DE3934498C2

DE3934498C2 - Regeleinrichtung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3934498C2
Application number: DE3934498A
Authority: DE
Inventors: Yukinori Sano; Mineo Kashiwaya; Yuuji Ikeda
Original assignee: Hitachi Automotive Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 1988-10-14
Filing date: 1989-10-16
Publication date: 1996-07-11
Anticipated expiration: 2009-10-17
Also published as: US4976243A; DE3934498A1; KR900006654A; JPH02104932A

Description

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Regeleinrichtung ist aus der DE 37 00 766 A1 bekannt.

Gemäß der 59-74337 A (1984) bestimmt eine normale Kraftstoffzufuhranlage einer Brennkraftmaschine die Kraft stoffzufuhrmenge auf der Basis der der Maschine zugeführten gemessenen Saugluftmenge und korrigiert die Kraftstoffzu fuhrmenge mit einem Korrekturkoeffizienten auf der Basis der Beschleunigung bzw. Verlangsamung.

Beim Stand der Technik wird jedoch die Ansprechverzögerung des Luftmengenmessers bei Beschleunigung und Verlangsamung nicht berücksichtigt. Die der Maschine zugeführte Luftmenge steigt schnell an, wenn die Drosselklappe zwecks Beschleu nigung geöffnet wird. Das Ausgangssignal des Luftmengenmes sers steigt jedoch allmählich mit zeitlicher Verzögerung an, und die gemessene Luftmenge wird kleiner als die der Maschine tatsächlich zugeführte Luftmenge. Infolgedessen wird von der Anlage nicht die für die vollständige Verbren nung in der Maschine benötigte Kraftstoffmenge zugeführt.

Aus der DE 37 00 766 A1 ist eine Luft/Kraftstoff-Verhält nis-Steuervorrichtung für Übergangszustände beim Betrieb einer Brennkraftmaschine bekannt. Sensoren für die Saug luftmenge und die Drosselklappenstellung liefern Signale, nach deren Maßgabe die der Maschine zugeführte Kraftstoff menge geregelt wird. Für die Zeitdauer einer Beschleunigung wird ein Korrekturwert für die sensorisch erfaßte Luftmenge ermittelt. Dieser Korrekturwert wird auf der Grundlage ei nes Luftzuführvolumenwerts berechnet, der sich im Augen blick des Einleitens der Übergangsbetriebsphase eingestellt hat, sowie auf der Grundlage der Drosselklappenstellungsän derung und der Drehzahl.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Regeleinrichtung zu schaffen, die auch in Übergangszuständen eine gut angepaßte Regelung der Maschine vornimmt.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des An spruchs 1 gelöst. Abhängige Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise nä her erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schema einer Brennkraftmaschine;

Fig. 2 ein Blockschema, das ein Beispiel einer Re geleinheit zeigt;

Fig. 3 eine Übersicht, die Verarbeitungsinhalte der Regeleinheit zeigt;

Fig. 4 ein Signaldiagramm der Regeleinheit;

Fig. 5 bis 7 Flußdiagramme, die einzelne Verarbeitungsin halte der Regeleinheit zeigen;

Fig. 8 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Änderung TVA der Drosselklappenöffnung und der Zeit T_A zeigt;

Fig. 9 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen TVA und einem Koeffizienten GEN zeigt; und

Fig. 10 einen Meßkurvenverlauf der Saugluftmenge.

Fig. 1 zeigt eine Regeleinheit für eine Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung, wobei die Regeleinheit einen Mikrocomputer verwendet. Luft wird in einen Zylinder 2 durch den Einlaß eines Luftfilters 4′ eine Hauptluftleitung 6 eines Drosselklappengehäuses 8 und eine Nebenluftleitung 10 angesaugt.

