DE4006294A1 - Verfahren zur steuerung der menge der zu einer brennkraftmaschine angesaugten luft - Google Patents
Verfahren zur steuerung der menge der zu einer brennkraftmaschine angesaugten luftInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung
der Menge der angesaugten Luft, die zu einer Brennkraftmaschine
geliefert wird, und insbesondere auf ein Verfahren
der oben beschriebenen Art, durch das ein Brennstoff-Luftgemisch
mit geeignetem Mischungsverhältnis kontinuierlich
zu den Brennkammern der Maschine unter jedweden Betriebsbedingungen
der Maschine lieferbar ist.
Eine mit einem elektronisch gesteuerten Brennstoff-Zündsystem
(nachfolgend als ECI-System abgekürzt) ausgestattete
Brennkraftmaschine enthält üblicherweise eine Leerlaufdrehzahl-Steuereinrichtung
(nachfolgend als ISC-Einrichtung
abgekürzt) als Einrichtung zur Steuerung einer Leerlaufrotationsgeschwindigkeit
(Drehzahl) der Maschine. Die
ISC-Einrichtung dient zur elektrischen Steuerung der Menge
eines Brennstoff-Luftgemisches, das zu den Brennkammern der
Maschine geliefert wird, und zwar unabhängig davon, wie
stark das Gaspedal durchgetreten ist, so daß die Leerlaufdrehzahl
der Maschine auf einem geeignetem Pegel gehalten
werden kann. Von der ISC-Einrichtung gibt es zwei Typen,
nämlich eine direkt betätigbare und eine vom sogenannten Bypass-Typ.
Bei der ISC-Einrichtung, die direkt betätigbar
ist, wird eine Drosselklappe unmittelbar durch ein Betätigungsorgan
verstellt. Dagegen liegt bei einer ISC-Einrichtung
vom Bypass-Typ eine Bypass-Passage parallel zum Ansaugrohr,
wobei sich der Querschnittsbereich der Bypass-Passage
durch ein zugehöriges Ventilelement vergrößern oder
verkleinern läßt.
Die Fig. 3 zeigt ein Beispiel einer ISC-Einrichtung vom Bypass-Typ.
Entsprechend der Fig. 3 ist ein ISC-Ventil 1, das
als Flußsteuerventil arbeitet, direkt an einer Seite eines
Einlaßrohres 2 montiert. In einem Ventilkörper 101 dieses
ISC-Ventils 1 befindet sich eine Einlaßluft-Bypass-Passage
102, die eine stromaufwärts liegende Seite und eine stromabwärts
liegende Seite eines Drosselklappenventils 3 miteinander
verbindet, welches innerhalb des Einlaßrohres 2 angeordnet
ist. Ein Ventilsitz 103 ist einen Teil des Ventilkörpers
101 passend eingepreßt und definiert das stromabwärts
liegende Ende der Einlaßluft-Bypass-Passage 102.
Ein Schrittmotor 106 enthält einen Stator 104 und einen Rotor
105 und ist am oberen Ende des Ventilkörpers 101 befestigt.
Eine Ventilachse 107 ist an ihrem oberen Ende mit dem
Schrittmotor 106 über einen Vorschubspindelmechanismus
verbunden, der eine Art Schraubteilverbindung darstellt.
Ein Ventilelement ist am unteren Ende der Ventilachse 107
befestigt. Dieses Ventilelement 108 liegt dem Ventilsitz
103 gegenüber und läßt isch relativ zum Ventilsitz 103 in
vertikaler Richtung bewegen, so daß auf diese Weise der
Querschnittsbereich der Einlaßluft-Bypass-Passage 102 vergrößert
oder verkleinert werden kann. Auf der Ventilachse
107 sitzt eine Spulenfeder 109, um ein Zurückschlagen des
Vorschubspindelmechanismus zu vermeiden.
Der Betrieb der ISC-Ventils 1 erfolgt unter Steuerung einer
nicht dargestellten elektronischen Steuereinheit (nachfolgend
als ECU abgekürzt), die weiter unten beschrieben wird.
Im Vergleich zum Leerlauf einer nichtbelasteten Brennkraftmaschine
ist es erforderlich, eine größere Menge der Brennstoff-Luftmischung
zu den Brennkammern der Maschine zu liefern,
wenn Hilfseinrichtungen anzutreiben sind, beispielsweise
ein Kühlkompressor eines Luftkonditionierers, ein
Wechselstromgenerator (Lichtmaschine) oder eine Ölpumpe
einer Lenkhilfeeinrichtung, damit dieselbe Leerlaufdrehzahl
der Maschine aufrecht erhalten werden kann. Auch im
Falle eines schnellen Leerlaufs zum Zwecke der Erwärmung der
Maschine ist eine Menge eines Brennstoff-Luftgemisches erforderlich,
die es ermöglicht, die hohe Drehzahl der Maschine
beizubehalten.
