DE3703363A1 - Zusatzluftmengen-steuervorrichtung fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zusatzluftmengen-Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine und insbesondere auf eine Zusatzluftmengen-Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine, bei der für den Zweck einer ununterbrochenen Steuerung der Drehzahl der Maschine hauptsächlich während des Leerlaufbetriebes ein Zusatzluftmengen-Steuerventil umfasst, das in einer Bypass-Leitung untergebracht ist und die stromauf und stromab liegende Seite eines Drosselventils verbindet, das auf solche Weise zu steuern ist, dass der Leerlaufbetrieb sogar dann durchgeführt werden kann, wenn eine arithmetische Vorrichtung für das Einstellen des Öffnungsgrades oder der Stellung des Steuerventils nicht richtig funktioniert bzw. gestört ist.

Bisher war es üblich, bei einer Brennkraftmaschine, die sich im Leerlaufbetrieb befindet, bei dem das Drosselventil praktisch im geschlossenen Zustand gehalten wird, die Drehzahl der Maschine durch die Verwendung eines Zusatzluftmengen-Steuerventils (hiernach einfach als "Steuerventil" bezeichnet) zu verwenden, das sich in einer Bypass-Leitung befindet und die stromauf und stromab liegende Seite des Drosselventils verbindet. Bei dem Zusatzluftmengen-Steuerventil dieses Prinzips wird hinsichtlich des Öffnungsgrades oder der Stellung des Steuerventils eine Rückkopplung (feed back) derart vorgenommen, dass die tatsächliche Drehzahl der Maschine mit der Soll-Leerlaufdrehzahl übereinstimmt, die im voraus als Funktion der Temperatur des Maschinen- oder Motorkühlwassers eingestellt ist. Solch eine Rückkopplungssteuerung ist im einzelnen in der japanischen Patentanmeldung SHO 60 (1985)-137 445 beschrieben.

Für die Verwendung in Kombination mit dem System für die Rückkopplungssteuerung der Drehzahl der Maschine wurde eine andere Zusatzluftmengen-Steuervorrichtung vorgeschlagen, die den tatsächlichen elektrischen Strom erfassen kann, der zu einer Antriebsspule des Steuerventils fliesst und eine Rückkopplungssteuerung des elektrischen Stromes bewirkt, der zur Antriebsspule fliesst, so dass die Stärke des tatsächlichen elektrischen Stromes mit der Sollstärke des elektrischen Stromes übereinstimmt, die im voraus mittels des Systems der Rückkopplungssteuerung der vorerwähnten Maschinendrehzahl erhalten wird. Das Verfahren, das die Drehzahl der Maschine während eines Leerlaufbetriebes derselben steuert, und zwar unter Verwendung des Systems für die Rückkopplungssteuerung der Drehzahl der Maschine und des Systems der Rückkopplungssteuerung des elektrischen Stromes ist im einzelnen in der japanischen Patentveröffentlichung SHO 60 (1985)-233 355 beschrieben.

Diese Systeme haben die folgenden Nachteile.

Die Rückkopplungssteuerung (Feedback-Steuerung) unter Einsatz eines der beschriebenen Verfahren wird durch eine elektronische Steuervorrichtung bewirkt, die in einem Fahrzeug untergebracht, bei dem die interessierende Brennkraftmaschine verwendet wird. Wenn die arithmetische Einheit der elektronischen Steuervorrichtung irgendeine Störung aufweist, so kann die Rückkopplungssteuerung nicht weiter normal durchgeführt werden. Als Ergebnis bleibt der Leerlaufbetrieb nicht länger stabil.

Es besteht eine andere Möglichkeit dafür, dass der Wert des dem Steuerventil zugeführten Kommandos oder des Öffnungsgrades der Steuervorrichtung auf Null fällt. Manchmal wird der Leerlaufbetrieb im wesentlichen unmöglich.

Für die Lösung dieser Probleme und insbesondere zur Gewährleistung eines fortgesetzten stabilen Leerlaufbetriebes beim Störfall der arithmetischen Einheit einer elektronischen Steuerung sieht die Erfindung Mittel vor, durch die dem Steuerventil ein vorbestimmter Kommandowert zugeführt werden kann, wenn die arithmetische Einheit der elektronischen Steuervorrichtung eine Störung entwickelt, damit dadurch das Steuerventil auf einem festen Öffnungsgrad gehalten und somit ein praktikabler Leerlaufbetrieb fortgesetzt aufrecht erhalten werden kann, und zwar sogar dann, wenn die arithmetische Einheit diese Störung entwickelt.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigt:

Fig. 1 ein Funktions-Blockdiagramm einer Ausführungsform dieser Erfindung und

Fig. 2 ein schematisches Blockdiagramm der Ausführungsform dieser Erfindung.

