werden. Im Falle einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine werden die Werte P und θ für alle Zylinder jeweils einmal für zwei Umpmax J
drehungen der Brennkraftmaschine gemittelt, und die Mittelwerte können als Werte von P und θ verwendet
max pmax
werden.
In Schritt SP2 wird durch eine arithmetische Operation oder durch Tabellenaufruf der Wert von P ~ entsprechend den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine anhand der Werte N und θ berechnet.
cL
In Schritten SP4 und SP5 werden durch den Sollwert-
TER MEER · MDLLER ■ STEINMEISTER-"","'- Njksan
_ 45 .
Korrekturblock 28 der Korrekturkoeffxzientoc
( = K χ F, χ K , ) zur Korrektur des Wertes von P _ mw t adv mu
und der Wert P ( = et χ Ρ ) berechnet.
In Schritt SP6 berechnet der Vergleichsblock 29A das Verhältnis <*p ( = Pm/Pmax) .
In Schritt SP7 berechnet der Öffnungswinkel-Berechnungsblock 30 den öffnungswinkel Θ. der Drosselklappe (©tm = Kt x<y χ e tmo^ und den Verstellwinkel 4 etm ( = Ötma Ötmb) * 9tm0 ( = Km x Pm0) wird in Schritt SP3 mit Hilfe des Grund-Öffnungswinkel-Berechnungsblocks 40 berechnet.
Der berechnete Wert 4©t wird an die Drosselklappen-Betätigungseinrichtung 35 übermittelt, so daß die Drosselklappe 14 um einen dem Wert 4©tm entsprechenden Winkel geöffnet oder geschlossen wird.
Wenn beispielsweise der tatsächlich abgetastete Wert grösser als der Sollwert ist, ist das Verhältnis^ kleiner als
und ^etm <0* Fol9lich wird die
Drosselklappe 14 durch die Betätigungseinrichtung 35 um den Winkel Δθ, in Schließrichtung bewegt. Auf diese Weise wird die Ansaugluftmenge Q verringert, und die Kraftstoff-Einspritzmenge wird entsprechend verringert, so daß der Wert P in Richtung auf den Wert P abgesenkt wird. Wenn dagegen der tatsächlich abgetastete Wert kleiner als der Sollwert ist, wird durch die Betätigungseinrichtung der Öffnungswinkel der Drosselklappe 14 erhöht, so daß der Wert P zunimmt und sich dem Sollwert P annähert, max m
Die Steuerung der Kraftstoff-Einspritzmenge erfolgt in Schritten SP9 bis SP13.
In Schritt SP9 wird in dem Grund-Einspritzmengen-Berech-
TER MEER ■ MÜLLER ■ STEINMEISTER Nissan Motnr
nungsblock 32 der Wert T ( = K χ Q /N) anhand der Wer-
P a te Q und N durch arithmetische Operationen berechnet.
In Schritt SP10 vergleicht der Stabilitäts-Abtastblock 43 den Kurbelwinkel θ , bei dem der Zylinderdruck
pmax ■*
seinen maximalen Wert aufweist, mit beiden Grenzwerten des vorgegebenen stabilen Bereichs, um zu entscheiden, ob die Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine in der Nähe eines der Grenzwerte in dem stabilen Bereich liegen.
In den Schritten SP11 und SP12 berechnet der Einspritzmengen-Korrekturblock 45 den Korrekturkoeffizienten cm für das Luft/Brennstoff-Verhältnis, um die Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine in der Nähe der Grenzwerte in dem stabilen Bereich zu halten, so daß entsprechend dem Ergebnis des Stabilitäts-Abtastblocks 44 im Rahmen einer rückgekoppelten Regelung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses das Gemisch abgemagert wird, wenn die Maschine innerhalb des stabilen Bereichs arbeitet, und angereichert wird, wenn die Maschine außerhalb des stabilen Bereichs arbeitet. Ferner werden der Batteriespannungs-Korrekturkoeffizient T und die endgültige Ein-
spritz-Impulsbreite T. ( = T xoi + T ) berechnet. Der
•i- £·* t9
Einspritzmengen-Korrekturblock 45 berechnet weitere Korrekturkoeffizienten entsprechend Betriebsbedingungen der Maschine mit Ausnahme des Korrekturkoeffizienten oO für das Luft/Brennstoff-Verhältnis. In Schritt SP13 betätigt die Einspritzventil-Betätigungseinrichtung 34A das Kraftstoff-Einspritzventil 27, so daß dieses für eine der berechneten endgültigen Impulsbreite T. entsprechende Zeitdauer öffnet.