Die ECU (elektronische Steuereinheit) bestimmt die Leerlaufdrehzahl
der Maschine auf der Basis verschiedener Betriebsparameter.
Beispielsweise liefert die ECU auf der Basis
eines Ausgangssignals eines Kurbelwellensensors ein
Steuersignal zum ISC-Ventil 1 zur Rückkopplungssteuerung
der Maschinendrehzahl (nachfolgend als N-Rückkopplung abgekürzt),
um somit die Leerlaufdrehzahl zu halten. Diese N-Rückkopplung
kann jedoch nicht in hinreichendem Maße auf eine
scharfe Erhöhung oder Verringerung der Last reagieren,
die infolge des Startens oder Stoppens des Betriebs einer
Hilfseinrichtung der oben beschriebenen Art auftritt, so
daß sich letztlich eine verzögerte Steuerung ergibt, die zu
einem unverwünschten Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine
führt, beispielsweise zu einem Stehenbleiben der Maschine.
Aus diesem Grunde wurde in einem solchen Fall bereits
eine Ventilpositions-Rückkopplungssteuerung (nachfolgend
als P-Rückkopplung abgekürzt) vorgeschlagen, bei
der die Öffnung des ISC-Ventils 1 auf der Grundlage eines
Faktors bestimmt wird, der auch durch die Größe der Last beeinflußt
wird. Auf diese Weise läßt sich das ISC-Ventil 1 so
steuern, daß es eine vorbestimmte Ventilöffnung aufweist.
Diese P-Rückkopplungsbetriebsart wird auch als sogenannte
Prädiktions-Steuerbetriebsart bezeichnet und verschiebt
sich zur N-Rückkopplungsbetriebsart, sobald die Maschine im
stabilen Betriebszustand zu arbeiten beginnt.
Sowohl in der N-Rückkopplungsbetriebsart als auch in der P-Rückkopplungsbetriebsart
liefert die ECU einen Pulsstrom
zum Schrittmotor 106 nach Bestimmung der zu steuernden Maschinendrehzahl.
In Antwort auf den empfangenen Pulsstrom
dreht sich der Rotor 105 des Schrittmotors 106 über eine vorbestimmte
Anzahl von Schritten zwecks Vertikalverschiebung
der Ventilachse 107, so daß sich auf diese Weise die Position
des Ventilelements 108 relativ zum Ventilsitz 103 ändert. Im
Ergebnis stellt sich eine Änderung der Menge der angesaugten
Luft ein, die von der stromaufwärts liegenden Seite zur
stromabwärts liegenden Seite der Drosselklappe 3 strömt,
und zwar durch die Bypass-Passage 102 im ISC-Ventil 1 hindurch.
Bei dem oben beschriebenen Luftansaugsystem strömt Luft anstelle
eines Brennstoff-Luftgemisches durch die Bypass-Passage
102 im ISC-Ventil 1. Die obige Beschreibung bezieht
sich also auf ein Mehrpunkt-Injektionssystem, bei dem eine
Mehrzahl von Injektoren an der stromabwärts liegenden Seite
der Drosselklappe 3 vorhanden ist. Im Falle eines Einpunkt-Injektionssystems,
bei dem sich ein einzelner Injektor an
der stromaufwärts liegenden Seite der Drosselklappe 3 befindet,
strömt jedoch ein Brennstoff-Luftgemisch anstelle
des Luftstromes durch die Bypass-Passage 102 im ISC-Ventil
1.
Die Ventilöffnung des ISC-Ventils 1 wird in Abhängigkeit der
Position der Ventilachse 107 relativ zum Ventilsitz 103 bestimmt.
