DE3925179C2

DE3925179C2 - Intake air control system for operating an internal combustion engine with idle speed control

Info

Publication number: DE3925179C2
Application number: DE3925179A
Authority: DE
Inventors: Manfred Friese; Hans-Joachim Dipl Phys Dr Bohn
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1988-08-22
Filing date: 1989-07-29
Publication date: 1996-07-18
Anticipated expiration: 2009-07-30
Also published as: DE3925179A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Ansaugluftsteuersystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an intake air control system according to the preamble of patent claim 1.

Eine solche Vorrichtung ist aus der DE-PS 27 49 369, F 02 M 23/04, in der Weise bekannt, daß oberhalb eines wählbaren Drosselklappenöffnungswinkels und/oder im Schubbetrieb der
Ausgang der Regelung auf bestimmte Pegel steuerbar ist. Mit anderen Worten: Während in einem leerlaufnahen Drehzahlbereich eine Drehzahlregelung mit Vergleich von Soll- und Istwert der jeweiligen Drehzahl zur für die jeweiligen Betriebsparameter der Ma schine optimalen Füllung erfolgt, sieht der Stand der Technik bei höheren Drehzahlen keine Regelung, sondern eine feste Ansteuerung des Stellglieds der Regeleinrichtung vor.Such a device is known from DE-PS 27 49 369, F 02 M 23/04, in such a way that above a selectable throttle valve opening angle and / or in overrun mode
Output of the control is controllable to certain levels. In other words: While in a speed range close to idling speed control takes place with comparison of the setpoint and actual value of the respective speed to the optimum filling for the respective operating parameters of the machine, the state of the art sees no control at higher speeds, but a fixed control of the actuator the control device.

Betrachtet man den Drehzahlbereich außerhalb des leerlaufnahen Bereichs, das heißt denjenigen Bereich, der auch als leerlaufferner Bereich charakterisiert werden kann, so können sich beim Stand der Technik bei geschlossener Drosselklappe und höheren Dreh zahlen hohe Unterdrücke im Saugrohr ergeben, die - abgesehen von der Gefahr der Schmutzansaugung - infolge schlechter Füllung zu unvollständiger Verbrennung in der Maschine und damit verbunden zu einer hohen Konzentration unerwünschter Abgasbe standteile führen können. Derartig hohe Unterdruckwerte stellen sich beim Übergang zwischen Leerlauf- und Lastbetrieb ein. Ein weiterer Nachteil des beschriebenen Stan des der Technik ist darin zu sehen, daß Toleranzen der Kennlinie des Stellglieds, das üblicherweise als Drosselklappe ausgebildet ist, außerhalb des geregelten leerlaufnahen Drehzahlbereichs unmittelbaren Einfluß auf das Verhalten der Brennkraftmaschine haben. Demgemäß müssen in der Fertigung enge Toleranzgrenzen eingehalten werden. If you look at the speed range outside the near-idle range, that is the area that can also be characterized as an area idle, so can be in the prior art with the throttle valve closed and higher rotation numbers result in high negative pressure in the intake manifold, which - apart from the risk of Dirt suction - due to poor filling to incomplete combustion in the Engine and associated with it to a high concentration of unwanted exhaust gas can lead components. Such high vacuum values arise during the transition between idle and load operation. Another disadvantage of the Stan described of the technology can be seen in that tolerances of the characteristic of the actuator, the is usually designed as a throttle valve, outside the regulated close to idle Speed range have a direct influence on the behavior of the internal combustion engine. Accordingly, tight tolerance limits must be observed in production.