Die durch die Hauptluftleitung 6 strömende Saugluftmenge wird von einer Drosselklappe 12 bestimmt, und die durch die Nebenluftleitung 10 strömende Saugluftmenge wird durch ein Leerlaufdrehzahl-Regelventil 14 bestimmt. Die Saugluftmenge wird von einem Hitzdraht-Luftmengenmesser 16 gemessen, der in einer Bypaßleitung 18 angeordnet ist, und das Meßsignal wird einer Regeleinheit 20 zugeführt. Der Öffnungsgrad der Drosselklappe 12 wird von einem Drosselklappenlagesensor 22 erfaßt, und das entsprechende Signal wird der Regeleinheit 20 zugeführt.

Der aus einem Kraftstoffbehälter 24 zugeführte Kraftstoff wird von einer Kraftstoffpumpe 26 unter Druck gefördert, und sein Druck wird von einem Druckregler 28 geregelt. Der Kraftstoff wird dem Zylinder 2 der Brennkraftmaschine durch eine Einspritzdüse 29 zugeführt und tritt nach dem Verdich tungs-und Verbrennungsvorgang aus einem Abgaskrümmer 30 aus. An der Maschine ist ein Wassertemperatursensor 32 be festigt, und sein Ausgangssignal wird der Regeleinheit 20 zugeführt. Ein Kraftstoff-Luft-Verhältnissensor 34 ist im Abgaskrümmer 30 angeordnet und mißt die Sauerstoffkonzen tration, und sein Ausgangssignal wird ebenfalls der Regel einheit 20 zugeführt. Ein am Zündverteiler 38 drehbar an geordneter Läufer 36 erzeugt synchron mit der Umdrehung der Maschine Impulse. Ein Kurbelwinkelsensor 40 nimmt die Um drehung des Zündverteilers 38 als Anzahl Umdrehungen der Maschine auf und liefert sein Ausgangssignal an die Regel einheit 20.

Das Blockschema von Fig. 2 zeigt ein Beispiel der Regel einheit 20. Dabei umfaßt die Regeleinheit 20 einen ROM 201, eine CPU 202, einen RAM 203 und eine Ein-Ausgangsschnitt stelle 204. Jedes Sensorausgangssignal wird der CPU 202 durch die Ein-Ausgangsschnittstelle 204 zugeführt. Die CPU 202 führt Rechenvorgänge nach Maßgabe eines im ROM 201 ge speicherten Programms aus und erzeugt ein Regelsignal. Das Regelsignal wird der Regeleinrichtung der Maschine über die Ein-Ausgangsschnittstelle 204 zugeführt. Eine beim Rechen vorgang verwendete vorübergehende Information ist im RAM 203 gespeichert.

Fig. 3 zeigt die Verarbeitungsinhalte der Regeleinheit 20. Wenn ein Schlüsselschalter eingeschaltet und die Maschine angelassen wird, wird ein Task INIT zum Starten der CPU 202 ausgeführt. Dann werden der Initiierungs-Vorgang für die CPU 202 und das Löschen des RAM 203 durchgeführt. Anschlie ßend wird ein Task IOGO zum Starten der Ein-Ausgabeschnitt stelle 204 ausgeführt, und das Programm fuhrt die Erstein stellung der Ein-Ausgabe und die Aufhebung der Ein-Ausgabe- Sperrung durch. Nach Ausführung der Tasks INIT und IOGO wird jedes Task wiederholt, wenn eine Unterbrechung auf tritt. Das Task TKSET wird alle 5 ms von einem harten Zeit geber ausgeführt, und die Tasks, die jeweils mit einem Prioritätspegel 0, 1, 2 versehen sind, warten jeweils auf die Startanforderung. Nach der Ausführung des Tasks TKSET wird das Task TDISP ausgeführt, und die Bestimmung, welches Task der angeforderten Tasks ausgeführt werden soll, wird in absteigender Folge der Prioritätspegel 0, 1, 2 durchge führt. Wenn ein Task mit höherer Priorität zum Starten an gefordert wird, während das Task mit niedrigerer Priorität gerade gestartet wird, wird die Abarbeitung des Tasks mit niedrigerer Priorität vorübergehend angehalten. Der Inhalt jedes Tasks ist in der folgenden Tabelle aufgelistet.