In einem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine, in dem das Luft/Brennstoff-Verhältnis auf der Grundlage des Korrekturkoeffizienten zurückgekoppelt wird, wird der Korrekturkoeffizient oL> zur Abmagerung des Gemischs allmählich verringert (o(/=oU, - Δώ 1) / wenn die Maschine
TER MEER · MÖLLER · STEINMEISTER
innerhalb des stabilen Bereichs arbeitet. Wenn die^ Maschine nicht in dem stabilen Bereich arbeitet, wird der Wert vonoü allmählich erhöht, um das Luft/Brennstoff-Gemisch anzureichern (oC= oCß + dck> ) · 5
Solange der Wert P mit dem Wert P zusammenfällt, wird die Maschine in der Nähe des Grenzwertes des stabilen Bereichs gesteuert. Folglich ergibt sich für den gleichen Grad der Betätigung des Gashebels stets der gleiche Zylinderdruck, und der Kraftstoffverbrauch wird auf ein Minimum verringert.
Fig. 19 zeigt ein Blockdiagramm der Steuereinheit 25 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die in Fig. 19 gezeigte Steuereinheit umfaßt den Grund-Einspritzmengen-Berechnungsblock 32, den Einspritzmengen-Korrekturblock 33, die Einspritzventil-Betätigungseinrichtung 34, den Sollwert-Korrekturblock 26, den Grundöffnungswinkelberechnungsblock 40, den Sollwert-Korrekturblock 28, den Vergleichsblock 29A, den Öffnungswinkel-Berechnungsblock 30 und den Signalverarbeitungsblock 31, deren Funktionen bereits im Zusammenhang mit Fig. 2, 11 und 14 beschrieben wurden. Die bereits in Zusammenhang mit Fig. 1 erwähnte Zündeinrichtung 39 dient zum Zünden der in den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine angeordneten Zündkerzen 40 entsprechend einem Zündungs-Steuersignal der Steuereinheit 25.
Ein Zündzeitpunkts-Berechnungsblock 36 ermittelt einen Grund-Sollwert SAQ für den Zündzeitpunkt anhand von Betriebsvariablen der Brennkraftmaschine wie etwa der
Luftmenge Q und der Maschinendrehzahl N durch arithmea
tische Operationen oder Tabellenaufruf. 35
TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER "Niscan MctOr
Durch einen Zündzeitpunkts-Korrekturblock 37 wird der Grund-Sollwert SAn derart korrigiert/ daß sich auf der Grundlage des Kurbelwinkels 9„m,v, bei dem der maximale
pmax
Zylinderdruck P__x auftritt, ein optimaler Zündzeitpunkt ergibt, beispielsweise ein Zündzeitpunkt MBT (minimale Zündvorverstellung zur Erzielung eines optimalen Drehmoments) , bei dem ein optimaler Kraftstoffverbrauch erreicht wird.
Die nachfolgende Beschreibung geht aus von einer Zündzeitpunkt-Steuerung, bei der der Wert θ , bei dem
pmax
sich der Zündzeitpunkt in dem MBT-Zustand befindet, unabhängig von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine im wesentlichen auf einen bekannten Wert (15 bis 18° nach dem oberen Totpunkt) festgelegt ist. Wenn der Sollwert für diesen bekannten Wert θ Q ist, so wird der Grund-Sollwert SA derart korrigiert, daß θ für
0 pmax
jeden Verbrennungshub mit θ Q zusammenfällt. Da sich der Wert θ für jeden einzelnen Verbrennungsvorgang etwas ändert, wird ein beweglicher Mittelwert β
3 pmax
entsprechend den letzten Verbrennungsvorgängen, beispielsweise entsprechend den letzten vier Verbrennungsvorgängen erzeugt. Die Differenz zwischen dem beweglichen
Mittelwert θ und θ n bildet einen Korrekturwert pmax pmaxO
zur Korrektur des Grund-Sollwertes SA_, so daß der Zündwinkel SA anhand der folgenden Gleichung berechnet wird:
SA = SA0 +oisa (e Pmax " %axO) (15) (wobeioC eine Konstante ist) sa
Der Zündwinkel SA wird nach der folgenden Gleichung berechnet, bei der der Grund-Sollwert SA~ mit einem Korrekturkoeffizienten ού entsprechend der Kühlwassertemperatur während der Aufwärmphase der Brennkraftmaschine multipliziert wird, um die Erwärmung der Brennkraftmaschine zu begünstigen.
TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER ... ...
- ■ .· Nissa-n Motor . .
- 49 -
3627856
SA =*6t χ SA0 (16)
(oC. ist eine Konstante)
Ein Zündsignalgeber 38 erzeugt das Zündungs-Steuersignal, das einen durch eine nicht gezeigte Zündspule der Zündeinrichtung fließenden Primärstrom unterbricht/ auf der Grundlage des berechneten Zündwinkels SA und der durch die Batteriespannung gesteuerten Dauer der Stromzufuhr.
Bezüglich des Aufbaus des Signalverarbeitungsblocks 31 wird auf die Beschreibung zu Fig. 17 Bezug genommen.
Die Werte Pmax und ©pmax (oder 6pmax) können auch mit HiI-fe eines Mikrocomputers abgetastet werden. Der Mikrocom-
puter ermittelt die Werte P und θ entsprechend dem c max pmax
im Zusammenhang mit Fig. 18(A) und 18(B) beschriebenen Flußdiagramm.
Die Arbeitsweise des vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung soll unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm in Fig. 20 erläutert werden. Die Schritte ST1 bis ST9 in Fig. 20 entsprechen den Schritten SP1 bis SP9 in Fig.
In Schritten ST10 bis ST12 wird durch den Einspritzmengen-Korrekturblock 32 der Korrekturkoeffizient berechnet, die endgültige Einspritz-Impulsbreite T. durch Multiplikation der Grund-Impulsbreite T mit dem Korrekturkoeffizienten berechnet und das Einspritzventil 17 durch die Betätigungseinrichtung 34 für eine der Impulsbreite T. entsprechende Dauer geöffnet.
Die Zündzeitpunkts-Steuerung wird in Schritten ST13 bis ST15 durchgeführt.
In Schritt ST13 berechnet der Zündzeitpunkt-Berechnungs-
TER MEER - MÜLLER . STEINMEISTER __._ Nissan Motor ...
block 36 anhand der Maschinendrehzahl N und der Ansaugluftmenge Q den Wert SAn.
et U^
In Schritt ST14 wird durch den Zündzeitpunkts-Korrekturblock 37 der Wert SAQ während der Aufwärmphase (beispielsweise wenn die Kühlwassertemperatur unter 750C liegt) entsprechend der Kühlwassertemperatur korrigiert, und der Wert SA wird durch Korrektur des Wertes SAn derart berechnet, daß der Wert θ (oder θ ) mit dem Wert θ Q zusammenfällt. Der Zündsignalgeber 38 erzeugt zu Zeitpunkten, die dem berechneten Wert SA entsprechen, das Zündungs-Steuersignal, durch das der Primärstrom in der Zündspule der Zündeinrichtung 39 unterbrochen wird.
Wenn der Wert P mit dem endgültigen Sollwert P zusammax J m
menfällt, wird simultan der Zündzeitpunkt derart gesteuert, daß sich eine maximale Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine ergibt. Auf diese Weise wird für den gleichen Grad der Betätigung des Gashebels stets der gleiche Zylinderdruck erzeugt.
Da durch die oben beschriebene erfindungsgemäße Steuervorrichtung ein mit der Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine korrelierter Wert abgetastet und der Öffnungswinkel der Drosselklappe durch entsprechende Korrekturen unter Verwendung des abgetasteten Wertes als Rückkopplungssignal derart gesteuert wird, daß der abgetastete Wert auf einen Sollwert eingeregelt wird, wird bei gleicher Winkelstellung des Gashebels stets die gleiche Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine erreicht, unbeeinflußt durch Unterschiede in den ümgebungsbedingungen, in denen die Brennkraftmaschine arbeitet,oder durch Alterungseffekte. Da die Steuervorrichtung die Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine ferner korrektiv in der der beiden Grenzwerte des stabilen Betriebsbereichs
TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER . Nissan Motor
der Brennkraftmaschine regelt, wobei der abgetastete Wert als Rückkopplungssignal dient, wird darüber hinaus eine Verringerung des Kraftstoffverbrauchs auf ein Minimum erreicht. Da die Steuervorrichtung weiterhin unter Verwendung des abgetasteten Wertes als Rückkopplungssignal den Zündzeitpunkt regelt, bei dem die Ausgangsleistung der Maschine maximal ist, wird unabhängig von den oben erwähnten Unterschieden in den Umgebungsbedingungen oder Alterungseffekten bei gleicher Winkelstellung des Gashebels stets die gleiche Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine erreicht.