Im Falle der P-Rückkopplungsbetriebsart wird die
Position der Ventilachse 107 auf der Grundlage der Anzahl
der Antriebsschritte (nachfolgend als Schritte bezeichnet)
des Schrittmotors 106 gesteuert, und zwar ausgehend von der
vollständig geschlossenen Position des ISC-Ventils 1. Beispielsweise
sei angenommen, daß sich die Maschine nach dem
Aufwärmen im Leerlauf befindet und nicht belastet wird (dieser
Zustand wird nachfolgend als Warm-Leerlauf bezeichnet),
und daß die Ventilöffnung im Warm-Leerlaufzustand (die
nachfolgend als Warm-Leerlauf-Basisöffnung bezeichnet
wird) neun Schritten entspricht. Werden dann zum Beispiel
der Luftkonditionierer oder die Lichtmaschine während des
Warm-Leerlaufzustandes der Brennkraftmaschine angetrieben,
so muß die entsprechende Ventilöffnung (nachfolgend
als lastabhängige Öffnung bezeichnet) um fünf Schritte vergrößert
werden, und zwar ausgehend von der Anzahl der
Schritte, durch die die Warm-Leerlauf-Basisöffnung bestimmt
ist. Auch wenn die Lenkhilfseinrichtung zusätzlich
betätigt wird, muß die lenkabhängige Öffnung um zehn Schritte
erhöht werden. Die Ventilöffnung unter einer schnellen
Leerlaufbedingung (Schnell-Leerlauf-Basisöffnung) entspricht
z. B. einer Anzahl von 50 Schritten. In Abhängigkeit
der Last der im Schnell-Leerlauf-Zustand befindlichen Maschine
wird die Ventilöffnung kompensiert oder vergrößert,
und zwar in der zuvor beschriebenen Weise. Dabei ist die Ventilöffnung
so bestimmt, daß sie in Übereinstimmung mit der
Maschinenlast steht.
Ein in Fig. 7 dargestelltes Diagramm zeigt die Beziehung
zwischen der Anzahl der Schritte, die erforderlich sind, um
das ISC-Ventil 1 aus der vollständig geschlossenen Position
in eine geöffnete Stellung zu bringen, und der entsprechenden
Menge von Luft, die durch die Bypass-Passage 102 im ISC-Ventil
1 hindurchströmt. Das Diagramm läßt erkennen, daß
zwischen beiden Größen eine progessive Beziehung besteht.
Im nachfolgenden wird der Grund näher beschrieben, weswegen
das ISC-Ventil 1 eine nichtlineare Öffnungscharakteristik
aufweist.
Arbeitet die Maschine im Warm-Leerlauf-Zustand, so ist es
erforderlich, die Drehzahl der Maschine genau zu steuern, um
die Rotation zu stabilisieren und einen hinreichend kleinen
Kraftstoffverbrauch aufrechtzuerhalten. Zu diesem Zweck
muß die Änderung in der Menge der pro Schritt zugeführten
Luft minimiert werden, was bedeutet, daß der Zuwachs minimiert
werden muß. Wird andererseits z. B. die Lenkhilfeeinrichtung
betätigt, so kann es passieren, daß die Maschine
infolge von Überlast abgewürgt wird, wenn nicht die Menge
der zur Maschine zugeführten Luft stark vergrößert wird.
Soll ferner die Maschine in kaltem Zustand gestartet werden,
so muß die Öffnung des ISC-Ventils 1 innerhalb einer sehr
kurzen Startperiode von der Warm-Leerlauf-Öffnung zur
Schnell-Leerlauf-Öffnung vergrößert werden, um einen Fehlstart
oder überhaupt die Unmöglichkeit eines Starts zu vermeiden.
Der Gewinn bzw. Zuwachs ausgehend vom Warm-Leerlaufzustand
zu demjenigen bei vollgeöffneter Position des
ISC-Ventils 1 muß somit progressiv vergrößert werden, damit
all die genannten Bedingungen erfüllt werden können.
Die Ventilöffnung des ISC-Ventils 1 in der P-Rückkopplungsbetriebsart
wird durch Steuerung der Anzahl der Rotationsschritte
des Rotors des Schrittmotors 106 gesteuert. Die
herkömmliche Weise der Ventilöffnungsteuerung weist jedoch
einen Nachteil auf, der im folgenden beschrieben wird.
Die zuvor erwähnte Ventilöffnungskompensation beim Lastzustand
(nachfolgend als lastabhängige Kompensation abgekürzt)
wird auf der Basis der Warm-Leerlauf-Basisöffnung
bestimmt.
Die Fig. 7 läßt erkennen, daß die Basisöffnung und die Menge
an zugeführter Luft beim Warm-Leerlauf und im nichtbelasteten
Zustand jeweils neun Schritte bzw. 0,4 g pro Sekunde betragen.
