DE3701483C2

DE3701483C2 -

Info

Publication number: DE3701483C2
Application number: DE3701483A
Authority: DE
Inventors: Toshio Manaka; Takeshi Katsuta Jp Atago; Toshio Mito Jp Ishii
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-01-20
Filing date: 1987-01-20
Publication date: 1991-09-19
Also published as: KR870007354A; JPS62168947A; KR900001429B1; DE3701483A1; US4748951A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, wie es im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 im einzelnen angegeben ist, sowie eine Vorrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens.

Die Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen arbeiten häufig im Leerlauf. Dabei bleibt die Drehzahl der Brennkraftmaschine nicht fest auf einem bestimmten Wert, sondern sie ändert sich in Übereinstimmung mit verschiedenen Bedingungen für den Kraftfahrzeugbetrieb, wobei verschiedene Soll- Leerlaufdrehzahlen in Entsprechung zu den den jeweiligen Betriebsbedingungen voreingestellt werden. Beispielsweise wird die Leerlaufdrehzahl, wenn die Temperatur des Kühlwassers unter einem bestimmten Pegel liegt, so erhöht, daß die Kühlwassertemperatur den vorgegebenen Pegel rasch erreicht. In diesem Falle wird die Soll-Leerlaufdrehzahl abhängig von der Kühlwassertemperatur eingestellt. Beim Einschalten einer Klimaanlage des Kraftfahrzeugs wird die Leerlaufdrehzahl erhöht, um den Kompressor der Klimaanlage angemessen betreiben zu können. Die Soll-Leerlaufdrehzahl wird in diesem Falle nach Maßgabe der Kühlwassertemperatur und der durch die Klimaanlage gebildeten Last eingestellt. Wenn das Kraftfahrzeug ein automatisches Getriebe besitzt, wird die Leerlaufdrehzahl auch nach Maßgabe der Position eines zugehörigen Wählhebels variiert. Dann wird die SollLeerlaufdrehzahl abhängig von der Kühlwassertemperatur und einer am Automatikgetriebe anliegenden Belastung eingestellt. Bei Erreichen des gewünschten Pegels für die Kühlwassertemperatur, bei Ausschalten der Klimaanlage bzw. bei Rückführung des Wählhebels des Automatikgetriebes erfolgt dann wieder eine neue Leerlaufdrehzahleinstellung. Die gesamte Leerlaufdrehzahlregelung geschieht dabei im allgemeinen unter Mitwirkung entsprechender Regelschleifen.

Eine Regeleinrichtung mit einer entsprechenden Regelschleife ist aus der DE-OS 30 15 832 bekannt. Diese Regeleinrichtung weist ein Leerlauf drehzahl-Steuerventil auf, das in einer eine Drosselklappe überbrückende Nebenleitung angeordnet ist und dem Brennraum der Brennkraftmaschine Luft zuführt. Außerdem sind mehrere Fühler vorgesehen, nämlich ein Leerlaufschalter, der den Öffnungsgrad der Drosselklappe erfaßt, ein Drehzahlfühler, der die Drehzahl der Brennkraftmaschine erfaßt, und ein Wassertemperaturfühler, der die Kühlwassertemperatur erfaßt. Ein Mikrocomputer wählt auf der Grundlage der von diesen Fühlern erfaßten Werte eine Soll-Leerlaufdrehzahl aus und verändert durch Verstellen des Leerlaufdrehzahl-Steuerventils die Menge der angesaugten Luft so, daß die Drehzahl der Brennkraftmaschine mit der Soll-Leerlaufdrehzahl in Übereinstimmung gebracht wird. Ferner variiert der Microcomputer die Menge des durch eine Kraftstoffeinspritzung eingespritzten Kraftstoffs. Neben anderen Einrichtungen eines Kraftfahrzeugs ist auch eine Servolenkung vorgesehen. Diese Servolenkung verringert die manuelle aufzubringende Lenkkraft mittels eines den Ansaugunterdruck der Brennkraftmaschine ausnutzenden Servomotors. Dieses System stellt für die Brennkraftmaschine eine im Vergleich zu einer Klimaanlage oder anderen Hilfseinrichtungen große Belastung dar. Insbesondere wird die Brennkraftmaschine maximal belastet, wenn das Lenkrad bei stillstehendem Kraftfahrzeug bis zu einem Punkt in der Nähe des Grenzeinschlags eingeschlagen wird. Aus diesem Grund sinkt die Leerlaufdrehzahl, falls das Lenkrad bei stillstehendem Kraftfahrzeug so weit eingeschlagen wird, wesentlich unter einen eingestellten Wert ab, wodurch die Brennkraftmaschine unter Umständen abstirbt. Um nun ein solches Absterben der Brennkraftmaschine zu vermeiden, wird bisher die Leistung der Servolenkung entsprechend gesteuert. Anders ausgedrückt wird bei stillstehendem Kraftfahrzeug der Arbeitsbereich der Servolenkung verringert, so daß keine übermäßige Belastung der Brennkraftmaschine auftreten und dadurch das Absterben der Brennkraftmaschine verhindert werden kann. Gerade dann aber, wenn das Kraftfahrzeug stillsteht oder sich sehr langsam bewegt, benötigt man jedoch einen großen Arbeitsbereich für die Servolenkung. Deshalb ist die Verringerung des Arbeitsbereichs der Servolenkung für diesen Betriebsfall unpassend. Die oben genannte DE-OS offenbart keinerlei Mittel, die Leerlaufdrehzahl nach Maßgabe des Betriebs einer Servolenkung zu regeln.