-5ft-
- Leerseite

Claims (20)

  1. TER MEER-MÜLLER-STEINMEISTER V
    PATENTANWÄLTE — EUROPEAN PATENT ATTORNEYS ^
    Dipl.-Chem. Dr. N. ter Meer Dipl.-Ing. H. Steinmeister Dipl.-Ing. FE. Müller Artur-Ladebeck-Strasse 51
    Mauerkirchsrstrasse 45
    D-8000 MÜNCHEN 80 D-48OO BIELEFELD 1
    MG85109/177(2)/TB 02. Aug. 1985
    St/Wi/me
    NISSAN MOTOR COMPANY, LIMITED 2, Takara-cho, Kanagawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa-ken, Japan
    VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR STEUERUNG EINER BRENNKRAFTMASCHINE
    PRIORITÄTEN: 03.08.1984, Japan, Nr. 59-163636 (P)
    06.08.1984, Japan, Nr. 59-164589 (P) 08.08.1984, Japan, Nr. 59-121538 (U)
    PATENTANSPRÜCHE
    My'Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:
    (a) Abtasten eines mit der Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine korrelierten Kennwertes (P ),
    max
    MEER · Müller · stejNMEISTer Nissan -Motor . . .
    (b) Abtasten einer Winkelauslenkung (Θ ) eines Beschleunigungshebels zum Einstellen des Öffnungswinkels einer Drosselklappe der Brennkraftmaschine,
    (c) Abtasten der Maschinendrehzahl (N),
    (d) Berechnen eines Sollwertes (P ) für den Kennwert in Abhängigkeit von der Winkelauslenkung des Gashebels und der Maschinendrehzahl,
    (e) Vergleichen des berechneten Sollwertes (P ) mit dem
    abgetasteten Kennwert (P ),
    max
    (f) Berechnen eines öffnungswinkels (Θ, ) der Drossel klappe anhand des in Schritt (e) gewonnenen Vergleichsergebnisses zum Einregeln des Kennwertes
    (p™=,,J auf den Sollwert (P ) und max m
    (g) Einstellen der Drosselklappe auf den berechneten Öffnungswinkel (&tm)·
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die zusätzlichen Verfahrensschritte: 25
    (h) Abtasten der der Brennkraftmaschine zugeführten Ansaugluftmenge (Q _), die von dem in Schritt (g) ein-
    gestellten Öffnungswinkel abhängig ist,
    (i) Berechnen einer Kraftstoff-Einspritzmenge anhand der
    Luftmenge (Q ) und der Maschinendrehzahl (N) und a
    (j) Einspritzen der berechneten Kraftstoffmenge. 35
    TER MEER · MÜLLER · STEIMMEISTER Nissan Motor . . .
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem in Schritt (a) als Kennwert der Maximaldruck (P ) in einem Zylinder der
    max
    Brennkraftmaschine abgetastet wird, gekennzeichnet durch die weiteren Verfahrensschritte: 5
    (k) Berechnen eines Grund-Zündwinkels (SAq) anhand der abgetasteten
    drehzahl (N),
    abgetasteten Ansaugluftmenge (Q ) und der Maschinen-
    (1) Korrigieren des Grund-ZündwinkeIs (SAQ) derart, daß der Kurbelwinkel (Θ ), bei dem in dem Zylinder der maximale Druck auftritt, mit einem im Hinblick auf den Kraftstoffverbrauch optimalen Sollwert
    (θ Λ) für diesen Kurbelwinkel zusammenfällt, und pmaxO
    (m) Zünden einer in dem betreffenden Zylinder angeordneten Zündkerze zu dem korrigierten Zündzeitpunkt (SA).
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die weiteren Verfahrensschritte:
    (k) Festlegen eines Betriebsbereichs, in dem der Betrieb
    der Brennkraftmaschine stabil ist, 25
    (1) Vergleichen eines Grenzwertes des festgelegten Betriebsbereichs mit dem abgetasteten Kennwert (P , und
    (m) Korrigieren des Kraftstoff/Luft-Gemisches anhand des in Schritt (1) gewonnenen Vergleichsergebnisses.
