DE3832536A1 - Leerlaufregelung fuer einen ottomotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Leerlaufregelung für einen Ottomotor mit einem durch eine pneumatische Stelleinrichtung verstellbaren An­ schlag für ein Drosselelement, wobei der Druck für die Stelleinrich­ tung durch ein erstes tastpulsgesteuertes Ventil bereitgestellt wird, und mit einem durch ein zweites tastpulsgesteuertes Ventil einge­ stellten Luftbeimischkanal für einen Kraftstoffdüsenkanal, wobei Soll­ werte für das Tastverhältnis der genannten Ventile jeweils in einem drehzahl-, last- und parameterabhängigen Hauptkennfeldspeicher abge­ legt sind.

Die Leerlaufregelung greift sowohl durch Steuerung als auch durch Regelung im Leerlaufbereich in die Kennwerte für den Motorbe­ trieb ein. Im Leerlaufbetrieb ist die Steuerung eines Ottomotors recht schwierig, weil die Belastung im Leerlaufbetrieb durch die Ein­ schaltung zusätzlicher Verbraucher relativ stark schwanken kann. Die­ ses gilt auch für die Einstellung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zur Gemischsteuerung.

Aufgabe der Erfindung ist ein gleichmäßiger Leerlaufbetrieb in allen Belastungszuständen, also insbesondere eine optimale Gemischbil­ dung und eine Drehzahlregelung.

Die Aufgabe der Gemischbildung wird dadurch gelöst, daß zur Leer­ laufgemischregelung ein den Leerlaufbereich überdeckendes Zusatzkenn­ feld vorgesehen ist, das jeweils Korrekturwerte enthält, daß ein Ge­ mischteller einen Stellfaktor für das Zusatzkennfeld bereitstellt und daß die Werte des Zusatzkennfeldes multipliziert mit dem Stellfak­ tor zu den Werten des Hauptkennfeldes addiert werden.

Die Aufgabe der Drehzahlregelung wird dadurch gelöst, daß im Leerlaufbetrieb zwischen einem minimalen und einem maximalen Tastver­ hältnis der Stelleinrichtung für den Anschlag eine Drehzahlregelung erfolgt.

Die Erfindung unterscheidet sich insofern vom Stand der Technik, als das Zusatzkennfeld durch den Gemischteller entsprechend dem indi­ viduellen Motorzustand berücksichtigt wird. Dadurch können sowohl Exemplarstreuungen als auch alterungsbedingte Änderungen der Motor­ kenngrößen berücksichtigt werden. Außerdem ermöglicht die Drehzahlre­ gelung eine Sicherstellung des Leerlaufbetriebs und eine Vermeidung von Überlastungen im Leerlauf.

Für die Gemischbildung ist im Einzelnen vorgesehen, daß die Aus­ gangsspannung des Gemischstellers auf positive und negative Werte für positiven und negativen Stellfaktoren einstellbar ist.

Um Sprünge und Ungleichmäßigkeiten im Motorbetrieb auszuschlie­ ßen, ist vorgesehen, daß an das Zusatzkennfeld ein Anpassungskennfeld anschließt, dessen Ausdehnung durch den Stellfaktor festgelegt ist.

Die Anpassung ist dadurch besonders einfach, daß das Zusatzkenn­ feld konstante Werte und das Anpassungskennfeld zum Rand hin abnehmen­ de Werte enthält. So erreicht man einen allmählichen und sprungfreien Übergang in das Hauptkennfeld

Die Korrektur wird so durchgeführt, daß der analoge Stellfaktor des Gemischstellers mit dem jeweiligen Wert des Zusatzkennfeldes bzw. Anpassungskennfeldes multipliziert wird und daß anschließend der Pro­ duktwert digitalisiert wird.

