DE3833333C2

DE3833333C2 -

Info

Publication number: DE3833333C2
Application number: DE3833333A
Authority: DE
Inventors: Akihisa Tokio/Tokyo Jp Nakamura
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1987-10-06
Filing date: 1988-09-30
Publication date: 1991-01-24
Also published as: US4895118A; GB8823373D0; GB2210710A; DE3833333A1; JPH0196449A

Description

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung zum Regeln der Drosselvorrichtung einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung (I.C.-Brennkraftmaschine) mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Bei einer bekannten Regeleinrichtung dieser Bauart werden für den Betriebszustand der Maschine repräsentative Signale z.B. für die Drehzahl der Maschine, zu einer elektronischen Regeleinheit gespeist, welche daraufhin ein Betätigungssignal zum Beeinflussen der Öffnungsstellung eines Leerlaufregelventils abgibt. Im einzelnen wird dabei durch Vergleich der Ist-Drehzahl und einer Soll-Drehzahl eine Rück führ-Korrekturgröße (Regelabweichung) berechnet, und es wird ein Betätigungssignal entsprechend der Korrektur zum Erhöhen oder Vermindern der Korrekturgröße ausgegeben, um die Öffnungsstellung des Leerlaufregelventils in Übereinstimmung mit dem Sollwert bezüglich des momentanen Betriebszustandes zu bringen (DE 37 03 363 A1, US 46 35 607).

Wenn jedoch das Leerlaufregelventil (ISC-Ventil) nicht mehr normal funktioniert (aufgrund Fehlfunktionen des Ventils oder elektrischen Ausfalls, wie Kurzschluß oder Unterbrechung im Betätigungskreis) und in diesem Fall der Betrieb der Maschine fortgesetzt wird, würde der Lauf der Maschine instabil. Aus diesem Grunde wird bei Feststellung einer Störung, z. B. Versagen der Regeleinheit, auf einen festen Kommandowert umgeschaltet, welcher die Drehzahl auf einem Festwert hält.

Bei einer anderen bekannten Regeleinrichtung (JP-OS 95 152/1985) das ISC-Ventil mit einem Stellungssensor versehen, und die Ventilstellung wird als normal beurteilt, wenn eine Soll-Öffnungsstellung P₀, die aus der elektronischen Regeleinheit ausgegeben wird, und die Ist-Öffnungsstellung P₁, die aus dem Stellungssensor erhalten wird, der Beziehung | P₁-P₀ | <Δ P genügt, worin Δ P eine zulässige Abweichung ist. Wenn diese Beziehung erfüllt ist, wird der Ventilzustand als abnorm beurteilt, und eine Maßnahme wie Warnung des Fahrers, Absperren der Kraftstoffzufuhr oder Umschalten in einen bestimmten Betriebszustand wird eingeleitet.

Eine Schwierigkeit bei der oben beschriebenen Regel einrichtung folgt aus der Notwendigkeit, das Ventil mit einem Stellungssensor auszurüsten. Eine andere Schwierigkeit ergibt sich daraus, daß unter Berücksichtigung der Temperatureigenschaften des Solenoids der Ventilfehler ein verhältnismäßig großer Wert für Δ P vorgegeben werden muß, und daß aus diesem Grund selbst bei Versagen oder Fehlfunktion nicht festgestellt werden kann, ob die Größe | P₁-P₀ | <Δ P ist. Ein weiteres Problem entsteht dadurch, daß aufgrund der Konstruktion des Ventils in einigen Fällen die Soll-Öffnungsstellung nicht sofort erhalten wird, sondern vielmehr eine verhältnismäßig lange Zeitdauer zwischen der Ausgabe der Soll-Öffnungsstellung und der Erfassung der entsprechenden Ist- Öffnungsstellung verstreicht. Während dieser langen Zeitdauer ändern sich der Betriebszustand der Maschine und damit die Sollwerte, so daß in diesem Fall das Erfassen von Abweichungen unmöglich wird. Im allgemeinen existieren mehr Fälle, bei denen die Ventile wegen Unterbrechung oder Kurzschluß im Betätigungskreis zum Übertragen der elektrischen Signale zu dem Ventil versagen, also aufgrund von mechanischen Problemen. Jedoch zeigt das Schrifttum auf diesem technischen Gebiet, daß die zuerst erwähnten Fälle bisher nicht mit genügender Sorgfalt untersucht worden sind.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Regeleinrichtung zum Regeln der Drosselvorrichtung einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung einschließlich eines Regelkreises mit Fehlerdiagnosemitteln zu schaffen, wodurch der Betriebszustand der wegen elektrischer Ursachen versagenden Drosselvorrichtung mit elektrischen Mitteln überwacht werden soll.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient Anspruch 1.