Aus der DE 28 14 174 A ist ein Zusatzluft-Steuersystem für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei dem im Luftansaugrohr der Brennkraftmaschine ein Unterdrucksensor angeordnet ist, über den ein Bypass, der parallel zu der Drosselklappe angeordnet ist, angesteuert wird. Mit diesem Nebenweg-Drosselklappensystem wird die Luftströmung im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine unter verschiedenen Motor- bzw. Maschinen bedingungen bereitgestellt, wobei bei höheren Drehzahlen eine Luftmengenregelung der art stattfindet, daß bei geschlossener Drosselklappe und hoher Motordrehzahl der Einlaß rohrdruck derart angehoben wird, daß unvollständige Verbrennungen des Luft-Kraftstoff- Gemisches in den Zylindern vermieden werden. Gleichzeitig werden über den Bypass auch Vorsteuerwerte beim Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine bereitgestellt. Hierzu wird die Luftströmung im Ansaugkanal mittels eines Luftströmungsfühlers erfaßt und die Luftströmung im Ansaugkanal auf eine gewünschte Luftströmungsrate unter normalen Leerlaufbedingungen geregelt. Um Leerlaufschwankungen, die durch die Motortempera tur oder das Einschalten von motorbetriebenen Zusatzeinrichtungen (beispielsweise der Klimaanlage) bedingt sind, entgegenzuwirken, werden hierfür Vorsteuerwerte bereit gestellt, d. h. bei niedriger Motortemperatur bzw. beim Einschalten einer Zusatzeinrich tung wird die Luftströmungsrate in dem Ansaugkanal um einen festgelegten Betrag angehoben. Ein solches Zusatzluft-Steuersystem für eine Brennkraftmaschine stellt gegenüber der eingangs erwähnten Anordnung einen anders gestalteten Kompromiß dar, bei dem im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine bessere Abgaswerte erreicht werden, im Leerlauf hingegen müssen Komforteinbußen hingenommen werden, d. h. die Leer laufdrehzahl ist bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen schwankend.DE 28 14 174 A is an auxiliary air control system for an internal combustion engine known, in which a vacuum sensor in the air intake pipe of the internal combustion engine is arranged, via which a bypass, which is arranged parallel to the throttle valve, is controlled. With this bypass throttle system, the air flow in the intake tract of the internal combustion engine under various engines or machines conditions provided, with an air volume control of the at higher speeds Art takes place that with a closed throttle valve and high engine speed the inlet pipe pressure is raised such that incomplete burns of the air-fuel Mixtures in the cylinders can be avoided. At the same time, the bypass pre-control values are also provided when the internal combustion engine is idling. For this the air flow in the intake duct is detected by means of an air flow sensor and the Airflow in the intake duct to a desired airflow rate below normal Regulated idle conditions. To idle fluctuations caused by the engine temperature tur or the switching on of motor-driven additional devices (for example the Pre-control values are ready for this posed, d. H. at low engine temperature or when switching on an additional device tion becomes the air flow rate in the intake duct by a predetermined amount raised. Such an auxiliary air control system for an internal combustion engine provides represents a differently designed compromise compared to the arrangement mentioned at the beginning, in which better exhaust gas values are achieved in overrun mode of the internal combustion engine, when idling, on the other hand, you have to accept a loss of comfort. H. the empty Running speed fluctuates under different operating conditions.

Aus der DE 37 39 805 A1 ist eine Drehzahlregelvorrichtung für eine Brennkraftmaschine bekannt, die ein sehr schnelles und genaues Regelverhalten im Leerlauf der Brennkraft maschine hat. Das rasche Einstellverhalten wird erreicht durch die Serienschaltung von zwei Regel kreisen, wobei der eine Regelkreis die Luftansaugrate entsprechend einer Vorgabe verhältnismäßig schnell einstellt und der andere Regelkreis die Vorgabe ent sprechend der Soll-Drehzahl der Brennkraftmaschine (langsam) anpaßt. Diese Serien schaltung von zwei Regel kreisen ermöglicht es, anormale Drehzahlschwankungen zu erkennen und bei der Ansteuerung des Regelventils zu berücksichtigen. Das Problem der unvollständigen Verbrennung im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine wird bei dieser Regeleinrichtung nicht gelöst.DE 37 39 805 A1 describes a speed control device for an internal combustion engine known that a very fast and accurate control behavior when the internal combustion engine is idling machine has. The quick setting behavior is achieved by the series connection of two control loops, one control loop corresponding to the air intake rate Set the target relatively quickly and the other control loop ent the default adapting (slowly) to the target speed of the internal combustion engine. These series switching two control loops enables abnormal speed fluctuations recognize and take into account when controlling the control valve. The problem of incomplete combustion in the overrun mode of the internal combustion engine is in this Control device not solved.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der ein komfortabler und niedertouriger Leerlaufbetrieb bei gleichzeitiger Vermeidung einer unvollständigen Verbrennung im Schubbetrieb verwirklicht ist. Die Vorrichtung soll dabei ohne Mehraufwand gegenüber den oben beschriebenen Ausführungsformen verwirklich bar sein. The invention has for its object to provide a device with which comfortable and low-speed idle operation while avoiding a incomplete combustion in overrun is realized. The device should realized without additional effort compared to the embodiments described above be cash.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkma len des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Un teransprüche.The solution to this problem according to the invention consists in the characteristic features len of the main claim, advantageous embodiments of the invention describe the Un claims.