Eine Stabilisierung der Regelung erreicht man dadurch, daß wäh­ rend jeder Arbeitsperiode die Leerlaufdrehzahl derart überprüft wird, daß der gemittelte Istwert mehrerer Arbeitsperioden mit einem Soll­ wert verglichen wird und daß eine Regelgeschwindigkeit für die Ab­ wärtsregelung und Aufwärtsregelung der Drehzahl gesondert vorgegeben wird.

Der Regelbereich wird nach oben und nach unten derart einge­ grenzt, daß die Stellgröße mit einer minimalen und einer maximalen Begrenzungskurve verglichen wird, wobei diese Begrenzungskurven je­ weils in einem Festwertspeicher abgelegt sind.

Eine stabile Drehzahl während der Startphase des Motors erreicht man dadurch, daß die maximale Begrenzungskurve temperaturabhängige Werte für den Stellwert enthält, so daß eine Drehzahlüberhöhung wäh­ rend der Startphase möglich ist.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden unter Bezug­ nahme auf die Zeichnungen erläutert, in denen darstellt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Vergasers,

Fig. 2 ein Blockschaltbild für die Steuerkreise

Fig. 3 Kennlinien für die Drehzahlregelung,

Fig. 4 einen Flußplan für die Leerlaufregelung

Fig. 5 Kennfelder für die Gemischregelung und

Fig. 6 einen Flußplan für die Gemischregelung.

Fig. 1 zeigt einen Hochgeschwindigkeitsvergaser mit einem Schie­ ber 1 zur jeweiligen Verstellung des Querschnitts des Ansaugkanals 2. An dem Schieber 1 sitzt eine Düsennadel 3, die den Durchflußquer­ schnitt von Kraftstoffdüsen 4 steuert. Die Kraftstoffdüsen 4 sitzen in einem Kraftstoffkanal 5, der in üblicher Weise aus einer Kraft­ stoffkammer 6 versorgt wird. Ein Luftbeimischkanal 7 ermöglicht die Beimischung von Zusatzluft zu dem Kraftstoff bzw. der Kraftstoffemul­ sion, um das Kraftstoffgemisch einzustellen. Dieser Luftbeimischkanal 7 wird durch ein tastpulsgesteuertes Ventil 8 mit einem entsprechen­ den Druck beaufschlagt. Das Ventil 8 ist von einem Tastpulsgenerator 27 tastpulsgesteuert, der von einer Zentraleinheit 15 der Steuerein­ richtung des Motors parameterabhängig angesteuert wird. Ein weiteres Luftventil 26 ist für die Schubabschaltung vorgesehen. Dieses Luftven­ til 26 hebt im Falle der Schubabschaltung das Vakuum in den Kraft­ stoffkanal 5 auf.

Der Schieber 1 ist einerseits von einem Gasgestänge oder Gaszug 9 und andererseits von einer Stelleinrichtung 10 mit einstellbarem Anschlag 11 gesteuert. Ein Anschlagschalter 111 überwacht die Stel­ lung des Anschlags 11 und gibt ein entsprechendes Signal an die Zen­ traleinheit 15 ab. Der Gaszug 9 wird in üblicher Weise vom Fahrzeug­ lenker betätigt. Der Anschlag 11 dient zur Einstellung der Leerlauf­ drehzahl. Der Anschlag 11 ist an einer Kolbenstange 12 der Stellein­ richtung 10 ausgebildet. Die Stelleinrichtung 10 ist ein pneumati­ scher Stellzylinder, der von einem tastpulsgesteuerten Ventil 13 ange­ steuert wird. Die Steuerspule 14 des Ventils 13 wird von einem Tast­ pulsgenerator 28 gespeist, dessen Tastverhältnis von der Zentralein­ heit 15 der Steuereinrichtung gegeben wird.