Tabelle

Bei jeder vor bestimmten Anzahl Umdrehungen tritt die Unter brechung REF auf, um das Task NCAL auszufuhren. Das Task führt die Verarbeitung zur Berechnung der Anzahl Umdrehun gen der Maschine, den Start der Einspritzdüse 29 und die Zündung durch. Das Ablaufdiagramm ist in Fig. 4 gezeigt.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 5-7 wird die Berechnung der Kraftstoffeinspritzmenge bei Beschleunigung erläutert. Dieser Ablauf bildet einen Teil des Tasks EGI. In Schritt 501 berechnet das Programm die Saugluftmenge auf der Basis des Ausgangssignals des Hitzdraht-Luftmengenmessers 16. In Schritt 502 wird die Saugluftmenge Q_AS durch Ausfiltern der letzten Saugluftmenge Q_AS-1 und der momentanen Saugluft menge Q_AS errechnet. Dieses Ausfiltern korrigiert die Saug luftpulsation und die Streuung von Saugluft zwischen den Zylindern. In Schritt 503 wird das Ausgangssignal TVO des Drosselklappenlagesensors 22 erfaßt, und der Durchgangs querschnitt ATANG der Drosselklappe wird aus dem Ausgangs signal TVA des Drosselklappenlagesensors 22 errechnet. In Schritt 505 wird der Durchgangsquerschnitt AISC des Leer laufdrehzahl-Regelventils 10 aus dem Ausgangssignal des ISC-Ventils 10 errechnet, und es wird der Gesamtdurchgangs querschnitt A aus beiden Querschnitten AISC und ATANG er rechnet.

In Schritt 506 wird auf der Basis des Gesamtquerschnitts A und der Drehzahl der Maschine eine geschätzte Luftmenge errechnet, und die Luftmenge Q_AT wird durch Kompensation unter Anwendung eines Kompensationskoeffizienten Q_AD er rechnet. Der Kompensationskoeffizient Q_AD ist durch den Ablauf von Fig. 7 bestimmt, und der Koeffizient kompensiert die Änderungen des Luftzustands, z. B. Druck und Temperatur der Atmosphärenluft. In Schritt 507 wird bestimmt, ob die Maschine sich im stabilen Zustand befindet.

Bei der Bestimmung des stabilen Zustands wird entschieden, ob Änderungen des Maschinenzustands, z. B. die Drossel klappenöffnung, die Maschinendrehzahl, die Maschinenlast, während der vorbestimmten Zeitdauer innerhalb eines vorbe stimmten Bereichs bleiben.

Wenn die Drosselklappe schnell geöffnet wird, erhöht sich die Saugluftmenge ebenfalls schnell. Normalerweise wird die Saugluftmenge mit dem Hitzdraht-Luftmengenmesser gemessen. Dieser Luftmengenmesser hat jedoch schlechte Ansprech- Charakteristiken, wie Fig. 10 zeigt. Es ist notwendig, die der Maschine zuzuführende Kraftstoffmenge nach Maßgabe der in den Zylinder gesaugten Luftmenge zu regeln, um so das Mischungsverhältnis des Kraftstoff-Luft-Gemischs an das theoretische Verhältnis anzugleichen. Infolgedessen wird, wenn die gemessene Saugluftmenge kleiner als die tatsäch liche Saugluftmenge ist, das Gemisch zu mager. Dadurch kann die Maschine bei Beschleunigung nicht die verlangte Dreh kraft erzeugen, und außerdem führt dieser Zustand zu Zünd aussetzern aufgrund des zu großen Verhältnisses zwischen Luft und Kraftstoff. Wenn dagegen die gemessene Saugluft menge größer als die tatsächliche Saugluftmenge ist, wird das Gemisch zu fett, und in der Maschine erfolgt keine vollständige Verbrennung.

Der Drosselklappenlagesensor 22 hat dagegen ein sehr gutes Ansprechverhalten gegenüber einer Änderung des Drosselklap penöffnungsgrads. Gemaß der Erfindung wird die vom Luft mengenmesser bei Beschleunigung gemessene Luftmenge auf der Basis des Ausgangssignals (Fig. 10c) des Drosselklappen lagesensors 22 korrigiert, und die Regeleinheit 20 schätzt die tatsächlich in den Zylinder gesaugte Luftmenge.