Aufgrund der Verwendung einer Regeleinrichtung gemäß Anspruch 1 kann jegliche Abnormität der Drossel vorrichtung, wie eines Leerlaufregelventils, direkt aus dem Betätigungssignal erfaßt werden und somit die Abnormität prompt ermittelt werden. Ferner wird unabhängig von dem Ventilbetätigungssignal ein Prüfsignal angelegt, und dieses Prüfsignal wird mittels der Betätigungsvorrichtung in ein Drosselbetätigungs- Zustandssignal gewandelt. Infolgedessen kann durch reines Überwachen der Veränderung dieses Drosselbetätigungs-Zustandssignales im Zeitraum, in welchem das Prüfsignal angelegt ist, die Abnormität schnell und genau diagnostiziert werden.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schema der Ausführung einer Regelein richtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild des Regelkreises der Regeleinrichtung;

Fig. 3 ein Teilschaltbild, welches den wesent lichen Aufbau einer Aktivierungsschaltung zeigt;

Fig. 4(1)a bis 4(4)c Zeitdiagramme, welche die Funktionen beim Betrieb der Regeleinrichtung dar stellen; und

Fig. 5 ein Flußdiagramm, welches Funktionsschritte beim Erfassen von Abnormitäten bei der Drosselregelung zeigt.

Gemäß Fig. 1 wird eine I.C.-Brennkraftmaschine 1 mit einem Luft/Kraftstoff-Gemisch über ein Einlaß system versorgt, in welchem ein Drosselventil bzw. eine Drosselklappe 2 und eine parallel dazu geschal tete Ventilvorrichtung in Form eines Leerlaufregel ventils 3 (im folgenden als ISC-Ventil bezeichnet) angeordnet sind. Am stromaufwärtigen Ende wird Luft über einen Luftfilter 4 angesaugt. Die strömende Luftmenge wird mittels eines Luft- Durchflußmessers 5 gemessen, der stromabwärts vom Luftfilter 4 angeordnet ist. Im Einlaßsystem ist stromaufwärts von der Drosselklappe 2 ein Kraftstoff- Einspritzventil 6 angeordnet, welches mit Kraftstoff über eine Kraftstoffpumpe 7 versorgt wird. Diese wird mittels eines elektrischen Signales über einen Relaisschalter 8 von einer elektronischen Regeleinheit 13 betätigt, die im folgenden beschrieben ist.

Die elektrische Regeleinheit 13 wird von mindestens fünf Sensoren mit Meßsignalen versorgt, nämlich einem in der Maschine 1 installierten Kühlwasser temperatursensor 9, einem mit der Drosselklappe 2 wirkungsmäßig verbundenen Drosselsensor 10, einem im Abgassystem der Maschine 1 angeordneten Sauerstoff sensor 11, einem im Verteiler des Zündsystems der Maschine 1 angeordneten tachometrischen Drehzahl sensor 12 und dem oben erwähnten Luftdurchflußmesser 5, der als Strömungsgeschwindigkeitssensor arbeitet. Somit empfängt die Regeleinheit 13 mittels dieser Meßsignale Informationen bezüglich des Betriebs zustandes der Maschine 1 und gibt entsprechend dieser Informationen Regelsignale zur Zündspule 14, zur Spule des oben erwähnten Relaisschalters 8, zum Kraftstoffeinspritzventil 6, zum ISC-Ventil 3 und ein Regelsignal 15 für einen Kickdown-Solenoid (nicht gezeigt) ab.