Wird dann das Lenkrad mit Unterstützung der Lenkhilfeeinrichtung
gedreht, während gleichzeitig die Klimaanlage
(Luftkonditionierer) und die Lichtmaschine (Wechselstromgenerator)
laufen, so wird die Öffnung des ISC-Ventils
1 über zwanzig Schritte vergrößert, so daß insgesamt der
Schritt 29 erreicht wird. Die Menge an zugeführter Luft ist
dann auf 1 g pro Sekunde eingestellt. Das bedeutet, daß die
Luftmenge für die lastabhängige Kompensation um 0,16 g pro
Sekunde erhöht worden ist.
Bei der Schnell-Leerlauf-Betriebsart der Maschine werden
die Basisöffnung und die Menge an zugeführter Luft in unbelastetem
Zustand durch 50 Schritte eingestellt bzw. auf 2,3 g
pro Sekunde gesetzt, wie ebenfalls in Fig. 7 zu erkennen
ist. Wird dann das Lenkrad gedreht, während sowohl die Klimaanlage
als auch die Lichtmaschine laufen, wie im oben erwähnten
Fall auch, so wird die Öffnung des ISC-Ventils 1 um
20 Schritte vergrößert und nun durch den Wert von 70 Schritten
bestimmt, wobei dann allerdings die Luftmenge auf 0,5 g
pro Sekunde eingestellt ist.
Wird zur Erzielung der lastabhängigen Kompensation eine Erhöhung
der Luftmenge um 0,5 g pro Sekunde benötigt, so wird
im zuletzt genannten Fall die Luftmenge nunmehr um 2,7 g pro
Sekunde erhöht, was bedeutet, daß eine zusätzliche Luftmenge
von etwa 2,1 g pro Sekunde zugeführt wird. Es kann sich daher
eine Situation einstellen, die es nur noch schwer oder
praktisch überhaupt nicht mehr ermöglicht, die Drehzahl der
Brennkraftmaschine auf einem gewünschten Pegel zu halten.
Ausgehend vom genannten Stand der Technik liegt der Erfindung
die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung der
Menge der einer Brennkraftmaschine zugeführten Luft zu
schaffen, mit dem es möglich wird, kontinuierlich eine geeignete
Menge einer Brennstoff-Luftmischung zu den Brennkammern
der Maschine zu liefern, um den Brennstoffverbrauch
und ein Maschinenklopfen zu reduzieren und die Maschinendrehzahl
so einzustellen, daß sie nicht zu große Werte annimmt.
Die Lösungen der gestellten Aufgabe sind den kennzeichnenden
Teilen der nebengeordneten Patentansprüche 1 und 4 zu
entnehmen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind
in den jeweils nachgeordneten Unteransprüchen gekennzeichnet.
Nach einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren
zur Steuerung der Menge angesaugter Luft zu einer Brennkraftmaschine
durch Betätigung eines Stellgliedes, wobei
das Flußsteuerventil eine nichtlineare Charakteristik zwischen
der Menge der angesaugten Luft, die durch das Flußsteuerventil
hindurchströmt, und der Position seines Ventilelementes
bei geöffnetem Flußsteuerventil aufweist.
Dieses Verfahren zeichnet sich durch folgende Schritte aus:
- - einen ersten Schritt zur Umwandlung der Position des Ventilelements des Flußsteuerventils bei einem vorbestimmten Betriebszustand der Maschine in eine Menge angesaugter Luft, die in Übereinstimmung mit der nichtlinearen Charakteristik des Flußsteuerventils bestimmt worden ist,
- - einen zweiten Schritt, in welchem zu der Ansaugluftmenge, die als Ergebnis der Umwandlung in Übereinstimmung mit der nichtlinearen Charakteristik berechnet worden ist, eine voreingestellte Ansaugluftmengenänderung hinzuaddiert wird, die zuvor bestimmt worden ist, um eine Änderung des Betriebszustandes der Maschine zu berücksichtigen und eine objektive Ansaugluftmenge zu berechnen,
- - einen dritten Schritt zur Umwandlung der objektiven Ansaugluftmenge in eine objektive Position des Ventilelements des Steuerventils in Übereinstimmung mit der nichtlinearen Charakteristik und
- - einen vierten Schritt zur Betätigung des Flußsteuerventils mit Hilfs des Stellgliedes unter Berücksichtigung einer Abweichung der tatsächlichen Position des Ventilelementes des Flußsteuerventils von der objektiven Position des Ventilelementes des Flußsteuerventils.
