DE3812146A1

DE3812146A1 - Leerlaufdrehzahl-regelsystem fuer einen kfz-motor

Info

Publication number: DE3812146A1
Application number: DE3812146A
Authority: DE
Inventors: Kunihiro Abe
Original assignee: Fuji Jukogyo KK; Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1987-04-13
Filing date: 1988-04-12
Publication date: 1988-11-03
Also published as: GB8808548D0; GB2203570A; GB2203570B; DE3812146C2; JP2573216B2; JPS63255542A; US4825829A

Description

Die Erfindung betrifft ein Leerlaufregelsystem für einen Kfz- Motor mit einem elektronischen Kraftstoffeinspritzsystem. Ins besondere handelt es sich dabei um die Regelung einer hohen Leerlaufdrehzahl bei kaltem Motor.

Bei einem Leerlaufregelsystem in Zusammenhang mit einem elek tronischen Kraftstoffeinspritzsystem ist ein Bypass über einer Motor-Drosselklappe vorgesehen, der ein Leerlaufdrehzahl steuerventil aufweist. Das Leerlaufdrehzahlsteuerventil wird so betätigt, daß die Menge von Einlaßluft zur Aufrechterhal tung einer gewünschten Leerlaufdrehzahl über ein rückgekoppel tes Regelsystem eingestellt wird. Die gewünschte Leerlauf drehzahl wird aus einem Speicher abgeleitet, und zwar basierend auf Eingangssignalen, welche die Motorbetriebsbedingungen wie dergeben. Insbesondere wird der Öffnungsgrad des Leerlauf drehzahlsteuerventiles in Übereinstimmung mit verschiedenen Motorbetriebsdaten eingestellt, z. B. dem Startzustand der Maschine, der hohen Leerlaufdrehzahl bei kaltem Motor und dem Übergangszustand.

Wenn der Motor kalt ist, so ist das Antwortverhalten des Motors langsam. Wenn somit der Öffnungsgrad des Leerlauf drehzahlsteuerventiles erhöht wird, um die Treibstoffmenge zu steigern um die Leerlaufdrehzahl auf eine gewünschte Leerlaufdrehzahl einzuregeln, so steigt die Motordrehzahl nicht sofort. Wenn die rückgekoppelte Regelung fortgeführt wird, so kommt es zu Nachlauf- bzw. Schwing-Erscheinungen.

Im allgemeinen wird darum bei derartigen Betriebsbedingungen die Motordrehzahl über eine Steuerung (offene Schleife) eingestellt, um dieses Nachlaufen bzw. Schwingen zu ver hindern. Wenn aber die Motordrehzahl bei kaltem Motor sinkt, so kann sie nicht wieder angehoben werden, was wiederum ein Absterben des Motors zur Folge haben kann.

Aus der japanischen Patentanmeldung mit der Offenlegungs nummer 59-3 135 ist ein rückgekoppeltes Regelsystem zur Ein stellung eines Leerlaufdrehzahlsteuerventiles bei kaltem Motor bekannt. Bei dem System wird der Integralanteil im Rückkopplungswert reduziert, so daß die Drehzahl langsam auf die gewünschte Motordrehzahl zuläuft und so ein Abster ben des Motors verhindert wird. Obwohl aber der Regeleffekt verzögert wird, kann ein Nachlaufen bzw. Schwingen nicht verhindert werden.

Ausgehend vom oben genannten Stand der Technik, ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Leerlaufdrehzahl- Regelsystem dahingehend weiterzubilden, daß eine effektive Drehzahlregelung in Übereinstimmung mit Veränderungen der Antwortcharakteristik des Motors beim Steigen der Motor temperatur sichergestellt wird, um dadurch ein Nachlaufen bzw. Schwingen des Systems zu verhindern.

Gemäß der Erfindung wird ein Regelsystem für die Leerlauf drehzahl eines Kfz-Motors mit einem Kraftstoffeinspritz system aufgezeigt, das folgende Merkmale umfaßt: Einen Drosselklappen-Positionssensor zum Abgeben eines Lerlauf signales dann, wenn eine Drosselklappe des Motors ge schlossen ist, einen Neutralzustandsdetektor, der auf das Leerlaufsignal hin dann ein Neutralsignal abgibt, wenn ein Getriebe des Kraftfahrzeuges sich im Neutralzustand befindet, einen Motortemperaturdetektor, der auf das Neu tralsignal hin ein Temperatursignal in Abhängigkeit von der Motortemperatur abgibt, Kaltlaufdetektormittel, zum Abgeben eines Kaltlaufsignales dann, wenn die Motortempe ratur unterhalb eines vorbestimmten Temperaturwertes liegt, und einen Motordrehzahldetektor zum Abgeben eines Dreh zahlsignales in Abhängigkeit von der Motordrehzahl.