Die weiteren Schaltstufen der Fig. 1 sind in Verbindung mit Fig. 2 erläutert, die ein Blockschaltbild der Steuereinrichtung darstellt. Die Steuereinrichtung umfaßt eine Zentraleinheit 15, die als digita­ ler Prozessor ausgebildet ist und von einem Programmspeicher 16 ge­ steuert wird. Auf der Eingangsseite werden digitale Steuergrößen zuge­ führt und zwar ein Drehzahlwert über einen Drehzahlsensor 17 und ein Drehzahlinterface 18, ein Druckwert über einen Drucksensor 19 und einen A/D-Wandler 20, ein Gemischeinstellwert über einen Gemischstel­ ler 21 und den A/D-Wandler 20 und ein Temperaturwert über einen Kühl­ mittelsensor 22 und einen A/D-Wandler 23. Der Gemischsteller 21 ist nach Fig. 1 als Potentiometer ausgebildet.

Die Zentraleinheit 15 arbeitet mit einem Adreßspeicher 24 zusam­ men, der mindestens ein drehzahl-, last- und parameterabhängiges Haupt­ kennfeld K 1 und ein Zusatzkennfeld K 2 für den Leerlaufbereich ent­ hält. Außerdem ist ein Festwertspeicher 25 vorgesehen, der motorspezi­ fische Festwerte enthält.

Aufgrund der kennfeldabhängigen Speicherwerte und der Eingangs­ werte ermittelt die Zentraleinheit 15 im Leerlaufbetrieb während je­ der Arbeitsperiode des Ottomotors Steuergrößen für eine Drehzahlsteue­ rung 26 und eine Gemischsteuerung 27. Die Steuergrößen für die Dreh­ zahlsteuerung 26 beeinflussen den Tastpulsgenerator 28 für die Steuer­ spule 14 des Ventils 13. Die Steuergrößen für die Gemischsteuerung 27 beeinflussen den Tastpulsgenerator 29 für das Luftventil 8.

Die Regelung der Leerlaufdrehzahl ist anhand der Fig. 3 und 4 er­ läutert. Die Leerlaufdrehzahlregelung ermöglicht durch die Beeinflus­ sung des Tastverhältnisses des Ventils 13 eine Veränderung der Durch­ flußöffnung des Vergasers. Entsprechend kann auch die Ansaugluftmenge eines Einspritzmotors gesteuert werden.

Fig. 3 zeigt die Kennlinien für die Grenzen des Regelbereichs. Eine Vorgabe des minimalen Tastverhältnisses TVmin ist als Drehzahl­ kennlinie in einem Festwertspeicher abgelegt. Diese Kennlinie be­ grenzt den Regelvorgang auf einen Minimalwert für das Tastverhältnis, um nach einer Schubphase einen Stillstand des Motors auszuschließen.

Die maximale Begrenzung des Tastverhältnisses TVmax ist eben­ falls in einem Festwertspeicher in Abhängigkeit von der Kühlmitteltem­ peratur abgelegt. Dieses schließt eine übergroße Leerlaufleistung des Motors aus. Das Regelprogramm kann so ausgelegt sein, daß Regelschwin­ gungen vermieden werden. Insbesondere wird der Regelvorgang in einem Drehzahlfenster von z. B. ±20 min^-1 angehalten, um einen Einschwing­ vorgang im Bereich der Leerlaufdrehzahl zu unterdrücken.

Während der Startphase des Motors kann ein konstanter Steuerwert auf das Stellglied gegeben werden, der temperatur- und drehzahlabhän­ gig in einem Kennfeld gespeichert ist.

Den Drehzahlsollwert stellt eine temperaturabhängige Kennlinie zur Verfügung, er kann während der Startphase auf eine überhöhte Leer­ laufdrehzahl angehoben werden.

Die Begrenzungskennlinien nach Fig. 3 werden jeweils während des in dem Programmspeicher 16 gespeicherten Programmablaufs abgefragt. Fig. 4 zeigt den Ablauf des Unterprogramms zur Regelung der Leerlauf­ drehzahl. Dieses Unterprogramm wird während jeder Arbeitsperiode des Motors abgearbeitet.