Schlagwortartig kann man die Erfindung als ablösende Regelung bezeichnen, da beim Übergang von leerlaufnahem Betrieb in Lastbetrieb die Drehzahlregelung durch eine Luftdurchsatzregelung abgelöst wird; in umgekehrter Richtung, das heißt beim Über gang von Lastbetrieb zum Leerlaufbetrieb, erfolgt sinngemäß ein Übergang von Luft durchsatzregelung zu Drehzahlregelung. Besonders zweckmäßig ist verständlicherweise die Ausbildung, in der im gesamten Drehzahlbe reich der Brennkraftmaschine eine Regelung vorliegt. An dieser Stelle sei darauf hin gewiesen, daß unter dem Luftdurchsatz, der mittels des Stellglieds im Bypass geregelt wird, der Luftdurchsatz der gesamten Saugrohranordnung, das heißt über Leistungsstell glied und Stellglied des Regelkreises, verstanden ist.In brief, the invention can be described as a replacing regulation, because at Transition from idle operation to load operation, the speed control by a Air flow control is replaced; in the opposite direction, that is, when over from load operation to idle operation, there is a corresponding transition from air flow control to speed control. It is understandably particularly useful the training in the entire speed range rich the internal combustion engine is a regulation. At this point it should be pointed out instructed that under the air flow, which is regulated by means of the actuator in the bypass is the air throughput of the entire intake manifold arrangement, that is, via power control link and actuator of the control loop is understood.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß sie mit üblichen und er probten elektronischen Bausteinen auskommt. Zur Ermittlung sowohl des Drehzahlsoll werts während der Drehzahlregelung als auch des Sollwerts für den Luftdurchsatz wäh rend der Luftdurchsatzregelung können übliche Kennfeldspeicher Einsatz finden, in de nen verschiedene Sollwerte in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Maschine, ins besondere ihrer jeweiligen Drehzahl, ihrer Belastung durch Zusatzaggregate und ihrer Kühlwassertemperatur (oder einer anderen Temperatur der Maschine) gespeichert sind. Entsprechend kann auch derjenige Drehzahlwert, bei dem der Übergang zwischen Dreh zahlregelung und Luftdurchsatzregelung erfolgen soll, das heißt die Umschaltdrehzahl, in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Maschine - gegebenenfalls mit Hysterese - in Kennfeldspeichern abgelegt sein, so daß die Erfindung eine sehr feinfühlige Rege lung im gesamten Drehzahlbereich der Maschine vorzunehmen gestattet, wie dies bei spielsweise bei Brennkraftmaschinen wichtig ist, die als Antriebsmaschinen von Kraft fahrzeugen dienen.A particular advantage of the invention is the fact that it can be used with conventional and he rehearsed electronic components. To determine both the speed setpoint value during the speed control as well as the setpoint for the air flow rate Standard map memories can be used to regulate the air flow rate different setpoints depending on the operating parameters of the machine, ins particular their respective speed, their load by additional units and their Cooling water temperature (or another temperature of the machine) are stored. The speed value at which the transition between rotation number control and air flow control should take place, i.e. the changeover speed, depending on the operating parameters of the machine - possibly with hysteresis - be stored in map memories, so that the invention is a very sensitive rain allowed to perform in the entire speed range of the machine, as is the case with For example, in internal combustion engines is important, which is the driving force serve vehicles.