In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung
ein Verfahren zur Steuerung der Menge an angesaugter
Luft zu einer Brennkraftmaschine durch Betätigung eines
Stellgliedes, wobei das Flußsteuerventil eine nichtlineare
Charakteristik zwischen der Menge der angesaugten Luft, die
durch das Flußsteuerventil hindurchströmt, und der Position
seines Ventilelementes bei geöffneten Flußsteuerventil
aufweist. Dieses Verfahren zeichnet sich durch folgende
Schritte aus:
- - einen ersten Schritt zur Umwandlung der Position des Ventilelements des Flußsteuerventils bei einem vorbestimmten Betriebszustand der Maschine in eine virtuelle Ventilposition, die eine lineare Charakteristik bezüglich der Ansaugluftmenge aufweist, die durch das Flußsteuerventil hindurchströmt, welche die nichtlineare Charakteristik besitzt,
- - einen zweiten Schritt, in welchem zu der virtuellen Position des Ventilelementes des Flußsteuerventils eine voreingestellte Ventilelementverschiebung hinzuaddiert wird, die zuvor bestimmt worden ist, um eine Änderung des Betriebszustands der Maschine zu berücksichtigen und eine virtuelle, objektive Position des Ventilelementes des Flußsteuerventils zu berechnen,
- - einen dritten Schritt zur inversen Umwandlung der virtuellen, objektiven Position des Ventilelementes des Flußsteuerventils, das eine nichtlineare Charakteristik aufweist, in eine objektive Position des Ventilelementes des Flußsteuerventils in Übereinstimmung mit einem Inversions-Umwandlungsdiagramm und
- - einen vierten Schritt zur Betätigung der Flußsteuerventils durch das Stellglied unter Berücksichtigung einer Abweichung der tatsächlichen Position des Ventilelementes des Flußsteuerventils von der objektiven Position des Ventilelementes des Flußsteuerventils.
Beim Verfahren nach der Erfindung wird die Position des Ventilelementes
des Flußsteuerventils, das im wesentlichen eine
nichtlineare Charakteristik aufweist, linearisiert, und
zwar durch Umwandlung dieser Position in eine Ansaugluftmenge
oder in eine virtuelle Position des Ventilelementes
proportinal zur Ansaugluftmenge. Ein Inkrement oder Dekrement
in Übereinstimmung mit einer Änderung im Betriebszustand
der Maschine infolge der Beaufschlagung mit einer Last
wird zur Ansaugluftmenge oder zur virtuellen Position des
Ventilelementes hinzuaddiert, wobei dann auf ein Steuerdiagramm
bzw. auf eine Steuertabelle zurückgegriffen wird, um
auf diese Weise die erforderliche Verschiebung des Ventilelementes
wieder aufzufinden.
Das Verfahren nach der Erfindung zur Steuerung der Ansaugluftmenge,
die zu einer Brennkraftmaschine geliefert wird,
weist den Vorteil auf, daß sich die zur Maschine gelieferte
Ansaugluftmenge sehr genau steuern läßt, und zwar bei irgendeiner
vor verschiedenen Betriebsbedingungen der Maschine,
so daß sich eine zu hohe Drehzahl und ein Abwürgen
der Maschine verhindern lassen. Darüber hinaus können der
Brennstoffverbrauch und Rausch- bzw. Klopferscheinungen
der Brennkraftmaschine reduziert werden.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die
Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 ein Diagramm des allgemeinen Aufbaus eines zentralisierten
Maschinensteuersystems, bei dem ein erstes und
ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
zur Anwendung gelangen,
Fig. 2 eine Hardware-Struktur einer elektronischen
Steuereinheit,
Fig. 3 einen Querschnitt durch ein Leerlaufdrehzahl-Steuerventil
auf einem Ansaugrohr der Maschine nach Fig. 1,
Fig. 4 ein Flußdiagramm zur Erläuterung von Steuerschritten
in Übereinstimmung mit einem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
Fig. 5 ein Flußdiagramm zur Erläuterung von Steuerschritten
in Übereinstimmung mit einem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
Fig. 6 ein Diagramm zur Erläuterung der Beziehung zwischen
einer Basisposition P BASE des Ventilelementes des
Flußsteuerventils und der Temperatur WT des Maschinenkühlwassers,
Fig. 7 ein Diagramm zur Erläuterung der Ventilöffnungscharakteristik
des Flußsteuerventils,
Fig. 8 ein Diagramm zur Erläuterung der Beziehung zwischen
der Menge an aufgenommener Luft und der Drehzahl der
Maschine,
Fig. 9 ein Ventilpositions-Linearisierungs-Diagramm,
Fig. 10 ein Diagramm für eine inverse Umwandlung und
Fig. 11 ein Diagramm zur Erläuterung der Beziehung zwischen
der Ventilposition und der Maschinendrehzahl.