Aus der DE-OS 31 49 097 ist weiter die Möglichkeit bekannt, bei einer Brennkraftmaschine im Leerlaufbetrieb unter der Einwirkung extremer Belastungsänderungen auftretende Drehzahlschwankungen dadurch rasch auszuregeln, daß die Verstärkung eines PI-Reglers erhöht wird, wobei zur Vermeidung von Pulsationen ein D-Glied erst bei Änderungen oberhalb eines Schwellenwertes anspricht. Diese Drehzahlregelung im Leerlauf der Brennkraftmaschine arbeitet jedoch nur in Abhängigkeit von der Kühlwassertemperatur und von der ISt-Drehzahl der Brennkraftmaschine. Einen Hinweis auf diese Bestimmung eines Bezugswertes für eine Drehzahldifferenz, der von der Betätigung einer Servolenkung abhängt, gibt es dagegen nicht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug anzugeben, die mit nur geringem Aufwand den Betrieb einer Servolenkung des Kraftfahrzeugs bis zu deren Betriebsgrenze ohne die Gefahr eines Absterbens der Brennkraftmaschine auch dann sicherstellen kann, wenn das Kraftfahrzeug stillsteht.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Regelverfahren und eine Regelvorrichtung, wie sie im Patentanspruch 1 bzw. im Patentanspruch 2 im einzelnen angegeben sind.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Dabei zeigen im einzelnen

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Brennkraftmaschine, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung aufweist,

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Kennlinie eines in der Brennkraftmaschine gemäß Fig. 1 verwendeten Leerlaufdrehzahlsteuerventils,

Fig. 3 eine graphische des Verstärkungsfaktor eines Integralgliedes einer Proportional/Integral- Regeleinrichtung, die zur Regelung der Leerlaufdrehzahl verwendet wird,

Fig. 4 eine graphische Darstellung des Verstärkungsfaktors eines Proportionalgliedes in einer Proportional/ Integral-Regelung, die zur Regelung der Leerlaufdrehzahl verwendet wird,

Fig. 5 eine graphische Darstellung von Kennlinien von Soll-Leerlaufdreh zahlen und Basiswerten der Öffnungsdauer des Leerlaufdrehzahlsteuer ventils abhängig von der Kühlwassertemperatur,

Fig. 6 ein Diagramm zur Erläuterung der Verstärkungsfaktorumschaltung gemäß der Erfindung und

Fig. 7 ein Flußdiagramm für Betriebsvorgänge gemäß der Erfindung.

In dem Blockdiagramm von Fig. 1 ist schematisch eine Diesel-Brennkraftmaschine mit elektronisch gesteuerter Kraftstoffeinspritzung dargestellt. Dabei bezeichnen 1 ein Ansaugrohr, 2 eine Drosselklappe; 3 einen Leerlaufschalter zum Erfassen des Leerlaufzustandes der Brennkraftmaschine, 4 ein Kraftstoffeinspritzventil für die Einspritzung von Kraftstoff in die Brennkammer der Brennkraftmaschine, 5 eine Kraftstoffpumpe, 6 einen Kraftstofftank, 7 einen Zylinder der Brennkraftmaschine, 8 ein Luftfilter; 9 einen Luftdurchsatzfühler zum Erfassen der Durchflußrate der über das Ansaugrohr 1 in den Zylinder der Brennkraftmaschine angesaugten Luft, 10 einen Drehzahlfühler zum Erfassen der Drehzahl der Brennkraftmaschine, 11 ein in einem die Drosselklappe 2 umgehenden Bypass-Weg angeordnetes Leer laufdrehzahlregelventil (ISC-Ventil), 12 einen Wassertemperaturfühler, zum Erfassen der Kühlwassertemperatur und 13 eine Steuereinheit.