Insbesondere bei der Regelung des ISC-Ventils 3 werden gemäß der Erfindung die Meßsignale des Kühl wassertemperatursensors 9 und des Drehzahlsensors 12 wie in Fig. 2 gezeigt zu einer Erfassungsvorrichtung 16 geführt, welche den momentanen Betriebszustand der Maschine erfaßt und ein entsprechendes Erfassungs signal einer Grund-Sollwertvorgabevorrichtung für eine grundlegende Drossel-Einstellgröße zuführt. Gemäß der Kühlwassertemperatur wählt diese Vorrichtung 17 dann die grundlegende Einstellgröße des ISC- Ventils 3 aus vorher in beispielsweise einem ROM gespeicherten Daten aus.

Ferner wird das Erfassungssignal aus der Erfassungs vorrichtung 16 in eine Sollwerteinstellvorrichtung 18 für die Drehzahl eingespeist, die daraufhin eine Solldrehzahl der Maschine gemäß der Kühlwasser temperatur einstellt und ein Ausgangssignal zu einer Rückführ-Korrektureinstellvorrichtung 19 abgibt. Davon gesondert wird die Ist-Drehzahl der Maschine in diese Vorrichtung 19 mittels der Er fassungsvorrichtung 16 eingegeben und mit der Soll drehzahl verglichen. Als Ergebnis gibt die Vorrichtung 19 eine Rückführ-Korrekturgröße (Regelabweichung) aus, welche zusammen mit dem Ausgangssignal der Vorrichtung 17 zu einer Sollwertvorgabevorrichtung 20 für die Drosselvorrichtung führt.

Diese Sollwertvorgabevorrichtung stellt daraufhin das ISC-Ventil gemäß der grundlegenden Drosselein stellgrößen und der Rückführ-Korrekturgröße ein und gibt ein erstes Betätigungssignal ab, z.B. ein der ISC-Ventil-Stellungsgröße entsprechendes Signal. Dieses erste Betätigungssignal wird mittels einer Stellvorrichtung 21 invertiert und dadurch in ein zweites Betätigungssignal gewandelt, welches die Drosseleinstellgröße des ISC-Ventils 3 regelt. Als Kontrollsignal wird ein Prüfsignal einer Takt- Oszilliervorrichtung 25 als Pulssignal einer Dauer gebildet, die kürzer als die Reaktionszeit des ISC-Ventiles 3 ist.

Das Prüfsignal wird zu spezifischen Zeitintervallen über eine UND-Schaltung 26 angelegt, die als Signal- Synthetisiervorrichtung dient. Das Prüfsignal wird ferner zu einer Beurteilungsvorrichtung 22 für den Drosselbetätigungszustand geführt. Ferner wird das auf das erste Betätigungssignal aufgeschaltete Prüfsignal mittels der Stellvorrichtung 21 invertiert und in ein Bestimmungssignal für den Drosselbetäti gungszustand umgewandelt. Getrennt davon wird das Ausgangssignal der Stellvorrichtung 21 der Vorrichtung 22 zugeführt, wo das Bestimmungssignal erfaßt und mit dem Prüfsignal verglichen wird.

Bei einer elektrischen Fehlfunktion, wie Leitungs unterbrechung in einem Kabel der Stellvorrichtung 21 wird das Bestimmungssignal für den Drosselbe tätigungszustand nicht von der Beurteilungsvorrichtung 22 erfaßt, die daraufhin entscheidet, daß eine Abnormität im Ausgangssignal der Stellvorrichtung 21 aufgetreten ist, und ein Fehlfunktionssignal abgibt. Auf dieses Signal hin wird die von der Vorrichtung 19 empfangene Korrekturgröße gelöscht und die Regelung gestoppt.