Anschluß an den Start des Programms erfolgt zunächst die Ermitt­ lung der Solldrehzahl, die in einem Kennfeld abgefragt wird und die temperaturabhängig ist und innerhalb der Nachstartphase einen unter­ schiedlichen Wert haben kann. Sodann wird die Istdrehzahl ermittelt. In einer Drehzahltabelle wird die Istdrehzahl an der ersten Stelle eingetragen. Die älteste Eintragung der Istdrehzahl aus früheren Ar­ beitsperioden wird gelöscht. Alle anderen Einträge von früheren Ar­ beitsperioden werden um eine Stelle weitergeschoben. Die Anzahl der Eintragungen kann je nach dem Betriebszustand unterschiedlich sein. Es handelt sich hier praktisch um ein Schieberegister unterschiedli­ cher Länge. In der nächsten Programmstufe werden die Drehzahleintra­ gungen der Drehzahltabelle summiert. Es erfolgt eine Mittelwertbil­ dung, um größere Drehzahländerungen während aufeinanderfolgender Ar­ beitsperioden auszuschließen.

In der nächsten Programmstufe wird die Differenzdrehzahl aus der Solldrehzahl und der Istdrehzahl ermittelt. Sodann wird das Vorzei­ chen dieser Drehzahldifferenz bestimmt. In der nächsten Programmstufe wird die Drehzahldifferenz mit einem Drehzahlfenster geschnitten. Es wird also ermittelt, ob die Drehzahldifferenz innerhalb des vorgegebe­ nen Drehzahlfensters liegt. Sodann erfolgt eine Programmverzweigung je nachdem, ob die Drehzahldifferenz innerhalb des Drehzahlfensters liegt.

Wenn die Drehzahldifferenz innerhalb des Drehzahlfensters liegt, ist ein Eingriff nicht erforderlich. Infolgedessen wird der Wert der unmittelbar vorhergehenden Arbeitsperiode übernommen.

Wenn der Istwert außerhalb des genannten Drehzahlfensters liegt, ist eine weitere Bearbeitung erforderlich. In der nächsten Programm­ stufe wird überprüft, ob die Istdrehzahl größer oder kleiner als die Solldrehzahl ist. In beiden Fällen erfolgt eine Ermittlung der erfor­ derlichen Regelgröße. Sodann wird die Regelgeschwindigkeit festge­ legt, die für die Aufwärts- und Abwärtsregelung unterschiedlich sein kann, um unterschiedliche Regelkennlinien zu erhalten. Die jeweilige Regelung wird durch verschiedene Programmteile festgelegt.

Wenn die Istdrehzahl größer ist als die Solldrehzahl, kann in einer weiteren Programmstufe überprüft werden, ob die Drehzahl noch fällt. Solange die Drehzahl noch fällt, wird der letzte Ausgabewert übernommen. Hierdurch wird eine Verzögerung der Regelung auf den dreh­ zahlabhängigen Minimalwert erreicht. Dadurch kann man einen aufwendi­ gen Differentialregler einsparen. Ein Stillstand des Motors, etwa nach einer langen Schubphase läßt sich so vermeiden.

Wenn die Drehzahl nicht mehr fällt oder die Solldrehzahl unter­ schritten wird, wird ein differenzdrehzahlabhängiger Regelwert ermit­ telt. Dieser Regelwert kann noch zusätzlich aktualisiert werden und wird in den Hauptzweig des Programms zurückgegeben. Sodann wird unter Auswertung der Kurven der Fig. 3 der Stellwert auf die minimale und maximale Begrenzung überprüft und gegebenenfalls korrigiert. Der Stellwert wird als neuer Regelwert an das Stellglied weitergegeben. Das Programm springt dann in das Hauptprogramm zurück. Während der nächsten Arbeitsperiode des Motors wird das Programm neuerlich durch­ laufen.