Im nachfolgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben,
die bei einem Leerlaufdrehzahl-Steuerventil (ISC-Ventil)
einer Brennkraftmaschine (z. B. Benzinmotor) zur Anwendung
gelangen, die mit einem elektronisch gesteuerten
Brennstoffeinspritzsystem (ECI-System) ausgestattet ist.
Das erste Ausführungsbeispiel betrifft den Fall, bei dem die
Öffnung des ISC-Ventils bzw. die Position seines Ventilelementes
in eine Menge aufgenommener Luft umgewandelt wird,
während das zweite Ausführungsbeispiel den Fall betrifft,
bei dem die Position des Ventilelementes des ISC-Ventils in
eine virtuelle Ventilposition umgewandelt wird, und zwar
proportional zur Menge der aufgenommenen bzw. angesaugten
Luft. In beiden Ausführungsbeispielen ist die Hardware-Struktur
dieselbe, wobei sich jedoch die Software für die
jeweiligen Steuerungen unterscheidet. Aus diesem Grunde
wird die Hardware nur in Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbispiel
beschrieben, was auch für selbe Teile der
Software zutrifft.
Die Hardware eines zentralisierten Steuersystems mit einem
ISC-Ventil, das in Übereinstimmung mit einem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung gesteuert wird, wird nachfolgend
unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 erläutert.
In der Fig. 1 ist mit dem Symbol E ein Sechszylinder-Benzinmotor
vom V-Typ für ein Kraftfahrzeug bezeichnet, wobei die
Maschine E (Brennkraftmaschine) mit einem ECI-System ausgestattet
ist. Ein Ansaugrohr 2 mit einem Luftreinigerkasten 5
an der stromaufwärts liegenden Seite ist über eine Serge-Kammer
6 mit einem Einlaßrohrverteiler 4 verbunden. Ein
Luftreiniger 7 befindet sich innerhalb des Luftreinigerkastens
5 zusammen mit einem Karman-Wirbeltyp-Luftflußmeter
8, einem Atmosphärendrucksensor 9 und einem Einlaßluft-Temperatursensor
10. Innerhalb des Ansaugrohres 2 befindet sich
ein Drosselklappenventil 3, das über einen Draht betätigbar
ist, der mit einem nicht dargestellten Gaspedal verbunden
ist. Darüber hinaus ist auf dem Einlaßrohr 2 ein ISC-Ventil 1
angeordnet, das ähnlich demjenigen ist, das bereits im Zusammenhang
mit dem Stand der Technik beschrieben worden ist.
Ein Drosselklappensensor 11 vom Potentiometertyp und ein
Leerlaufschalter 12 sind dem Drosselklappenventil 3 zugeordnet
bzw. mit diesem verbunden.
Mehrere oder eine Anzahl von sechs Injektoren 13 gleich der
Anzahl der Zylinder der Maschine E befinden sich im Einlaßrohrverteiler
4, wobei sechs Zündkerzen 14 auf einem Zylinderkopf
E₁ der Maschine E angeordnet sind. Ein mit einem Katalysator
16 versehenes Abgasrohr 17 ist an seinem vorderen
Ende mit einem Abgasrohrverteiler 15 verbunden und an seinem
hinteren Ende mit einem Schalldämpfer 18. Ein O₂-Sensor 19
detektiert die Konzentration von Sauerstoff im Maschinenabgas.
Ein Kurbelwellenwinkel 26 und ein Zylinderidentifikationssensor
21 sind auf einer Nockenwelle 22 montiert.
Eine Antriebsriemenscheibe 24 ist integral auf einer Kurbelwelle
23 montiert, die eine Ausgangswelle der Maschine E
bildet. Diese Antriebsriemenscheibe 24 treibt durch Keilriemen
(V-belts) einen Kühlkompressor 25 einer Klimaanlage,
einen Wechselstromgenerator 26 und eine Ölpumpe 27 an, die
zu einem Lenkhilfemechanismus gehört.
Der Kühlkompressor 25 enthält eine eingebaute Magnetkupplung,
die durch einen Strom erzeugt wird, der von einem Kühlrelais
28 geliefert wird. Dieser Strom stellt somit eine
Last für die Maschine E dar. Der Wechselstromgenerator 26
(Lichtmaschine) beginnt Leistung zu erzeugen in Antwort auf
Anregungsstrom, der von einem Spannungsregler 29
(nachfolgend als Regler abgekürzt) ausgegeben wird. Die Ölpumpe
27 wird in Antwort auf die Bewegung eines nicht dargestellten
Lenkrades angetrieben. Der Wechselstromgenerator
26 und die Ölpumpe 27 stellen somit ebenfalls eine Last für
die Maschine E dar, und zwar zusätzlich zum Kühlkompressor
25. Ein P/S-Schalter 30 detektiert den Ölbetriebsdruck innerhalb
der Ölpumpe 27. Ferner detektiert ein Wassertemperatursensor
31 die Temperatur des Maschinenkühlwassers.