Gemäss der Darstellung in Fig. 2 ist eine Bypass-Passage (31), die stromauf- und stromabseitig mit einem Drosselventil (32) verbunden ist, welches sich in der Saugluftpassage einer Brennkraftmaschine befindet, mit einem Steuerventil (30) versehen. Der Öffnungsgrad des Steuerventils (30) wird durch ein Solenoid (16) gesteuert. Eine Einspritzdüse (34) spritz durch einen bekannten Mechanismus Brennstoff zu einem vorbestimmten Zeitpunkt in eine Einlassleitung (33) und zwar in einer Menge, die in Übereinstimmung mit der angesaugten Luftmenge bestimmt wird. Eine Kammer (39) befindet sich in der Saugluftpassage zwischen dem Drosselventil (32) und der Einspritzdüse (34), um für die Maschine eine hohe Abgabe zu erzeugen.

Ein TDC-Sensor (15) gibt einen Impuls (TDC-Impuls) ab, wenn ein Kolben (38) eines bestimmten Zylinders (35) einen Punkt erreicht, der 90° kurz vor dem oberen Totpunkt liegt. In anderen Worten bedeutet dies, dass der TDC-Sensor (15) dieselbe Anzahl von TDC-Impulsen erzeugt wie die Anzahl der Luftzylinder, und zwar jedesmal wenn eine Kurbelwelle (36) zwei vollständige Umdrehungen vollzieht. Ein Rohr für Maschinenkühlwasser (20) ist um den Zylinder (35) und das Solenoid (16) gelegt, so dass das Kühlwasser um deren Umfang zirkuliert. Die Zirkulation des Maschinenkühlwassers zum Solenoid (16) ist dazu bestimmt, ein Einfrieren oder Überhitzen des Solenoids (16) zu verhindern. Die Temperatur des Maschinenkühlwassers wird von einem Maschinenkühlwasser-Temperatursensor (14) festgestellt.

Ein allgemein bekannter Mikrocomputer besteht aus einer CPU (1), einem Rahmen (2), einem ROM (3), einem Eingangs/Ausgangs-Interface (I/O) (4) und einer Sammelleitung (4 A) für die Verbindung der vorgenannten Komponenten.

Vom TDC-Sensor (15) abgegebene TDC-Impulse und die vom Maschinenkühlwasser-Temperatursensor (14) festgestellte Maschinenkühlwassertemperatur werden dem Eingangs/Ausgangs-Interface (4) zugeleitet.

Eine Spule (16 A) des Solenoids (16) ist mit ihrem einen Ende an eine Batterie (6) angeschlossen. Das andere Ende der Spule ist an eine Solenoidstrom-Steuereinrichtung (56) angeschlossen. Diese Solenoidstrom-Steuereinrichtung (56) ist über eine Solenoidstrom-Detektionseinrichtung (57) geerdet.

Die Solenoidstrom-Detektionseinrichtung (57) erfasst die zur Spule (16 A) des Solenoids (16) fliessende Stärke des elektrischen Stromes und erzeugt ein Signal zum Anzeigen der erfassten Stärke am Interface (4).

Ein Schalter (55) ist mit einem Paar von Eingangsanschlüssen (55 A, 55 B) und einem Ausgangsanschluss (55 D) versehen und kann den Ausgangsanschluss (55 D) mit jedem der Eingangsanschlüsse (55 A, 55 B) verbinden und zwar in Abhängigkeit davon, ob ein Steuersignal zu einem Steueranschluss (55 C) geleitet wird oder nicht.

Der Eingangsanschluss (55 B) ist mit einem Festimpulsgenerator (59) verbunden. Der Eingangsanschluss (55 A) und der Steueranschluss (55 C) sind mit dem Eingang/Ausgang-Interface (4) des Mikrocomputers (5) verbunden. Der Ausgangsanschluss (55 D) ist mit der Solenoidstrom-Steuereinrichtung (56) verbunden.

Entsprechend der Darstellung in Fig. 2 sind der Mikrocomputer (5), der Schalter (55), die Solenoidstrom-Steuereinrichtung (56), die Solenoidstrom-Detektionseinrichtung (57) und der Festimpulsgenerator (59) Bestandteil einer elektronischen Steuervorrichtung (40).