Die Gemischeinstellung ist anhand der Fig. 5 und 6 erläutert. Die Motorcharakteristik ist in dem Kennfeld KF 1 der Fig. 5 abgelegt. Dieses Kennfeld KF 1 enthält drehzahlabhängig und lastabhängig bzw. druckabhängig in entsprechenden diskreten Speicherplätzen eines Adreß­ speichers Werte für das Tastverhältnis des Tastpulsgenerators 27, der die Zusatzluft in dem Luftbeimischkanal steuert und damit die Gemisch­ bildung bestimmt.

Im Leerlaufbereich für Druckwerte unterhalb P 1 und Drehzahlwerte unterhalb n 1 ist ein Zusatzkennfeld KF 2 vorgesehen, das mit Korrektur­ werten belegt ist. Diese Korrekturwerte können konstante Werte oder ebenfalls parameterabhängige Werte sein. Die Korrekturwerte werden noch mit einem Stellfaktor M multipliziert, der in einem Gemischstel­ ler 21 erzeugt wird. Der Stellfaktor M ermöglicht eine Anpassung an den jeweiligen individuellen Motor, insbesondere an alterungsbedingte Änderungen der Kennwerte. Der Stellfaktor M wird zum Beispiel durch die Ausgangsspannung eines Potentiometers gemäß Fig. 1 verwirklicht, dessen Ausgangsspannung in der Grundstellung den Wert "0" hat und im übrigen positive und negative Werte annehmen kann.

Die Berechnung des jeweiligen Kennwertes im Leerlaufbereich er­ folgt dann nach der Formel KF 1 + (KF 2 × M). Die Zusatzgröße KF 2 × M kann, wie bereits gesagt, positive und negative Werte haben, je nach­ dem ob das Gemisch angefettet oder abgemagert werden soll. Das Pro­ dukt aus dem Stellfaktor und dem Wert des Zusatzkennfeldes wird digi­ talisiert und nur nach Abstufungen berücksichtigt, etwa werden nur ganze Zahlen weiterverwertet und Nachkommastellen ausgeschieden.

Damit nicht an den Grenzen des Zusatzkennfeldes KF 2 Sprünge oder andere Ungleichmäßigkeiten im Motorbetrieb auftreten, ist ein Anpas­ sungskennfeld KF 2′ vorgesehen, das maximal bis zu dem Druckwert P 2 und der Drehzahl n 2 reicht. Dieses Anpassungskennfeld enthält zum Ran­ de abnehmende Werte. Entsprechend der Größe des Stellfaktors M wird das Anpassungskennfeld berücksichtigt. Wenn der Stellfaktor M den Wert 0 hat, so verschwindet das Anpassungskennfeld KF 2′. Bei positi­ ven Werten des Stellfaktors M werden die Werte des Anpassungskennfel­ des KF 2′ angehoben und mit zunehmendem Wert des Stellfaktors in größe­ rer Ausdehnung berücksichtigt.

Die Gemischwerte im Leerlauf werden während jeder Betriebsperio­ de des Ottomotors nach einem Unterprogramm gemäß Fig. 6 abgefragt. Nach dem Start dieses Unterprogramms wird zunächst ermittelt, ob die Drehzahl unterhalb des Grenzwertes n 2 und der Druck unterhalb des Grenzwertes P 2 liegt, da dieser Bereich als Leerlaufbereich definiert ist. Wenn der Arbeitspunkt des Motors außerhalb dieses Leerlaufbe­ reichs liegt, wird die Speicherstelle für den Leerlaufwert gelöscht und das Programm kehrt in das Hauptprogramm zurück, wo die jeweiligen Gemischwerte aus dem Kennfeld K 1 ermittelt werden.

Im Leerlaufbereich wird dagegen das Zusatzkennfeld K 2 ausgewer­ tet. Außerdem wird der Gemischwert aus dem Kennfeld KF 1 und der Stell­ faktor M bereitgestellt. Das Vorzeichen des Stellfaktors M bestimmt die Programmverzweigung, so daß der korrigierte Wert für die Gemischbil­ dung jeweils additiv oder subtraktiv gebildet wird. Dieser korrigier­ te Wert wird in einer Speicherstelle abgestellt und steht für die nächste Abfrage des Hauptprogramms als Tastverhältnis für die Gemisch­ bildung bereit.