Die verschiedenen Arten von Sensoren und die oben beschriebenen,
gesteuerten Komponenten sind elektrisch mit einer
ECU-Einheit 32 verbunden, die sich im Fahrzeuggehäuse befindet.
Die Fig. 2 zeigt die Hardware-Struktur der ECU-Einheit
32. Sie enthält eine zentrale Prozessoreinheit (CPU) 33
als Hauptkomponente. Analoge Ausgangssignale vom Atmosphärendrucksensor
9, vom Ansaugluft-Temperatursensor 10, vom
Drosselklappensensor 11, vom O₂-Sensor 19 und vom Kühlwassertemperatursensor
31 werden als Eingangssignale zur CPU
33 über eine erste Schnittstellenschaltung 34 und einem Analog/Digital-Wandler
35 geliefert. Ausgangssignale vom
Leerlaufschalter 12, vom Kühlrelais 28, vom Regler 29, vom
P/S-Schalter 30 und vom Zündschloß 36 werden als Eingangssignale
zur CPU 33 über eine zweite Schnittstellenschaltung
37 geliefert. Dagegen werden Ausgangssignale vom Luftflußmeter
8, vom Kurbelwellensensor 20 und vom Zylinderidentifikationssensor
21 direkt als Eingangssignale zur CPU
33 übertragen.
Ein Nur-Lesespeicher (ROM) 38, ein Speicher mit wahlfreiem
Zugriff (RAM) 39 und ein batteriegeschützter Sicherungsspeicher
(RAM) 41 (nachfolgend als BURAM bezeichnet) sind
über Busleitungen mit der CPU 33 verbunden. Der BURAM 41
schützt seinen Speicherinhalt auch in einem Fall, wenn das
Zündschloß 36 ausgeschaltet wird.
Auf der Grundlage der oben beschriebenen Eingangssignale
führt die CPU 33 die erforderlichen Berechnungen aus, um die
Menge des zu injizierenden Brennstoffes, die Zündzeitpunktsteuerung
und die Öffnung des ISC-Ventils 1 zu bestimmen.
Die CPU 33 erzeugt Betätigungssignale zum Treiben der Injektoren
13 über einen Injektionstreiber 42, zum Ansteuern der
Zündkerzen 14 über einen Zündtreiber 43 und ein Leistungstransistorfeld
44 sowie zum Ansteuern des Schrittmotors
106, dem ISC-Ventil 1 über einen ISC-Treiber 45.
Luft strömt in das Luftansaugsystem infolge eines negativen
Druckes hinein, der durch die nach unten gerichtete Bewegung
eines Kolbens E₂ im Zylinder der Maschine E gebildet wird.
Diese Luft strömt durch den Luftreiniger 7 hindurch und am
Luftflußmeter 8, am Atmosphärendrucksensor 9 und am Einlaßluft-Temperatursensor
10 vorbei. Diese Sensoren messen die
Menge der angesaugten Luft, den Atmosphärendruck und die
Temperatur der angesaugten Luft. Nachdem die Flußrate der
angesaugten Luft durch das Drosselklappenventil 3 im Ansaugrohr
2 und auch durch das ISC-Ventil 1 eingestellt worden
ist, strömt die angesaugte Luft durch die Serge-Kammer 6
hindurch zum Einlaßrohrverteiler 4, wobei dort Benzin mit
Hilfe der Injektoren 13 injiziert wird, welches sich mit der
angesaugten Luft mischt, um ein Brennstoff-Luftgemisch zu
bilden. Mit der nach unten gerichteten Bewegung des Kolbens
E₂ in jedem Zylinder der Maschine E strömt das Brennstoff-Luftgemisch
in die Brennkammer E₃ und wird dort mit Hilfe der
zugehöriger Zündkerze 14 gezündet. Dies erfolgt etwa am oberen
Totpunkt des Kompressionshubs des Kolbens E₂.