Wie Anspruch 2 besagt, ist jedoch auch eine Auslegung der Erfindung möglich, bei der eine einseitige Luftdurchsatzregelung erfolgt, das heißt, daß das Stell glied der Regelung nur dann weiter öffnet, wenn ein vorgegebener Mindestwert des Luftdurchsatzes unterschritten ist. Bei Überschreiten dieses Mindestwerts erfolgt da gegen keine Veränderung der Stellung des Stellglieds.As stated in claim 2, however, is also an interpretation of the invention possible, in which one-sided air flow control takes place, that is, that the Stell member of the control only opens further if a predetermined minimum value of the Air flow is below. If this minimum value is exceeded, against no change in the position of the actuator.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen erläu tert, deren Fig. 1 gleichsam das Blockschaltbild einer Anordnung wiedergibt, während Fig. 2 den Ablaufplan zeigt.An embodiment of the invention is explained below with reference to the drawings, FIG. 1 shows the block diagram of an arrangement, as it were, while FIG. 2 shows the flowchart.

Betrachtet man zunächst Fig. 1, so ist bei 1 die Brennkraftmaschine üblichen und daher nicht zu beschreibenden Aufbaus angedeutet. Ihr ist das Saugrohr 2 zugeordnet, das zur Zufuhr über das Luftfilter 3 gereinigter Verbrennungsluft zu den in diesem Beispiel vier Zylindern der Maschine dient. Im Saugrohr erkennt man bei 4 die das Lei stungsstellglied bildende Drosselklappe, die mittels des Gaspedals 5 vom Fahrer des mit der Maschine ausgerüsteten Fahrzeugs betätigt wird.Referring first to Fig. 1, so when the internal combustion engine 1 is conventional and therefore not indicated to be described assembly. It is associated with the intake manifold 2 , which is used to supply combustion air cleaned via the air filter 3 to the four cylinders of the machine in this example. In the intake manifold, the throttle valve forming the power actuator can be seen at 4, which is actuated by the driver of the vehicle equipped with the machine by means of the accelerator pedal 5 .

In dem die Drosselklappe 4 umgehenden Bypass 6 ist das ebenfalls als Drosselklappe ausgeführte Stellglied 7 der noch zu beschreibenden Regeleinrichtung angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist ihm eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung 8 zu geordnet.In the bypass 6 that bypasses the throttle valve 4 , the actuator 7 of the control device to be described, which is also designed as a throttle valve, is arranged. In this exemplary embodiment, an electromagnetic actuating device 8 is assigned to it.

In Strömungsrichtung der Verbrennungsluft hinter dem Bypass 6 ist im Saugrohr 2 der hier als Druckfühler ausgeführte Luftdurchsatzmesser 9 angeordnet, der ein Signal für den jeweiligen Istwert des Luftdurchsatzes an die eigentliche Regeleinrichtung liefert. Ein weiterer Istwertgeber, nämlich der Drehzahlsensor 10, erfaßt die jeweilige Dreh zahl der Ausgangswelle 11 der Brennkraftmaschine 1. Derartige Sensoren sind bekannt und brauchen daher im einzelnen nicht beschrieben zu werden. Anstelle eines Unter drucksensors kann als Luftdurchsatzmesser auch ein Klappenluftmengenmesser in Strö mungsrichtung vor dem Bypass Einsatz finden.In the direction of flow of the combustion air behind the bypass 6 , the air flow meter 9 , which is designed here as a pressure sensor, is arranged in the intake manifold 2 and supplies a signal for the respective actual value of the air flow to the actual control device. Another actual value transmitter, namely the speed sensor 10 , detects the respective speed of the output shaft 11 of the internal combustion engine 1st Such sensors are known and therefore do not need to be described in detail. Instead of a vacuum sensor, a flap air flow meter in the flow direction upstream of the bypass can also be used as the air flow meter.