Der Leerlaufschalter 3 erkennt den Leerlaufzustand der Brennkraft maschine daran, daß sich die Drosselklappe 2 in ihrer Leerlaufstellung befindet. Das Leerlaufdrehzahlsteuerventil 11 steuert die Leerlaufdrehzahl durch Einstellen der dem Zylinder 7 zugeführten Luftmenge. Fig. 2 zeigt die Kennlinien des ISC-Ventils 11, wobei dargestellt ist, daß die Flußrate der angesaugten Luft in Abhängigkeit von Ein-Stellungen zwischen 0 und 100% im wesentlichen linear anwächst. Die Steuereinheit 13 steuert das Kraftstoff/Luftverhältnis durch Berechnen einer optimalen Kraftstoffzufuhrmenge in Übereinstimmung mit Daten wie der vom Luftdurchsatzfühler 9 gemessenen Ansaugluftrate, der vom Drehzahlfühler 10 gemessenen Drehzahl und der vom Wassertemperaturfühler 12 gemessenen Kühlwassertemperatur. Die Steuereinheit 13 gibt dann ein entsprechendes Signal an das Kraftstoffeinspritzventil 4 ab. Gleichzeitig regelt die Steuereinheit 13 in einem geschlossenen Regelkreis die Leerlaufdrehzahl, indem sie an das ISCVentil 11 ein Steuersignal für die angesaugte Luftmenge abgibt, das den vom Drehzahlfühler 10 erzeugten Daten über die Leerlaufdrehzahl entspricht, sobald der Leerlaufschalter 3 anhand der Leerlaufstellung der Drosselklappe 2 erfaßt hat, daß sich die Brennkraftmaschine im Leerlaufzustand befindet. Dadurch wird die Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine auf einen vorgegebenen Sollwert geregelt. Für die Regeleinrichtung wird eine Proportional/Integral-Regelung verwendet, und die Verstärkungsfaktoren der Integral- und Proportionalglieder werden jeweils so eingestellt, wie dies die Darstellungen in Fig. 3 und 4 zeigen. Die sich während des Leerlaufbetriebs ergebende Einschaltdauer für das ISC-Ventil 11 wird als Summe aus einer Einschaltzeitdauer ISCTW, einem Integralterm ISCI und einem Proportionalterm ISCP ausgedrückt. Die Soll-Leerlaufdrehzahl Ns und die Einschaltzeitdauer ISCTW werden abhängig von der Kühlwassertemperatur eingestellt, wie Fig. 5 zeigt. Die Leerlaufdrehzahl ändert sich wie bereits erwähnt in Abhängigkeit von der Belastung der Brennkraftmaschine. Insbesondere sinkt die Leerlaufdrehzahl bei Anlage einer Belastung ab. Das Ausmaß der Drehzahlverringerung ist dabei proportional zur Größe der Belastung. Die Belastung, die zu der stärksten Drehzahlabsenkung führt, ist die durch die Servolenkung. Deshalb wird vorab die Erniedrigung der Leerlaufdrehzahl in dem Zeitpunkt gemessen, in dem die Servolenkung bei stillstehendem Kraftfahrzeug betrieben wird, und der dabei erhaltene Wert ΔNo wird dann als Bezugsdifferenz gesetzt und in einem Speicher der Steuereinheit 13 gespeichert. Wenn man dann später eine im Betrieb auftretende Drehzahlverringerung ΔN mit dieser Bezugsdifferenz ΔNo vergleicht, kann man ermitteln, ob die Servolenkung bei stillstehendem Kraftfahrzeug betrieben wurde oder nicht.

Wie schon erwähnt, wird, um die Leerlaufdrehzahl zu regeln, eine Proportional-Integral-Regelung mit geschlossener Regelschleife verwendet. Der Verstärkungsfaktor Δ I eines Integralglieds ist entsprechend einer Differenz Δ N zwischen einer Soll-Leerlaufdrehzahl Ns und einer Ist-Drehzahl N gegeben, wie Fig. 3 zeigt. Genauso ist ein Verstärkungs faktor ISCP eines Proportionalglieds entsprechend der Differenz Δ N zwischen der Soll-Leerlaufdrehzahl Ns und der Ist-Drehzahl N gegeben. Diese Kennwerte werden im Speicher der Steuereinheit 13 abgespeichert.