Eine spezielle Ausbildung einer Aktivierungsschaltung, die sich von Fig. 2 unterscheidet und zwischen dem Ausgangsteil der Sollwertvorgabevorrichtung 20 und den Eingangsteilen der Stellvorrichtung 21, des Solenoids des ISC-Ventils und der Beurteilungs vorrichtung 22 gemäß Fig. 2 angeordnet zu denken ist, ist in Fig. 3 dargestellt. Hier wird das Ausgangs signal der Sollwertvorgabevorrichtung 20 an die Basis eines Leistungstransistors Tr angelegt, dessen Emitter geerdet ist, und das Solenoid des ISC-Ventils 3 ist zwischen einer Stromquelle Vcc und dem Kollektor des Transistors Tr in Reihe mit einer Leitung 24 angeordnet. Ferner ist eine Überwachungsleitung 27 mit ihrem einen Ende mit dem Signaleingangsteil der Beurteilungsvorrichtung 22 und mit ihrem anderen Ende mit dem Kollektor des Leistungstransistors Tr verbunden. Wie bei der Ausführung nach Fig. 2 wird in den Signaleingangsteil der Beurteilungsvorrichtung 22 ein von der Takt-Oszilliervorrichtung 25 ausgegebenes Pulssignal eingegeben.

Wenn bei einer elektrischen Anordnung wie oben beschrieben in der Leitung 24 an einer Stelle wie der Verbindung 24a oder 24b aufgrund defekten An schlusses oder dgl. eine Unterbrechung auftritt, wird das invertierte Pulssignal, das an der Basis des Leistungstransistors anliegt, nicht länger über die Überwachungsleitung 27 übertragen. Unter normalen Umständen werden das Entscheidungssignal, welches das oben beschriebene invertierte Signal begleitet, und das Ausgangssignal der Takt-Oszillier vorrichtung 25 in der Vorrichtung 22 mit dem Ergebnis verglichen, daß ein Normalzustand befunden wird, und ein Beurteilungssignal, welches Normalzustand der Drosselvorrichtung anzeigt, wird zu der Rückführ- Korrektureinstellvorrichtung 19 abgegeben.

Im oben beschriebenen Falle des Erfassens einer Abnormität, das heißt einer Unterbrechung im Kabel 24, kann der Tatbestand erfaßt werden, daß das Bestimmungssignal für die Drosselbetätigung nicht abgegeben wird. Als Ergebnis wird ein den Fehlzustand der Drosselung indizierendes Bestimmungssignal zu der Rückführ-Korrektureinstellvorrichtung 19 abgegeben, und die Rückführ-Korrekturgröße wird gelöscht, wodurch die Regelung gestoppt wird.

Obwohl in diesem Fall die Nenngröße des Betätigungs signals abhängig von der Rückführung variiert, wenn eine Fehlfunktion erfaßt wird, wird aufgrund der Löschung der Rückführ-Korrekturgröße der Öffnungs grad des ISC-Ventiles 3 allein von der grundlegenden Drosseleinstellgröße bestimmt, der von der Grund-Soll wertvorgabevorrichtung 17 vorgegeben ist. Die Ausgabe- Wellenformen der ersten und zweiten Stellsignale, die Ausgabe-Wellenformen des Prüfsignals und das Bestimmungssignal für den Drosselbetätigungszustand bezüglich der Eingangsseite a und der Ausgangsseite b der UND-Schaltung 26 sowie der Ausgangsseite c der Stellvorrichtung 21 sind in den Zeitdiagrammen nach Fig. 4 gezeigt.

In diesen Zeitdiagrammen sind die Betätigungssignale mit 70% Nennleistung (duty) als Beispiel dargestellt, und die Breite des Prüfsignals ist beispielhaft mit einer Längendimension dargestellt, der keinen Einfluß auf den Solenoid des ISC-Ventils 3 hat, und der ferner im Hinblick auf eine Verzögerungszeit, wie die Ansprechzeit des Transistors, definiert ist, d.h. mit einer Breite der Größenordnung von etwa 200 µS. Wie sich aus Fig. 4 ergibt, tritt im Falle eines Versagens, wie einer Unterbrechung der Leitung, das invertierte Signal des Prüfsignales, d.h. das Bestimmungssignal für den Drosselbetätigungs zustand, nicht auf der Ausgangsseite der Stell vorrichtung 21 auf. Aus diesem Grund wird dieser Zustand prompt mittels der Beurteilungsvorrichtung 22 für den Ventilbetätigungszustand erfaßt.