Die elektromagnetische Betätigungseinrichtung 8 des Stellglieds 7 erhält in Abhängig keit von der jeweiligen Drehzahl der Maschine 1 Stellsignale entweder von dem Dreh zahlregler 12 oder von dem Luftdurchsatzregler 13. Beide Regler 12 und 13 sind in üb licher Weise als Komparatoren ausgebildet, die den jeweiligen Istwert von Drehzahl bzw. Luftdurchsatz vergleichen mit einem Sollwert, der in Abhängigkeit von Betriebs parametern der Maschine, hier der Drehzahl n und einer Maschinentemperatur T, aus einem Kennfeldspeicher 14 für die Drehzahl bzw. einem Kennfeldspeicher 15 für den Luftdurchsatz entnommen wird. Wie aus Fig. 1 unmittelbar zu entnehmen, werden den Reglern 12 und 13 auch Sensorsignale für den jeweiligen Istwert der durch sie zu re gelnden Größe, also Drehzahl bzw. Luftdurchsatz, zugeführt.The electromagnetic actuator 8 of the actuator 7 receives depending on the speed of the machine 1 control signals either from the speed controller 12 or from the air flow controller 13th Both controllers 12 and 13 are designed in a usual way as comparators, which compare the respective actual value of speed or air flow with a setpoint value, which is a function of memory parameters 14, depending on operating parameters of the machine, here the speed n and a machine temperature T. for the speed or a map memory 15 for the air throughput. As can be seen directly from FIG. 1, the controllers 12 and 13 are also supplied with sensor signals for the respective actual value of the variable to be controlled by them, that is to say the speed or air flow.

Die Auswahl der jeweiligen Regelung, also zwischen Drehzahl- und Luftdurchsatzrege lung, trifft der Drehzahlschwellwertschalter 16, der bei Vorliegen einer leerlaufnahen Drehzahl nur den Drehzahlregler 12, dagegen beim Vorliegen einer außerhalb des leer laufnahen Drehzahlbereichs liegenden Drehzahl nur den Luftdurchsatzregler 13 aktiviert. Auch dieser Umschaltwert der Drehzahl ist in dem figürlich dargestellten Ausführungs beispiel der Erfindung abhängig von den jeweiligen Betriebsparametern n und T, so daß der Drehzahlschwellwertschalter 16 eingangsseitig mit dem Kennfeldspeicher 17 für die Umschaltdrehzahl in Verbindung steht.The selection of the respective control, that is, between speed and air flow regulation, is made by the speed threshold switch 16 , which only activates the speed controller 12 in the presence of an idle speed, but only activates the air flow controller 13 when there is a speed outside the idle speed range. This switching value of the speed is in the illustrated embodiment of the invention depending on the respective operating parameters n and T, so that the speed threshold switch 16 is on the input side with the map memory 17 for the switching speed.

Fig. 2 zeigt den Regelablauf: Fig. 2 shows the control flow:

Im Schritt 20 erfolgt zunächst die Berechnung der Umschaltdrehzahl aus den Betriebsparametern der Maschine. Im Schritt 21 wird ermittelt, ob der Istwert der Drehzahl kleiner oder größer als die ermittelte Umschaltdrehzahl ist. Ist die Dreh zahl kleiner als die Umschaltdrehzahl, liegt also leerlaufnaher Betrieb der Maschine vor (stets einschließlich Betrieb mit Leerlaufdrehzahl), erfolgt unter Berücksichtigung der Betriebsparameter der Maschine im Schritt 22 die Ermittlung des jeweiligen Drehzahl sollwerts. Lautet das Ergebnis des Schritts 23, in dem die jeweilige Drossel klappenstellung ermittelt wird, daß diese geschlossen ist, so erfolgt im Schritt 24 die Drehzahlregelung, das heißt an die elektromagnetische Betätigungsvorrichtung 8 des Stellglieds 7 werden Drehzahlregelungssignale gegeben.In step 20, the switchover speed is first calculated from the operating parameters of the machine. In step 21 it is determined whether the actual value of the speed is less than or greater than the determined changeover speed. If the speed is less than the changeover speed, that is to say the machine is idling close to operation (always including operation at idling speed), taking into account the operating parameters of the machine in step 22, the respective speed setpoint is determined. If the result of step 23, in which the respective throttle valve position is determined, is that it is closed, then the speed control takes place in step 24, that is, speed control signals are given to the electromagnetic actuating device 8 of the actuator 7 .