In Fällen, bei denen die Differenz Δ N zwischen der Soll- Leerlaufdrehzahl und der Ist-Drehzahl positiv ist, d. h., wenn die Ist-Drehzahl größer als die Soll-Leerlaufdrehzahl ist, wird Δ I₁ für den Verstärkungsfaktor des Integralglieds und ISCP₁ für den Verstärkungsfaktor des Proportionalglieds eingesetzt. In Fällen, in denen die Differenz Δ N zwischen den zwei Drehzahlen negativ ist, d. h., wenn die Ist-Drehzahl kleiner als die Soll-Leerlaufdrehzahl ist, wird für den Verstärkungsfaktor des Integralglieds Δ I₂ und ISCP₂ für den Verstärkungsfaktor des Proportionalglieds eingesetzt. In den Fällen jedoch, in denen die Differenz Δ N zwischen der SollLeerlaufdrehzahl Ns und der Ist-Drehzahl N negativ ist und wo der Absolutwert |Δ N| größer als die zuvor genannte Bezugsdifferenz Δ No ist, werden die Kennwerte so eingestellt, daß ISCP₃, das größer ist als ISCP₂ für den Verstärkungsfaktor des Proportionalglieds eingesetzt wird. Diese Kennwerte werden im Speicher der Steuereinheit 13 gespeichert.

Nachfolgend wird anhand der Fig. 6 und 7 die Arbeitsweise beschrieben.

Zuerst wird aus einem von Leerlaufschalter 3 erzeugten Signal beurteilt, ob die Maschine im Leerlaufzustand ist oder nicht. Wenn sie im Leerlaufzustand ist, wird die Differenz Δ N zwischen der Soll-Leerlaufdrehzahl Ns und der Ist-Drehzahl N gemessen. Die Differenz Δ N wird sodann mit der Bezugsdifferenz Δ No, die im Speicher der Steuereinheit 13 gespeichert ist, verglichen. Falls der Absolutwert der Differenz Δ N größer ist als die Bezugsdifferenz Δ No, steht fest, daß das Steuerrad betätigt wird, wenn das Kraftfahrzeug stillsteht. In diesem Falle wird der Verstärkungsfaktor des Proportionalglieds eines Steuersignals für das ISC-Ventil 11 um einen vorgegebenen Wert erhöht. Entsprechend diesem Signal stellt das ISC- Ventil 11 die Durchflußrate für die der Maschine zugeführten Luft ein. Folglich wird sich die Drehzahl der Brennkraft maschine rasch auf die SollLeerlaufdrehzahl erhöhen, und dadurch ist ein Sterben der Brennkraftmaschine vermieden.

Die oben beschriebene Betriebsweise wird nun anhand des in Fig. 7 dargestellten Flußdiagramms erläutert. Die in Fig. 7 dargestellte Betriebsprozedur wird alle 40 Milli sekunden wiederholt. Zunächst wird in Schritt 30 die Diffe renz Δ N zwischen der Soll-Leerlaufdrehzahl Ns und der Ist-Drehzahl N berechnet. Dann werden in Schritt 31 Ver stärkungsfaktoren der Proportional- und Integral-Glieder aufgesucht und in den Speicher der Steuereinheit 13 ge speichert. In Schritt 32 wird entschieden, ob die Differenz Δ N innerhalb der Spanne ±a liegt, oder nicht. Falls sie in der Spanne liegt, fährt die Prozedur mit Schritt 16 fort und gibt ein Signal über die ISC-Einschaltdauer, das vor 40 Millisekunden vorlag, aus, und der laufende Zustand des Leerlaufschalters wird gespeichert und die Prozedur beendet.

Falls die Differenz Δ N außerhalb der Spanne ±a liegt, fährt die Prozedur mit Schritt 32 fort, wo beurteilt wird, ob die Differenz Δ N positiv oder negativ ist. Falls sie positiv ist, wird ein Umschaltkennzeichen für einen Pro portionalglied-Verstärkungsfaktor in Schritt 34 gelöscht, in Schritt 35 ISCP₁ als Verstärkungsfaktor des Proportional glieds gesetzt, in Schritt 36 der Verstärkungsfaktor Δ I₁ des Integral-Glieds subtrahiert, in Schritt 16 die Ein schaltdauer des ISC-Ventils aus (ISCON=ISCTW+ISCI+ISCP) berechnet, und der gegenwärtige Zustand des Leerlaufschalters gespeichert, worauf die Prozedur beendet ist.