In dem Flußdiagramm von Fig. 6 wird in Schritt 601 be stimmt, of ein Flag FLG gleich 1 ist. Dieses Flag FLG wird in Schritt 603 auf "1" gesetzt, und dieses Flag bedeutet, daß das Programm die Verarbeitung für die Beschleunigung ausführt. Bei FLG=1 geht das Programm zu Schritt 604 wei ter, um die Korrektur der der Maschine zugeführten Kraft stoffmenge durchzuführen. In Schritt 602 bestimmt das Pro gramm, ob sich die Maschine in einem Beschleunigungszustand befindet. Z. B. ist diese Bestimmung dadurch möglich, daß festgestellt wird, ob der Maschinenzustand wie etwa der Drosselklappenöffnungsgrad, die Maschinenlast und die Maschinendrehzahl die vorbestimmten Bereiche überschreiten.

In Schritt 603 gibt das Programm die Zeitdauer T_A zur Bil dung des Beschleunigungs- und Korrekturkoeffizienten GEN vor. Die Vorgabe von T_A und GEN erfolgt durch Auslesen des vorbestimmten Werts nach Maßgabe der im Speicher gespei cherten Änderung TVA des Drosselklappenöffnungsgrads. Der vorbestimmte Wert ist in den Fig. 8 und 9 gezeigt.

In Schritt 603 wird das Flag FLG auf "1" gesetzt. Der Kor rekturwert Q_AH wird auf der Basis des Drosselklappenöff nungsgrads und des Ausgangswerts des Luftmengenmessers 16 gemäß Schritt 604 bestimmt. Der Wert Q_AH-1 ist der zuletzt berechnete aktualisierte Wert. Der Koeffizient GEN vermin dert den Korrekturwert Q_AH allmählich. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Verminderungsoperation zwar unter Anwendung der folgenden Gleichung (1) ausgeführt, es ist aber auch möglich, eine Operationsgleichung mit der in Fig. 10c gezeigten Charakteristik zu verwenden, um die Aus gangskurve des Luftmengenmessers von Fig. 10b zu kompen sieren.

Q_AH = Q_AH-1 × GEN + Q_AT - Q_AT-1 (1).

In Schritt 605 schätzt das Programm eine tatsächliche Saug luftmenge durch Addition der vom Luftmengenmesser gemes senen Luftmenge und der auf der Basis des Drosselklappen öffnungsgrads bestimmten Korrekturluftmenge. Die Grund- Einspritzimpulsdauer T_p für die Kraftstoffeinspritzung wird auf der Basis des Ausgangswerts der geschätzten Luftmenge errechnet. In Schritt 606 bestimmt das Programm, ob die vor bestimmte Zeitdauer T_A abgelaufen ist; wenn die Zeit dauer T_A abgelaufen ist, geht das Programm zu Schritt 627, und das Flag FLG wird auf "0" gesetzt. Wenn in Schritt 602 keine Beschleunigung bestimmt wird, wird die Saugluftmenge auf der Basis des Ausgangssignals des Luftmengenmessers 16 bestimmt, und es erfolgt keine Korrektur auf der Basis des Ausgangssignals des Drosselklappenlagesensors 22, und das Programm geht zu Schritt 615 weiter. In Schritt 608 wird die Einspritzimpulsdauer T_i nach Maßgabe des Korrektur koeffizienten KH, der eine Wassertemperaturkorrektur, eine O₂-Rückführungskorrektur und eine Lernkorrektur umfaßt, und des Batteriekorrekturkoeffizienten T_B errechnet.

Fig. 7 zeigt ein Flußdiagramm zur Bestimmung des Korrek turkoeffizienten Q_AD. Wenn das Programm in Schritt 507 bestimmt, daß sich die Maschine nunmehr im stabilen Zustand befindet, geht es zu Schritt 701 weiter. In Schritt 701 wird bestimmt, ob der Anfangswert gesetzt wurde. Wenn kein Anfangswert gesetzt wurde, geht das Programm nach dem Set zen des Anfangswerts Q_ADS als Q_AD zu Schritt 601 in Fig. 5 weiter.