Das Verfahren zur Diagnose eines Versagens in einer Fehlfunktion ist nun anhand des Flußdiagramms nach Fig. 5 erläutert. Die in Fig. 5 dargestellte Routine basiert auf einem Durchlauf in X Sekunden.

Wenn somit das Prüfsignal nach jedem Ablauf eines t₁-Zyklus zu erzeugen ist, wird das Prüfsignal einmal in X×t₁ Sekunden übertragen. Ferner re präsentiert t₂ die Ansprechzeit des Transistors usw. und die Reaktions-Verzögerungszeit der Wellen form auf der Kollektorseite des erwähnten Transistors aufgrund Trübens der Wellenform abhängig von der Funktion des Solenoids.

In Schritt S101 wird eine Zählung N bis zu N+1 durchgeführt, worauf im folgenden Schritt S102 abgefragt wird, ob N die Beziehung N≧t₁ erfüllt. Wenn N<t₁ ist, wird die Routine beendet; wenn jedoch N≧t₁ ist, wird diese als Ausgangszeitpunkt des Prüfsignals der Takt-Oszilliervorrichtung 25 bestimmt. Dann werden im folgenden Schritt S103 N gelöscht und in Schritt S104 ein Zeitgeber ausgehend von t=0 gestartet. Darauf wird in Schritt S105 durch Aufschalten des Prüfsignals auf das erste, von der Sollwertvorgabevorrichtung 20 ausgegebene Stell signal eine Einstellung auf KLEIN durchgeführt, worauf das Verfahren zum Schritt S106 weiterschreitet. In Schritt S106 wird abgefragt, ob die im vorangehenden Schritt S104 gestartete Zeitdauer eine vorbestimmte Zeit t₂ erreicht hat oder nicht, d.h. ob t≧t₂ gilt, worauf bei Verneinung zum Schritt S105 zurückgekehrt wird. In dieser Weise wird eine Abtrift-Zeit bezüglich der Ansprechzeit des Transistors gewonnen.

Wenn andererseits das Ergebnis der Abfrage positiv ist, wird in Schritt S107 bestimmt, ob oder ob nicht der Ausgang (das Bestimmungssignal für Drossel betätigungszustand) der Überwachungsleitung 27 in der Vorrichtung 22 zu diesem Zeitpunkt bei KLElN steht. Wenn es bei GROSS steht, wird, weil in diesem Fall die Betätigungsschaltung des ISC-Ventils sich im Normalzustand befindet, in Schritt S 108 dies als normal festgestellt. Aus diesem Grunde wird eine Korrekturgröße aus der Einstellvorrichtung 19 ausgegeben. Wenn andererseits das Ausgangssignal der Überwachungsleitung 27 auf KLEIN steht, wird in Schritt S109 eine Abnormität festgestellt. Infolge davon wird ein Signal, welches die Korrekturgröße löscht und die Regelung durch Rückführung stoppt, von der Beurteilungsvorrichtung 22 zu der Vorrichtung 19 abgegeben. Im Ergebnis stellt die Sollwertvorgabe vorrichtung 20 die Drosseleinstellgröße für das ISC-Ventil 3 entsprechend der grundlegenden Drossel einstellgröße ein, welche mittels der Grundsollwert vorgabevorrichtung 17 vorgegeben wurde.

Während bei dem oben beschriebenen Beispiel die Fehlerüberwachung bezüglich eines Versagens, wie einer Leitungsunterbrechung in der Betätigungsschaltung des ISC-Ventils, beschrieben worden ist, ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt, sondern auch auf Drosselventilvorrichtungen anwendbar, deren Betätigung durch ein Regelsignal einer Regelschaltung überwacht wird.