Nun wird der Betriebsablauf der Ausführungsform dieser Erfindung anhand von Fig. 1 und 2 beschrieben.

Fig. 1 ist ein Funktions-Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, in dem ein Block (70), gekennzeichnet durch die strichpunktierte Linie, die Funktion des Mikrocomputers (5) charakterisiert. In Fig. 1 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 2 identische oder gleiche Teile.

Gemäss der Darstellung in Fig. 1 wird der vom TDC-Sensor (15) erzeugte TDC-Impuls einer Maschinendrehzahl- Detektionseinrichtung (51) zugeführt. Bei der Maschinendrehzahl (Upm)-Detektionseinrichtung (51) wird der reziproke Wert der Ausgangsintervallzeit des TDC-Impulses, nämlich die Drehzahl der Maschine, berechnet.

Eine Soll-Drehzahl-Einstelleinrichtung (52) sucht auf der Basis der vom Maschinenkühlwasser-Temperatursensor (14) erfassten Maschinenkühlwassertemperatur eine Soll-Drehzahl aus einer Soll-Leerlaufdrehzahltabelle, die als Funktion der Maschinenkühlwassertemperatur im voraus eingestellt ist.

Eine Maschinendrehzahl-Rückkopplungseinrichtung (53) gibt auf der Basis der Abweichungen der Drehzahlen der Maschine von der Soll-Drehzahl der Leerlaufumdrehungen einen Kommandowert (ICMD) ab, um die zur Spule (16 A) des Solenoids (16) fliessende Stromstärke festzulegen, so dass die Drehzahl der Maschine in der Nähe der Soll-Leerlaufdrehzahl liegt oder mit dieser zusammenfällt. Der Kommandowert (Icmd) wird vom Impulsgenerator (54) abgegeben.

Der Schalter (55) verbindet während des Normalbetriebes der arithmetischen Einheit (60) den Eingangsanschluss (55 A) und den Ausgangsanschluss (55 D). Als Ergebnis wird das vom Impulsgenerator (54) erzeugte Impulssignal variablen Impulswirkungsverhältnisses zur Solenoidstrom- Steuereinrichtung (56) abgegeben. Die Solenoidstrom-Steuereinrichtung (56) steuert den zur Spule (16 A) des Solenoids (16) fliessenden Strom entsprechend dem Impulswirkungsverhältnis oder der Eigenschaft des Impulssignals, welches durch den Schalter (55) versorgt wird.

Die Stärke (Iact) des tatsächlich zur Spule (16 A) fliessenden Stromes wird von der Solenoidstrom-Detektionseinrichtung (57) festgestellt und es erfolgt eine Rückkopplung desselben zur Stromrückkopplungseinrichtung (58). Die Stromrückkopplungseinrichtung (58) vergleicht den Iact- mit dem Icmd-Ausgang der Maschinendrehzahl- Rückkopplungseinrichtung (53) und erzeugt einen Korrekturwert (Dfb) zum Impulsgenerator (54), so dass die Stärke des Iact nahezu gleich der Stärke des Icmd ist bzw. mit dieser zusammenfällt.

Wenn die arithmetische Einheit (60) der elektronischen Steuervorrichtung (40), nämlich die Maschinendrehzahl-Rückkopplungseinrichtung (53) und die Strom-Rückkopplungseinrichtung (58) normal funktionieren, wird die Stärke des elektrischen Stromes zur Spule (16 A) (der Öffnungsgrad oder die Stellung des Steuerventils (30)) gemäss der vorstehenden Beschreibung gesteuert, um den Leerlaufbetrieb derart zu bewirken, dass die Drehzahl der Maschine mit der Soll-Leerlaufdrehzahl übereinstimmt.

Wenn die arithmetische Einheit (60) eine Störung entwickelt, nämlich wenn die CPU (1) des Mikrocomputers (5) (Fig. 2) ausser Kontrolle gerät, so wird beispielsweise diese Störung durch eine Störungs-Detektionseinrichtung (61) der arithmetischen Einheit festgestellt. Diese Störungs-Detektionseinrichtung (61) der arithmetischen Einheit kann beispielsweise als Wachzeitglied ausgebildet sein.

Wenn die Störungs-Detektionseinrichtung (61) der arithmetischen Einheit eine Störung der arithmetischen Einheit (60) feststellt, so stellt sie die arithmetische Einheit (60) zurück und gibt gleichzeitig zum Steueranschluss (55 C) des Schalters (55) ein Steuersignal ab.