Das System umfaßt einen ersten Speicher, in welchem Soll- Drehzahlen in Übereinstimmung mit der Motortemperatur ge speichert sind, einen zweiten Speicher zum Speichern eines Totbereiches zur Eingabe der Motordrehzahl in bezug auf die Solldrehzahl in Übereinstimmung mit der Motortempera tur, wobei die Breite des Totbereiches so ausgelegt ist, daß sie mit abnehmender Motortemperatur zunimmt, erste Herleitungsmittel, die auf das Kaltlaufsignal hin eine Solldrehzahl aus dem ersten Speicher in Übereinstimmung mit dem Temperatursignal herleiten, zweite Herleitungs mittel, die einen Bereich des Totbereiches in Übereinstim mung mit dem Temperatursignal herleiten, Komparatormittel zum Vergleichen der Ist-Drehzahl in Abhängigkeit vom Drehzahlsignal mit einer hergeleiteten Soll-Drehzahl und zum Abgeben eines Komparatorsignales dann, wenn die Ist- Drehzahl nicht mit der Soll-Drehzahl übereinstimmt, Ent scheidungsmittel, die auf das Komparatorsignal hin ein Be tätigungssignal dann abgeben, wenn die Ist-Drehzahl außer halb des hergeleiteten Bereiches des Totbereiches liegt, Treibermittel, die auf das Betätigungssignal hin ein Be tätigungselement ansteuern, das beim Leerlaufdrehzahl- Regelsystem vorgesehen ist, um die Ist-Drehzahl auf die Soll-Drehzahl einzuregeln.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Entscheidungsmittel derart ausgebildet, daß dort fest gestellt wird, ob die Motordrehzahl oberhalb oder unter halb eines oberen bzw. unteren Grenzwertes des Totbereiches liegt, wobei vorzugsweise das Betätigungselement ein Mag netventil im Bypass zur Umgehung der Drosselklappe ist.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung, die im fol genden anhand von Figuren näher beschrieben werden. Hierbei zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Systems;

Fig. 2 ein Blockdiagramm der Regeleinheit;

Fig. 3 eine Graphik zur Erläuterung des Totbereiches der Eingangsdrehzahl in einem Regelsystem; und

Fig. 4 ein Flußdiagramm zur Erläuterung des erfin dungsgemäßen Regelverfahrens, nach welchem das Regelsystem arbeitet.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist im Einlaßkrümmer 1 a eines Mo tors 1 eine Einspritzdüse 2 vorgesehen, um jedem Zylinder des Motors 1 Treibstoff zuzuführen. Ein Ausgleichsbehälter 3 ist unterhalb eines Drosselklappenkörpers 4 vorgesehen, der über ein Ansaugrohr 5 und einen Luftströmungsmesser 6 mit einem Luftfilter 7 in Verbindung steht. Im Drossel klappenkörper 4 sind eine erste und eine zweite Drossel klappe 4 a bzw. 4 b vorgesehen. Ein Magnet-Leerlaufdrehzahl steuerventil 9 ist in einem Bypass 8 vorgesehen, der die Drosselklappen 4 a und 4 b überbrückt. Die Betätigung er folgt durch ein Solenoid 9 a. Ein O₂-Fühler 10 und ein Katalysator 11 sind im Abgaskanal 1 b angebracht.