Gemäß der oben im einzelnen beschriebenen Erfindung wird in einer Regelschaltung zum Übertragen eines Stellsignals zu einem Drosselventil, wie einem ISC-Ventil, ein Prüfsignal einem ersten Stellsignal überlagert, das von einer Grundsoll-Wertvorgabe vorrichtung ausgeht, und das sich durch Addition des Prüfsignals mit dem ersten Stellsignal ergebende Signal wird in einer Stellvorrichtung invertiert, und ein zweites Stellsignal sowie ein Bestimmungssignal für den Ventilbetätigungszustand wird erhalten. Daher wird allein durch Überwachen der Veränderungen des Beurteilungssignales für den Betätigungszustand im Zeitraum, in welchem das Prüfsignal angelegt ist, ein Diagnostizieren eines elektrischen Versagens, wie einer Unterbrechung oder eines Kurzschlusses, schnell und genau ermöglicht, wobei gleichzeitig der Aufwand an Regel-Software vermindert ist. Ferner führt die Regeleinrichtung gemäß der Erfindung zu einer wirksamen Stabilisierung des Betriebs der Brennkraftmaschine durch Löschen der Rückführ-Korrekturgröße, wenn Störungen in den Drosselvorrichtungen festgestellt werden.

Claims

1. Regeleinrichtung zum Regeln der Drosselvorrichtung einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung mit Sensoren enthaltend einen Kühlwassertemperatursensor und einen Drehzahlsensor zum Erfassen von den Betriebs zustand der Maschine repräsentierenden Variablen und zum Erzeugen entsprechender Meßsignale sowie einer Regeleinheit, die auf die Meßsignale hin den Öffnungs zustand eines Leerlaufregelventils (3) entsprechend dem Betriebszustand der Maschine einstellt, mit einer Grundsollwert-Vorgabevorrichtung (17) zum Wählen der grundlegenden Drosseleinstellgröße in Abhängigkeit von den Meßsignalen der Sensoren mittels Daten, die in einem ROM gespeichert sind und zur Erzeugung eines Grundsollwertvorgabesignals dienen,
einer Sollwert-Einstellvorrichtung (18) zum Einstellen einer Soll-Drehzahl der Brennkraftmaschine entsprechend der Kühlwassertemperatur; und
einer Rückführ-Korrektureinstellvorrichtung (19) zum Aufnehmen eines der Ist-Drehzahl entsprechenden Signals des Drehzahlsensors und der Soll-Drehzahl entsprechenden Signals der Sollwert-Einstellvorrichtung (18) und zum Vorgeben einer Rückführ-Korrekturgröße; gekennzeichnet durch
eine Sollwert-Vorgabevorrichtung (20) zum Einstellen des Leerlaufregelventils (3) in Abhängigkeit von dem Grundsollwertvorgabesignal und der Rückführ-Korrektur größe und zum Erzeugen eines ersten Stellsignals;
eine Takt-Oszilliervorrichtung (25) zum Erzeugen eines Prüfsignales, dessen Nullpotentialdauer kürzer als die Reaktionszeit des Leerlaufregelventils ist;
eine UND-Schaltung (26) zum Verknüpfen des Prüfsignals mit dem ersten Stellsignal, an deren Ausgang eine Stellvorrichtung (21) zur Erzeugung eines zweiten Stellsignals angeordnet ist, das ihrem invertierten Eingangssignal entspricht und zur Betätigung des Leer laufventils verwendet wird,
eine Beurteilungsvorrichtung (22), der das zweite Stellsignal zum Überwachen des Vorhandenseins des Prüfsignals zugeführt wird, und
Abgreifen des zweiten Stellsignals am Kollektor-Ausgang eines Transistors, der emitterseitig mit der Masse verbunden ist und dessen Kollektor über das Solenoid des Leerlaufventils mit dem Pulspotential einer Strom quelle verbunden ist.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Sensoren einen Luft durchflußmesser (5) zum Erfassen des Luftdurchsatzes im Lufteinlaßkanal der Maschine, einen Drosselsensor (10) zum Erfassen der Stellung der Drosselklappe der Maschine, einen Kühlwassertemperatursensor (9), einen Sauerstoffsensor (11) zum Erfassen der Sauerstoffmenge (O₂) im Abgas der Maschine und einen Drehzahlsensor (12) zum Erfassen der Maschinendrehzahl umfassen.