Der Wert Q_ADS wird von dem Task HOSEI errechnet, und zwar auf der Basis der Maschinentemperatur T entsprechend der folgenden Gleichung:

Der Korrekturkoeffizient Q_AD wird aus der Luftmenge auf der Basis des Luftmengenmessers 16 und des Drosselklappenlage sensors 22 errechnet. Der Luftmengenmesser kann den Men gendurchsatz messen. Bei der Berechnung der Luftmenge auf der Basis des Ausgangssignals des Drosselklappenlagesensors 22 muß die errechnete Größe entsprechend dem Druck und der Temperatur der Atmosphäre kompensiert werden. In Schritt 702 wird der Korrekturkoeffizient Q_AD durch die folgende Gleichung (3) bestimmt; dabei ist der Ausfilterungskoeffi zient F kleiner als 1,0:

Q_AD = Q_A/Q_AT - Q_AD-1) × F + Q_AD-1 (3).

In den Schritten 703 und 704 bestimmt das Programm, ob Q_AD innerhalb des Bereichs von Q_ADMIX und Q_ADMX liegt, und wenn Q_AD außerhalb dieses Bereichs liegt, geht das Programm nach Ändern von Q_AD in Q_ADMIX und Q_ADMX zu Schritt 601 in Fig. 6 weiter.

Gemäß der Erfindung wird die geschätzte Korrekturluftmenge auf der Basis des Drosselklappenöffnungsgrads nach der Er fassung einer Beschleunigung errechnet, und die tatsächlich in den Zylinder der Maschine gesaugte Luftmenge wird auf der Basis der gemessenen Luftmenge und der geschätzten Kor rekturluftmenge geschätzt. Daher wird die der Maschine zu geführte Kraftstoffmenge nach Maßgabe der tatsächlich an gesaugten Luftmenge eingestellt, und die Maschine kann das theoretische Kraftstoff-Luft-Verhältnis aufrechterhalten.

Claims

1. Regeleinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit
einem Sensor (16), der die der Maschine zugeführte Saugluftmenge erfaßt;
einem Sensor (22), der den Drosselklappenöffnungsgrad erfaßt;
einer Einrichtung zur Bestimmung der der Maschine zu zuführenden Kraftstoffmenge; und
Mitteln zur Regelung des der Maschine zugeführten Kraftstoffs;
einer Einrichtung zur Erfassung der Beschleunigung oder Verlangsamung;
einer Einrichtung zur Bestimmung einer Kompensations luftmenge auf der Basis des Drosselklappenöffnungs grads;
einer Einrichtung zur Bestimmung einer geschätzten Saugluftmenge auf der Basis des Ausgangssignals der Einrichtung zur Bestimmung der Kompensationsluftmenge und der vom Luftmengensensor nach Erfassung der Be schleunigung oder Verlangsamung erfaßten Saugluftmen ge, wobei die der Maschine zuzuführende Kraftstoff menge auf der Basis der geschätzten Saugluftmenge be stimmt wird und der der Maschine zugeführte Kraft stoff nach Maßgabe der von der Einrichtung zur Be stimmung der Kraftstoffmenge bestimmten Kraftstoff menge gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Bestimmung der Kompensationsluft menge diese Menge mit dem Ablauf der Zeit reduziert.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einheit zur Erfassung der Drehzahl der Brenn kraftmaschine, wobei die Einrichtung zur Bestimmung der Kompensationsluftmenge diese nach Maßgabe der Ma schinendrehzahl und des Drosselklappenöffnungsgrads berechnet.

3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftmengensensor (16) den Massendurchfluß der Luft mißt.

4. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Bestimmung der Kompensations luftmenge diese nach Maßgabe der vom Luftmengensensor (16) gemessenen Saugluftmenge und des Drosselklappen öffnungsgrads bestimmt.