Zum Feststellen des Öffnungsgrades der primären Drossel klappe 4 a ist ein Drosselklappenpositionssensor 14 vorge sehen. Die Ausgangssignale vom Luftströmungsmesser 6, vom O₂-Sensor 10 und vom Drosselklappenpositionssensor 14 wer den einer elektronischen Regeleinheit (ECU) 12 zugeführt. An der Kurbelwelle 1 c des Motors 1 ist zum Abtasten der Motordrehzahl ein Kurbelwinkelsensor 13 vorgesehen. Ein Kühlmitteltemperatursensor 17 ist an einem Wassermantel 1 d des Motors 1 angebracht. Die Ausgangssignale dieser Sensoren 13 und 17 werden ebenfalls der Regeleinheit 12 zugeführt. Die Regeleinheit 12 wird weiterhin mit Aus gangssignalen von einem Getriebe-Zustandsdetektor beauf schlagt, der einen Getriebeschalter 15 und einen Kupplungs schalter 16 umfaßt, die in Serie unter Bildung eines UND- Gatters verbunden sind. Wenn das Getriebe 32 sich im Neu tralzustand befindet und die Kupplung 31 des Getriebes 32 eingerückt ist, sind diese Schalter 15 und 16 angeschal tet und geben ein Neutral-/Kupplungs-Signal NEP ab. Auf die Eingangssignale hin gibt die Regeleinheit 12 Betä tigungssignale ab, um die Einspritzdüse 12 und das Solenoid 9 a des Leerlaufdrehzahlsteuerventiles 9 zu betätigen.

Wie in Fig. 2 gezeigt, umfaßt die elektronische Regel einheit 12 einen Mikroprozessor MPU 18, ein ROM 19, ein RAM 20 und eine Input-Output-Steuereinheit 21 mit einem I/O LSI, PIA (peripheral interface adapter), und einer PTM-Baugruppe (programmable timer module). Der Mikropro zessor 18, das ROM 19, das RAM 20 und die Einheit 21 sind untereinander über einen Bus 22 verbunden. Die Input/Output- Steuereinheit 21 wird mit dem Motordrehzahlsignal Ne vom Kurbelwinkelfühler 13, einem Drosselklappenpositionssignal R vom Drosselklappenpositionssensor 14, dem Neutral/Kupp lung-Signal NEP vom UND-Kreis mit dem Getriebeschalter 15 und dem Kupplungsschalter 16, dem Rückkopplungsregelsig nal λ vom O₂-Sensor 10, dem Kühlmitteltemperatursignal Tw vom Kühlmitteltemperatursensor 17 und mit dem Luftmen gensignal Q vom Luftströmungsmesser 6 versorgt. Diese Sig nale werden im RAM 20 gespeichert. Im Mikroprozessor 18 werden eine Soll-Kraftstoffeinspritzpulsbreite und ein Ventilöffnungsrad für das Leerlaufdrehzahlsteuerventil 9 errechnet und zwar basierend auf Daten, die im RAM 20 ge speichert und auf Daten sowie Programmen, die im ROM 19 gespeichert sind. Ein Treiber 23 gibt Pulse Ti und Vp zum Betätigen der Einspritzdüse 2 bzw. des Leerlaufdrehzahl ventiles 9 auf Ausgangssignale der Input/Output-Steuer einheit 21 hin ab. Das Steuerventil 9 wird durch die Pulse Vp geöffnet und geschlossen, wobei die Luftströmungsrate durch das Ventil mit steigendem Tastverhältnis der Pulse ansteigt.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Regelverfahren, das mit der zuvor beschriebenen Vorrichtung durchführbar ist, näher erläutert und zwar anhand des Flußdiagrammes nach Fig. 4.

Im Schritt 101 wird in Übereinstimmung mit dem Drosselklap penpositionssignal λ festgestellt, ob die Drosselklappe 4 a geschlossen ist oder nicht. Wenn die Drosselklappe 4 a geschlossen ist, so wird ein Leerlaufzustand festgestellt und das Programm schreitet zu einem Schritt 102 weiter. Wenn die Drosselklappe 4 a offen ist, so wird das Programm beendet und ein Normalbetrieb des Motors wird festgestellt und weitergeführt.

Im Schritt 102 wird in Übereinstimmung mit dem Neutral/ Kupplungs-Signal NEP festgestellt, ob der Neutralbereich und das Einrücken der Kupplung vorliegen. Wenn der Getrie beschalter 15 und der Kupplungsschalter 16 an sind, so schreitet das Programm zum Schritt 103 fort (wenn nicht, so liegt der Normalbetrieb vor).