Falls sich die Differenz Δ N in Schritt 33 als negativ herausstellt, wird in Schritt 37 beurteilt, ob der Absolut wert der Differenz Δ N größer als die Bezugsdifferenz Δ No ist oder nicht. Falls der Absolutwert der Differenz Δ N größer als die Bezugsdifferenz Δ No ist, wird das Verstärkungsfaktor-Umschaltkennzeichen für das Proportional glied in Schritt 38, ISCP als Verstärkungsfaktor des Pro portionalglieds in Schritt 39 gesetzt, in Schritt 42 der Verstärkungsfaktor Δ I₂ des Integralglieds addiert und wie oben beschrieben, die Einschaltdauer des ISC-Ventils berechnet und in Schritt 16 ausgegeben. Schließlich wird die Prozedur mit dem Speichern des gegenwärtigen Zustands des Leerlaufschalters beendet. Falls in Schritt 37 entschie den wird, daß der Absolutwert der Differenz Δ N kleiner als die Bezugsdifferenz Δ No ist, geht die Prozedur mit Schritt 40 weiter, der beurteilt, ob das Umschaltkennzeichen für den Verstärkungsfaktor des Proportionalglieds gesetzt wurde oder nicht. Falls es gesetzt ist, kehrt der Ablauf zu Schritt 39 zurück und die oben genannten Operations schritte werden ausgeführt und dadurch die Prozedur be endet. Andererseits wird, falls das Umschaltkennzeichen für den Verstärkungsfaktor des Proportionalglieds nicht gesetzt wurde, ISCP₂ als Verstärkungsfaktor des Proportional glieds in Schritt 41 gesetzt und der Verstärkungsfaktor Δ I₂ des Integralglieds in Schritt 42 addiert. Die Prozedur wird durch die Schritte 16 und 17 beendet.

Demgemäß ist erfindungsgemäß mit den oben genannten Ope rationsfolgen die in Fig. 6 dargestellte Regelung durch führbar, mit dem Ergebnis, daß ein Absinken der Maschinen leerlaufdrehzahl auch dann ausgeregelt werden kann, wenn die Last plötzlichen Änderungen unterworfen ist. Dadurch läßt sich ein Absterben der Brennkraftmaschine vermeiden.

Claims

1. Verfahren zum Regeln der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit folgenden Schritten:

a) Erfassen einer Ist-Drehzahl (N) der Brennkraftmaschine im Leerlaufzustand;
b) Bestimmen einer Differenz (ΔN) zwischen der erfaßten Ist-Drehzahl (N) und einer in Abhängigkeit von mindestens einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine vorgegebenen Soll-Leerlaufdrehzahl (Ns);
c) Verarbeiten der bestimmten Drehzahldifferenz (ΔN) in einer Proportional/ Integral-Regelung zum Rückführen der Ist-Drehzahl (N) auf die Soll-Leerlaufdrehzahl (Ns);

gekennzeichnet durch folgende Schritte:

d) einmaliges Bestimmen eines Drehzahlabfalls (ΔNo) bei Betätigung der Servolenkung des Kraftfahrzeugs bis nahe zum Anschlag bei Leerlauf und stillstehendem Kraftfahrzeug;
e) Speichern des Wertes des in Schritt d) bestimmten Drehzahlabfalls (ΔNo) als Bezugswert;

und anschließende weitere Schritte:

f) Vergleichen der jeweils in Schritt b) bestimmten Drehzahldifferenz (ΔN) mit dem in Schritt e) gespeicherten Bezugswert (ΔNo);
g) Erhöhen des Verstärkungsfaktors des Proportionalgliedes in der Proportional/IntegralRegelung auf einen vorgegebenen Wert (ISCP3), wenn in Schritt f) die Drehzahldifferenz (ΔN) den gespeicherten Bezugswert (ΔNo) erreicht oder überschreitet.

2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 mit

- einem Drehzahlfühler zum Erfassen der Drehzahl (N) der Brennkraftmaschine,

und

- einer Steuereinheit mit einer Proportional/ Integral-Regelung für die Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine,

gekennzeichnet durch die Ausstattung der Steuereinheit (13) mit Mitteln zum Durchführen der einzelnen Schritte a) bis g) des Verfahrens nach Anspruch 1.