  5. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch
    TER MEER ■ MÖLLER · STErNMEiSTER NlsB-,n Motor . . . __
    (a) Eine erste Einrichtung (14) zur Steuerung der der
    Brennkraftmaschine zugeführten AnsaugIuftmenge (Q ),
    (b) eine zweite Einrichtung zum Einstellen eines öffnungs winkeis (e tm) der ersten Einrichtung entsprechend einer Winkelstellung (Θ ) der zweiten Einrichtung,
    (c) eine dritte Einrichtung zur Abtastung eines mit der Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine korrelierten Kennwertes (P ),
    KIX
    (d) eine vierte Einrichtung (22) zur Abtastung der Winkelstellung (Θ ) der zweiten Einrichtung,
    CL
    (e) eine fünfte Einrichtung (21) zur Abtastung der Drehzahl (N) der Brennkraftmaschine,
    (f) eine sechste Einrichtung (26,28) zur Berechnung eines Sollwertes (P) für den Kennwert (P _)anhand der
    ΙΠ Iu äX
    Winkelstellung (Θ ) der zweiten Einrichtung und der
    ei
    Maschinendrehzahl (N),
    (g) eine siebte Einrichtung (29) zum Vergleich des berechneten Sollwertes mit dem abgetasteten Kennwert, 25
    (h) eine achte Einrichtung (30) zur Berechnung des öffnungswinkels O.i_m) der ersten Einrichtung (14) anhand des Vergleichsergebnisses und
    (i) eine neunte Einrichtung (35) zum Einstellen der ersten Einrichtung (14) zusätzlich zu der Einstellung mit Hilfe der zweiten Einrichtung, zur Regelung des Kennwertes auf den berechneten Sollwert.
    i
    TER MEER · MÖLLER ■ STEiNMEISTER Nissan Motor . . .
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Einrichtung (23,54, 55,56) als Kennwert den Maximalwert des Druckes in einem der Zylinder der Brennkraftmaschine abtastet.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Einrichtung als Kennwert einen indizierten mittleren Effektivdruck in den Zylindern der Brennkraftmaschine abtastet.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Einrichtung einen Maximaldruck in jedem einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine abtastet und als Kennwert (P ) den Mittelwert
    max
    der in den einzelnen Zylindern abgetasteten Maximaldrükke über zwei Umdrehungen der Brennkraftmaschine bildet.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch
    *'
    (a) eine zehnte Einrichtung (12) zur Abtastung der durch " „ die zweite und neunte Einrichtung eingestellten Ansaugluftmenge (Q ),
    cL
    (b) eine elfte Einrichtung (32,33) zur Berechnung der der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffmenge anhand der abgetasteten Ansaugluftmenge und der Maschinendrehzahl und
    (c) eine zwölfte Einrichtung (17) zur Einspritzung der berechneten Kraftstoffmenge.
  10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die sechste Einrichtung die folgenden Baugruppen aufweist:
    TER MEER · MÜLLER ■ STEINMSISTER Nissan -Motor . . .
    (a) eine Einrichtung zur Berechnung eines Grund-Sollwertes (P_Q) für den Kennwert anhand der Winkelstellung (Θ ) der zweiten Einrichtung und der Maschinendreh-
    el
    zahl (N) und
    (b) eine Einrichtung zur Korrektur des Grund-Sollwertes durch wenigstens einen von einer Betriebsvariablen der Brennkraftmaschine abhängigen Korrekturkoeffizienten (OO ) .
    mw
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsvariable die Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine ist.
  12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 10/ dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturkoeffizient einen von der Geschwindigkeit der Winkeländerung der zweiten Einrichtung abhängigen Faktor (GU ) enthält.
  13. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennz e ichnet, daß die siebte Einrichtung
    (29) das Verhältnis (P /P ) des Sollwertes (P ) zu
    m pmax m
    dem tatsächlichen Kennwert (P ) berechnet und daß die
    max
    achte Einrichtung den einzustellenden Öffnungswinkel (Θ .j ) der ersten Einrichtung (14) anhand des durch die siebte Einrichtung berechneten Verhältnisses und des zuvor berechneten, bisherigen Öffnungswinkels (Θ ... ) berechnet und den Winkel, um den die erste Einrichtung (14) verstellt wird, anhand der Differenz zwischen dem bisherigen öffnungswinkel und dem neuen öffnungswinkel berechnet.
    TER MEER · MÜLLER ■ STEINMEISTER . NiS3£n Motor . . .