Ist dagegen die Drosselklappe nicht geschlossen, wird im Schritt 25 ermittelt, ob der Istwert der Drehzahl wesentlich kleiner ist als der Sollwert. Nur dann, wenn dies der Fall ist, erfolgt ebenfalls die Drehzahlregelung gemäß Schritt 24, andernfalls wird die Stellung des Stellglieds 7 beibehalten.If, on the other hand, the throttle valve is not closed, it is determined in step 25 whether the actual value of the speed is significantly less than the target value. The speed control according to step 24 also takes place only if this is the case, otherwise the position of the actuator 7 is maintained.

Bisher war der Fall einer leerlaufnahen Drehzahl betrachtet. Ist der Istwert der Dreh zahl größer als die Umschaltdrehzahl, was im Schritt 21 ermittelt wird, er folgt die Einschaltung der Luftdurchsatzregelung. Im Schritt 26 wird demge mäß der Sollwert des Luftdurchsatzes unter Berücksichtung der jeweiligen Betriebspa rameter der Maschine ermittelt, und im Schritt 27 wird der Luftdurchsatz mittels des schon bei der Drehzahlregelung verwendeten Stellglieds 7 auf seinen jewei ligen Sollwert geregelt. So far, the case of a speed close to idling was considered. If the actual value of the speed is greater than the changeover speed, which is determined in step 21, the air flow control is switched on. In step 26, the setpoint value of the air flow rate is accordingly determined taking into account the respective operating parameters of the machine, and in step 27 the air flow rate is regulated to its respective setpoint value by means of the actuator 7 already used in the speed control.

Mit der Erfindung ist demgemäß eine gattungsgemäße Vorrichtung geschaffen, die unter Wahrung der Vorteile der Drehzahlregelung bei Betrieb der Brennkraftmaschine im leerlaufnahen Drehzahlbereich mit einfachen Maßnahmen eine wesentliche Verbesse rung des Übergangsverhaltens der Maschine sicherstellt.With the invention, a generic device is accordingly created, which under Maintaining the advantages of speed control when operating the internal combustion engine in speed range close to idling with simple measures a significant improvement ensures the transition behavior of the machine.

Claims

1.Intake air control system of an internal combustion engine, which contains an intake manifold with a power actuator that can be actuated arbitrarily and a bypass that circumvents this with an actuator forming part of a control device, wherein by influencing the air flow rate by means of the actuator, speed control takes place only in an idle speed range, characterized in that that above the near-idle rotational speed range is exceeded a is switched to an air flow rate regulator (13) before the given changeover speed, which governs the air flow rate below the set-actual value comparison of the air flow by means of the actuator (7) in the bypass (6), wherein the target value of the air flow is determined by the operating parameters of the machine ( 1 ).

2. Intake air control system according to claim 1, characterized in that a air flow control in the sense that only when the temperature falls below the the respective setpoint of the air flow rate is regulated.

3. Intake air control system according to claim 1 or 2, characterized in that on the speed (s) and / or a temperature (T) of the internal combustion engine ( 1 ) dependent on the target values of the air flow rate is used.

4. Intake air control system according to one of the preceding claims, characterized in that a change is made from speed control to air flow control when a changeover speed is reached, which is dependent on operating parameters (n, T) of the machine ( 1 ).

5. Intake air control system according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the air flow rate by means of a vacuum sensor or Flap air flow meter is determined.