Im Schritt 103 wird das Kühlmitteltemperatursignal Tw des Kühlmitteltemperatursensors 17 ausgelesen. In einem Schritt 104 wird in Übereinstimmung mit dem Kühlmitteltemperatur signal Tw festgestellt, ob sich die Maschine im Kaltlauf- Zustand befindet. Wenn die Kühlmitteltemperatur Tw klei ner oder gleich einer vorbestimmten Temperatur To liegt (To ist z. B. 70°C), so wird Kaltlauf festgestellt und das Programm schreitet zu einem Schritt 105 fort (wenn nicht, so liegt der "Normalzustand" vor).

Im Schritt 105 wird die Soll-Drehzahl NSET aus einer Ta belle im ROM 19 in Übereinstimmung mit der Kühlmitteltem peratur hergeleitet. Die Soll-Drehzahlen hängen von der Motortemperatur in einer bestimmten Art und Weise ab, wie sie durch Experimente für den Motor ermittelt und im ROM 19 gespeichert wurde.

Nach dem Schritt 105 wird in einem Schritt 106 ein Tot bereich NFB der Eingangsdrehzahl in bezug auf die Soll- Drehzahl aus einer im ROM 19 gespeicherten Tabelle in Über einstimmung mit der Kühlmitteltemperatur Tw hergeleitet. Die Antwortcharakteristik des Motors in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur Tw wird ebenfalls über Experimen te ermittelt. Der Totbereich NFB ist basierends auf der Antwortcharakteristik des Motors festgelegt und im ROM 19 gespeichert. Wie in Fig. 3 gezeigt, steigt die Breite des Totbereiches NFB mit sinkender Kühlmitteltemperatur Tw.

In einem Schritt 107 wird die Ist-Drehzahl Ne gemäß dem Motordrehzahlsignal mit der Soll-Leerlaufdrehzahl NSET aus Schritt 105 verglichen. Wenn Ne < NSET, so schreitet das Programm zum Schritt 108 fort. Wenn Ne ≧ NSET, so geht das Programm zum Schritt 109.

Im Schritt 108 wird festgestellt, ob die Differenz zwischen der Soll-Drehzahl NSET und der Ist-Drehzahl Ne (NSET-Ne) größer ist als NFBL bei der vorliegenden Kühlmitteltempe ratur. Wenn (NSET-Ne)≧NFBL, so schreitet das Programm zu einem Schritt 110 fort. Wenn (NSET-Ne) <NFBL, so geht das Pro gramm zum Schritt 111.

Im Schritt 110 steuert die Input/Output-Steuereinheit 21 der Regeleinheit 12 den Treiber 23 so an, daß dieser Pulse Vp mit hohem Tastverhältnis abgibt, die dem Sole noid 9 a des Leerlaufsteuerventiles 9 zugeführt werden. Auf grund dieser Ansteuerung steigt die Strömungsrate der Luft durch den Bypass 8. Dementsprechend gibt der Treiber 23 Pulse Ti ab, so daß die Menge an eingespritztem Kraft stoff steigt, wobei die Pulse Ti der Einspritzdüse 2 zu geführt werden. Auf diese Weise wird die Motordrehzahl angehoben. Danach kehrt das Programm zum Schritt 101 zu rück.

Im Schritt 109 wird festgestellt, ob die Differenz zwi schen der Ist-Drehzahl Ne und der Soll-Drehzahl NSET (Ne-NSET) größer ist als NFBH. Wenn (Ne-NSET)≧NFBH, so geht das Programm zum Schritt 112. Wenn (Ne-NSET) < NFBH, so geht das Programm zum Schritt 111.

Im Schritt 112 wird das Tastverhältnis des Solenoids 9 a des Leerlaufdrehzahlsteuerventiles 9 reduziert, so daß die Luftströmungsrate sinkt, wobei weiterhin die von der Einspritzdüse 2 eingespritzte Kraftstoffmenge reduziert wird. Demzufolge wird auch die Motordrehzahl reduziert. Dies bedeutet, daß die Motordrehzahl so geregelt wird, daß sie innerhalb des Totbereiches NFB liegt.

Da das Programm nur dann zum Schritt 111 fortschreitet, wenn die Ist-Drehzahl innerhalb des Totbereiches NFB liegt, wird in diesem Schritt die Position des Steuerventiles 9 unverändert beibehalten.