Der Schalter (55) wird folglich geschaltet, um den Eingangsanschluss (55 B) und den Ausgangsanschluss (55 D) miteinander zu verbinden. Als Ergebnis wird das Ausgangssignal des Festimpulsgenerators (59) anstatt dem Ausgangssignal des Impulsgenerators (54) der Solenoidstrom-Steuereinrichtung (56) zugeführt.

Der Festimpulsgenerator (59) erzeugt ein Impulssignal, welches ein vorbestimmtes festes Impulswirkungsverhältnis (wie Impulsbreiten-, Impulsamplitudenverhältnis etc.) hat und hinsichtlich der Frequenz gleich dem Impuls ist, der vom Impulsgenerator (54) geliefert wird. Der Festimpulsgenerator (59) kann beispielsweise als ein astabiler Multivibrator ausgebildet sein.

Wenn eine Störung in der arithmetischen Einheit (60) festgestellt wird, so ändert sich das Impulswirkungsverhältnis des von der Solenoidstrom-Steuereinrichtung (56) gelieferten Impulssignals auf einen vorbestimmten Wert und das Steuerventil (30) wird auf den vorbestimmten Öffnungsgrad oder die vorbestimmte Stellung eingestellt.

Wenn das Impulswirkungsverhältnis des der Solenoidstrom-Steuereinrichtung (56) zugeführten Impulssignals infolge der Festellung einer Störung in der arithmetischen Einheit (60) auf den vorbestimmten Wert geändert wird, wie dies zuvor beschrieben wurde, so wird die Stärke des Solenoidstromes durch die Stärke des Widerstandes der Spule (16 A) solange gesteuert bzw. beherrscht, wie die Steuerung fortsetzt und dabei der Ausgang auf dem vorbestimmten, oben erwähnten Wert gehalten wird, weil die Stromrückkopplungsschleife entsprechend der Darlegung in Fig. 1 absichtlich offengehalten wird.

Die Stärke des Widerstandes von Metall nimmt, wie dies allgemein bekannt ist, im allgemeinen im Verhältnis zum Fallen der Umgebungstemperatur ab. Da das Maschinenkühlwasser (20), welches zum Solenoid (16) zirkuliert, der Steuerung des Öffnungsgrades des Steuerventils (30) dient, wie dies bereits im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben worden ist, kann angenommen werden, dass die Temperatur des Solenoids (16) praktisch gleich der des Maschinenkühlwassers (20) ist.

Wenn die Temperatur des Maschinenkühlwassers niedrig ist und die Soll-Leerlaufdrehzahl eher auf ein höheres Niveau festgelegt werden muss, da die Widerstandsgrösse der Spule (16 A) abgesenkt wird, so fliesst mehr elektrischer Strom zur Spule (16 A) des Solenoids (16) als der Strom, der von dem Impulssignal aus geschätzt wird, welches das vorgenannte Impulswirkungsverhältnis besitzt. Als Ergebnis wird die Menge an Zusatzluft, die durch den Bypass (31) strömt, vergrössert und die tatsächliche Anzahl der Leerlaufumdrehungen wird ebenfalls ziemlich erhöht.

Wenn dagegen die Temperatur des Maschinenkühlwassers nach dem vollständigen Aufwärmen der Maschine relativ hoch ist und die Soll-Leerlaufdrehzahl eher auf ein niedrigeres Niveau eingestellt werden muss, da die Widerstandsgrösse der Spule (16 A) erhöht wird, so strömt weniger Strom zur Spule (16 A) des Solenoids (16) als der Strom, der aus dem Impulssignal geschätzt wird, welches das vorgenannte Leistungsverhältnis besitzt. Als Ergebnis wird die Menge an zum Bypass (31) strömender Zusatzluft vermindert und die tatsächliche Leerlaufdrehzahl wird ebenfalls ziemlich vermindert.

Unter der Annahme, dass bereits eine Zusatzluftmengen-Steuervorrichtung existiert, bei der die arithmetische Einheit (60) mit der Maschinendrehzahl-Rückkopplungseinrichtung (53) und/oder der Strom-Rückkopplungseinrichtung (58) versehen ist und bei der die Erregung der Solenoidstrom-Steuereinrichtung (56) entsprechend dem Impulswirkungsverhältnis des Impulssignals eingestellt wird, so wird die Anwendung der Erfindung zu solch einer Vorrichtung dadurch erzielt, indem einfach die genannte Vorrichtung mit einem zusätzlichen Festimpulsgenerator (59) versehen wird. Dies bedeutet, dass die Zusatzluftmengen-Steuervorrichtung, die die vorliegende Erfindung verwendet, preiswert angeboten werden kann.