Man kann die Kennwerte auch in anderer Weise auf das Hauptkenn­ feld und das Zusatzkennfeld aufteilen.

Claims (9)

1. Leerlaufregelung für einen Ottomotor mit einem durch eine pneumatische Stelleinrichtung verstellbaren Anschlag für ein Drossel­ element, wobei der Druck für die Stelleinrichtung durch ein erstes tastpulsgesteuertes Ventil bereitgestellt wird, und mit einem durch ein zweites tastpulsgesteuertes Ventil eingestellten Luftbeimischka­ nal für einen Kraftstoffdüsenkanal, wobei Sollwerte für das Tastver­ hältnis der genannten Ventile jeweils in einem drehzahl-, last- und parameterabhängigen Hauptkennfeldspeicher abgelegt sind, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Leerlaufgemischregelung ein den Leerlaufbereich überdeckendes Zusatzkennfeld (KF 2) vorgesehen ist, das jeweils Korrek­ turwerte enthält, daß ein Gemischsteller (21) einen Stellfaktor (M) für das Zusatzkennfeld bereitstellt und daß die Werte des Zusatzkenn­ feldes (KF 2) multipliziert mit dem Stellfaktor (M) zu den Werten des Hauptkennfeldes (KF 1) addiert werden.

2. Leerlaufregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung des Gemischstellers (21) auf positive und negati­ ve Werte für positiven und negativen Stellfaktoren (M) einstellbar ist.

3. Leerlaufregelung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß an das Zusatzkennfeld (KF 2) ein Anpassungskennfeld (KF 2′) an­ schließt, dessen Ausdehnung durch den Stellfaktor (M) festgelegt ist.

4. Leerlaufregelung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzkennfeld (KF 2) konstante Werte und das Anpassungskennfeld (KF 2′) zum Rand hin abnehmende Werte enthält.

5. Leerlaufregelung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der analoge Stellfaktor (M) des Gemischstellers (21) mit dem jeweiligen Wert des Zusatzkennfeldes bzw. Anpassungskennfeldes multi­ pliziert wird und daß anschließend der Produktwert digitalisiert wird.

6. Leerlaufregelung für einen Ottomotor mit einem durch eine pneumatische Stelleinrichtung verstellbaren Anschlag für ein Drossel­ element, wobei der Druck für die Stelleinrichtung durch ein erstes tastpulsgesteuertes Ventil bereitgestellt wird, und mit einem durch ein zweites tastpulsgesteuertes Ventil eingestellten Luftbeimischka­ nal für einen Kraftstoffdüsenkanal, wobei Sollwerte für das Tastver­ hältnis der genannten Ventile jeweils in einem drehzahl-, last- und parameterabhängigen Hauptkennfeldspeicher abgelegt sind, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im Leerlaufbereich zwischen einem minimalen und einem maximalen Tastverhältnis der Stelleinrichtung für den Anschlag eine Drehzahlregelung erfolgt.

7. Leerlaufregelung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß während jeder Arbeitsperiode die Leerlaufdrehzahl derart überprüft wird, daß der gemittelte Istwert mehrerer Arbeitsperioden mit einem Sollwert verglichen wird und daß eine Regelgeschwindigkeit für die Ab­ wärtsregelung und Aufwärtsregelung der Drehzahl gesondert vorgegeben wird.

8. Leerlaufregelung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellgröße mit einer minimalen und einer maximalen Begrenzungskur­ ve verglichen wird, wobei diese Begrenzungskurven jeweils in einem Festwertspeicher abgelegt sind.

9. Leerlaufregelung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die maximale Begrenzungskurve temperaturabhängige Werte für den Stellwert enthält, so daß eine Drehzahlüberhöhung während der Startphase möglich ist.