  14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 9, g-ekennzeichn e t durch
    (a) eine dreizehnte Einrichtung (51,53,67) zur Abtastung eines auf die obere Totpunktstellung nach dem Kompressionshub bezogenen Kurbelwinkels (Θ ), bei dem der Druck in dem betreffenden Zylinder den Maximalwert erreicht,
    (b) eine vierzehnte Einrichtung (44) zum Vergleich des durch die dreizehnte Einrichtung abgetasteten Kurbelwinkels mit beiden Grenzwerten'eines vorgegebenen Kurbelwinkelbereichs, der einem stabilen Betrieb der Brennkraftmaschine entspricht, und zur Erzeugung eines ersten Signals, wenn der abgetastete Kurbelwinkel innerhalb des vorgegebenen Bereichs liegt und eines zweiten Signals, wenn der abgetastete Kurbelwinkel außerhalb des vorgegebenen Bereichs liegt, und
    (c) eine fünfzehnte Einrichtung (45) zur Korrektur der durch die elfte Einrichtung berechneten Einspritzmenge anhand eines Korrekturkoeffizienten (oo ) für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, welcher Korrekturkoeffizient in Abhängigkeit von den ersten und zweiten Signalen der vierzehnten Einrichtung derart variiert wird, daß sich der durch die dreizehnte Einrichtung abgetastete Kurbelwinkel (©_„,) zur Optimierung des Kraftstoffverbrauchs einem der Grenzwerte des vorgegebenen Kurbelwinkelbereichs annähert.
  15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturkoeffizient (CO) für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Sinne einer Abmagerung des Gemisches verringert wird, wenn die vierzehnte Ein-
    TER MEER · MÜLLER · STEIN.MEISTER Nissan Motor . . .
    richtung das erste Signal erzeugt, und im Sinne einer Anreicherung des Gemischs erhöht wird, wenn die vierzehnte Einrichtung das zweite Signal erzeugt.
  16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturkoeffizient (OM für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis den Wert 0 aufweist, wenn die Maschine angelassen wird oder sich in einem Leerlaufzustand, einem Erwärmungszustand oder einem Zustand mit hoher Last und/oder hoher Drehzahl befindet, wo die erforderliche Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine oberhalb eines vorgegebenen Wertes liegt.
  17. 17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 16, ge kennzeichnet durch
    (a) eine Einrichtung (36) zur Berechnung eines Zündwinkels (SAn) anhand der abgetaste
    der Maschinendrehzahl (N),
    (SAn) anhand der abgetasteten Ansaugluftmenge (Q ) und υ a
    (b) eine Einrichtung zur Abtastung eines auf den oberen Totpunkt nach dem Kompressionshub bezogenen Kurbelwinkeis (Θ ), bei dem der Druck in dem betreffen-
    pmax
    den Zylinder den Maximalwert erreicht,
    (c) eine Einrichtung zur Korrektur des Zündwinkels (SAQ) derart, daß der dem Maximaldruck entsprechende Kurbelwinkel (Θ ) mit einem in Hinblick auf ein opti
    pmax
    males Ausgangsdrehmoment der Brennkraftmaschine fest gelegten Sollwert für diesen Kurbelwinkel übereinstimmt, und
    {dp eine Einrichtung. (39) zum Zünden der Zündkerze (40) in dem betreffenden Zylinder der Brennkraftmaschine
    TER MEER · MÜLLER · STBNME-!STER N.±SSSn- Motor . . .
    entsprechend einer vorgegebenen Zündfolge bei hinein Zündwinkel, der mit dem korrigierten Zündwinkel (SA) übereinstimmt.
  18. 18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (37) zur Korrektur des Zündwinkels den Zündwinkel auf der Grundlage einer Differenz zwischen einem über mehrere Regelzyklen gemittelten, beweglichen Mittelwert (Θ ) der dem Ma-
    piTlciX
    ximaldruck entsprechenden Kurbelwinkel und dem Sollwert korrigiert.
  19. 19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Korrektur des Zündwinkels den Zündwinkel anhand eines Korrekturkoeffizienten in Abhängigkeit von der Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine korrigiert, wenn die Kühlwassertemperatur unterhalb eines vorgegebenen Wertes liegt.
  20. 20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Einrichtung als Kennwert das Drehmoment der Brennkraftmaschine abtastet.
DE19853527856 1984-08-03 1985-08-02 Verfahren und vorrichtung zur steuerung einer brennkraftmaschine Granted DE3527856A1 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59163636A JPS6143251A (ja) 1984-08-03 1984-08-03 機関の制御装置
JP59164589A JPS6143244A (ja) 1984-08-06 1984-08-06 機関の制御装置
JP12153884U JPS6136150U (ja) 1984-08-08 1984-08-08 機関の制御装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE3527856A1 true DE3527856A1 (de) 1986-02-27
DE3527856C2 DE3527856C2 (de) 1988-10-06

Family

ID=27314266

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