Wenn als Steuerventil (30) ein elektromagnetisch proportioniertes Ventil verwendet wird, bei dem die Stärke des Antriebsstromes des Solenoids im wesentlichen proportional des Verschiebebetrages oder des Anhebebetrages des zweckmässigen Ventils ist, wird die Leerlaufdrehzahl-Steuereigenschaft des Ventils insgesamt praktikabler, weil die Menge an Zusatzluft durch das Bypass (31), nämlich die Soll-Leerlaufdrehzahl, sich linear ändern kann.

Diesbezüglich wurde die vorliegende Erfindung hinsichtlich ihrer Anwendung auf die Zusatzluftmengen-Steuervorrichtung beschrieben, in der sich ein System für die Rückkopplungssteuerung der Drehzahl der Maschine und ein System für die Rückkopplungssteuerung der Stärke des elektrischen Stromes befindet, wobei die vorliegende Erfindung allerdings nicht auf eine solche Vorrichtung beschränkt ist. Die vorliegende Erfindung kann Anwendung finden auf eine Zusatzluftmengen-Steuervorrichtung, in der nur ein System für eine Rückkopplungssteuerung der Drehzahl der Maschine enthalten ist (wie beispielsweise einer Vorrichtung gemäss Fig. 1, abzüglich der Blöcke (57) und (58)).

Wenn der Ausgang des Impulsgenerators (54) auf Null reduziert wird, wenn die arithmetische Einheit (60) wieder eingestellt ist, kann der Schalter (55) weggelassen und können der Impulsgenerator (54) und der Festimpulsgenerator (59) direkt mit der Solenoidstrom- Steuereinrichtung (56) verbunden werden, indem der Festimpulsgenerator (59) so ausgelegt wird, dass er nur während des Widereinstellens der arithmetischen Einheit (60) erregt wird.

Entsprechend der vorstehenden Beschreibung erbringt die vorliegende Erfindung die folgenden Wirkungen:

• 1) Wenn die arithmetische Einheit der elektronischen Steuervorrichtung eine Störung entwickelt, da das Kommando zum Festlegen der Stärke des elektrischen Stromes, der zur Spule des Solenoids fliesst, das dem Antrieb des Steuerventils dient, auf einen vorbestimmten Wert geändert wird, kann der Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine sogar bei Anwesenheit dieser Störung fortgesetzt werden.
• 2) Wenn das Maschinenkühlwasser zum Solenoid zirkuliert wird, kann die Leerlaufdrehzahl auf die Temperatur des Kühlwassers proportioniert werden, da die Widerstandsgrösse der Spule des Solenoids abnimmt und die Stärke des wirklichen elektrischen Stromes, der zur Spule fliesst, im Verhältnis dazu anwächst, wie die Temperatur des Maschinenkühlwassers fällt. Als Ergebnis kann eine höchst praktikable Fähigkeit erzielt werden, den Leerlaufbetrieb der Maschine sogar dann fortzusetzen, wenn die arithmetische Einheit eine Störung entwickelt.

Claims (4)

1. Zusatzluftmengen-Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch ein Steuerventil (30), das in einer Bypass-Leitung (31) angeordnet ist und mit der stromauf und stromab liegenden Seite eines Drosselventils (32) verbunden ist, das in einer Saugluftleitung der Brennkraftmaschine untergebracht ist, durch eine arithmetische Einrichtung (60) zum Berechnen des Kommandowertes für das Steuerventil, damit die Drehzahl der Maschine mit einer Soll-Leerlaufdrehzahl übereinstimmt, insbesondere gekennzeichnet durch eine Einrichtung (61) zum Feststellen einer Störung in der arithmetischen Einrichtung (60) und eine Einrichtung (59) zum Erzeugen eines vorbestimmten, festen Kommandowertes, wodurch das Steuerventil durch den Kommandowert gesteuert wird, der von der Festkommando-Erzeugungseinrichtung (59) erzeugt wird, nachdem die Störungsdetektionseinrichtung (61) in der arithmetischen Einheit (60) eine Störung festgestellt hat.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil ein Solenoidventil mit einer Solenoidspule (16 A) ist, dass der Öffnungsgrad des Ventils durch die Stärke des elektrischen Stromes festgelegt ist, die zur Solenoidspule fliesst.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass um den Umfang des Solenoidventils Maschinenkühlwasser (20) zirkuliert.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (30) ein elektromagnetisch proportioniertes Ventil ist, wobei der Anhebbetrag im wesentlichen proportional dem Kommandowert ist.