Wenn das Kraftfahrzeug mit einem Automatikgetriebe verse hen ist, so werden der Getriebeschalter 15 und der Kupp lungsschalter 16 der zuvor gezeigten Ausführungsform durch den Neutralschalter des Automatikgetriebes ersetzt. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird anstelle eines Kühlmitteltemperaturfühlers 17 ein Temperaturfühler verwendet, welcher die Abgastemperatur mißt.

Gemäß der zuvor beschriebenen Ausführungsform der Erfin dung wird beim Regelvorgang die Differenz zwischen Soll- und Ist-Drehzahl Ne bzw. NSET mit der Breite des Totbe reiches verglichen. Bei einer anderen bevorzugten Ausfüh rungsform der Erfindung wird die Regelung durch die Fest stellung durchgeführt, ob die Ist-Drehzahl ober- oder unterhalb eines oberen bzw. unteren Grenzwertes des Totbe reiches liegt.

Nachdem gemäß der vorliegenden Erfindung die Breite des Totbereiches bei steigender Kühlmitteltemperatur verrin gert wird, und zwar in Übereinstimmung mit der Antwort charakteristik des Motors (der bei steigender Temperatur immer schneller anspricht), wird die Leerlaufdrehzahl des Motors sehr weich geregelt, ohne daß es beim Kaltlauf zu einem Nachlaufen bzw. zu Schwingeffekten kommt.

Claims

1. Leerlaufdrehzahl-Regelsystem für einen Kfz-Motor mit Kraft stoffeinspritzung, gekennzeichnet durch
einen Drosselklappen-Positionssensor (14) zum Abgeben eines Leerlaufsignales dann, wenn eine Drosselklappe (4 a) des Mo tors (1) geschlossen ist,
einen Neutralzustandsdetektor (15, 16), der auf das Leer laufsignal hin ein Neutralsignal dann abgibt, wenn ein Ge triebe (31, 32) des Fahrzeuges sich im Neutralzustand be findet, einen Motortemperaturfühler (17), der auf das Neu tralsignal hin ein Temperatursignal (Tw) in Übereinstimmung mit der Motortemperatur abgibt,
Kaltlauf-Detektormittel (104), die ein Kaltlaufsignal dann abgeben, wenn die Motortemperatur (Tw) unterhalb einer vorbestimmten Temperatur liegt,
einen Motordrehzahldetektor (13) zum Abgeben eines Dreh zahlsignales in Übereinstimmung mit der Motordrehzahl,
einen ersten Speicher (19) zum Speichern von Soll-Dreh zahlen in Übereinstimmung mit dem Motortemperatursignal (Tw),
einen zweiten Speicher, zum Speichern eines Totbereiches für die Eingabe der Motordrehzahl bezüglich der Soll- Drehzahl in Übereinstimmung mit der Motortemperatur, wo bei die Breite des Totbereiches mit abnehmender Motor temperatur steigt,
erste Herleitmittel (105), die auf das Kaltlaufsignal hin eine Soll-Drehzahl aus dem ersten Speicher (19) in Übereinstimmung mit dem Temperatursignal herleiten,
zweite Herleitungsmittel (106) zum Herleiten des Berei ches bzw. der Breite des Totbereiches in Übereinstimmung mit dem Temperatursignal,
Komparatormittel (107) zum Vergleichen der Ist-Drehzahl in Abhängigkeit mit dem Drehzahlsignal mit einer herge leiteten Soll-Drehzahl und zum Abgeben eines Komparator signales dann, wenn die Ist-Drehzahl nicht mit der Soll- Drehzahl übereinstimmt,
Entscheidungsmittel, die auf das Komparatorsiginal hin ein Betätigungssignal dann abgeben, wenn die Ist-Drehzahl außerhalb des hergeleiteten Bereiches des Totbereiches liegt,
Treibermittel (23), die auf das Betätigungssignal hin ein Betätigungselement (2, 9) des Leerlaufregelsystems an steuert, zum Einregeln der Ist-Drehzahl auf die Soll- Drehzahl.

2. Leerlaufdrehzahl-Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entscheidungsmittel derart ausgebildet sind, daß festgestellt wird, ob die Ist-Drehzahl ober- oder unter halb eines oberen bzw. unteren Grenzwertes des Totberei ches liegt.

3. Leerlaufdrehzahl-Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement ein Magnetventil (9) in einem Bypass (8) zur Überbrückung der Drosselklappe (4) umfaßt.