Sobald der Kolben E₂ seine Explosions- und Kompressionshübe
beendet hat, strömt infolge der Verbrennung des Brennstoff-Luftgemisches
erzeugtes Abgas durch den Abgasrohrverteiler
15 hindurch in das Abgasrohr 17. Das durch das Abgasrohr 17
hindurchströmende Abgas wird mit Hilfe des Katalysators 16
gereinigt und strömt dann über den Schalldämpfer 18 nach außen.
Das Betriebsverfahren in Übereinstimmung mit dem ersten
Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter
Bezugnahme auf die Fig. 4 näher beschrieben, die die einzelnen
Steuerschritte in Form eines Flußdiagrammes darstellt.
Die Fig. 6, 7 und 8 zeigen verschiedene Steuerdiagramme.
Sobald die Maschine E gestartet worden ist und ein Ausgangssignal
vom Leerlaufschalter 12 zur CPU 33 geliefert wird,
bestätigt die CPU 33, daß sich die Maschine E im Leerlauf befindet
und steuert das ISC-Ventil 1 in Übereinstimmung mit
dem Flußdiagramm in Fig. 4 an.
Sobald die ISC-Steuerung gestartet worden ist, liest die CPU
33 Informationen über verschiedene Maschinenbetriebsparameter
aus, unter anderem die Maschinendrehzahlinformation
N E , die vom Kurbelwellenwinkelsensor 20 erhalten wird, und
die Kühlwassertemperaturinformation WT, die vom Kühlwassertemperatursensor
31 geliefert wird.
Auf der Basis dieser Maschinenbetriebsparameter-Information
entscheidet die CPU 33 dann, ob für die ISC-Steuerung die P-Rückkopplungsbetriebsart
oder die N-Rückkopplungsbetriebsart
ausgewählt werden soll. Für diese Entscheidung
wird zusätzlich anhand der übertragenen Maschinenbetriebsparameter-Information
detektiert, ob sich die Maschine
E in ihrem Warm-Leerlaufzustand befindet und sich der Betriebszustand
stabilisiert hat. Befindet sich die Maschine
E in Warm-Leerlauf und hat sich ihr Betriebszustand stabilisiert,
so wird die N-Rückkopplungsbetriebsart ausgewählt,
während in jedem anderen Fall die P-Rückkopplungsbetriebsart
ausgewählt wird. In der oben beschriebenen Entscheidungsweise
wird statt der Maschinendrehzahl zunächst die
Ventilposition herangezogen, um den Schnell-Leerlaufzustand
der Maschine zu bestimmen. Die oben beschriebene Entscheidungsart
wird aber nicht für einen Fall herangezogen,
bei dem die N-Rückkopplungsbetriebsart ausgewählt worden
ist, und zwar auch dann nicht, wenn sich die Maschine E im
Schnell-Leerlauf-Betriebszustand befindet.
Nach Auswahl der P-Rückkopplungsbetriebsart entscheidet
die CPU 33, ob eine Steuerperiode abgelaufen ist oder nicht,
die von einem nicht dargestellten Zeitzähler eingestellt
wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Steuerperiode
in der P-Rückkopplungsbetriebsart eine Länge von
0,1 Sekunden auf. Stellt die CPU 33 fest, daß die Steuerperiode
noch nicht vorüber ist, so springt das Steuerprogramm zum
Startpunkt zurück.
Entscheidet die CPU 33, daß die Steuerperiode schon vorüber
ist, so sucht die CPU 33 die Basisventilposition P BASE des
ISC-Ventils 1 auf oder liest diese aus, und zwar aus einem
Diagramm, das die Beziehung zwischen der Basisventilposition
P BASE und der Kühlwassertemperatur WT angibt. Die aufgesuchte
bzw. ausgelesene Basisventilposition P BASE wird im
Speicher MO 38 gespeichert. Das genannte Diagramm ist in
Fig. 6 dargestellt. Die Basisventilposition P BASE ändert
sich in Abhängigkeit der Kühlwassertemperatur WT, wie die
Fig. 6 erkennen läßt. Diese Basisventilposition P BASE entspricht
z. B. neun Schritten der Rotorrotation des Schrittmotors
106, wie im konventionellen Fall. Liegt jedoch die
Temperatur unterhalb von 80°C, so wird diese Basisventilposition
P BASE auf eine Öffnung eingestellt, die z. B 10 bis
50 Schritten entspricht, und die für den Schnell-Leerlauf
geeignet ist, wie die Fig. 6 angibt.
Nach Einstellung der Basisventilposition P BASE in Schritt
S 4 bestätigt die CPU 33, ob das Kühlerrelais 28 sein Ausgangssignal
erzeugt oder nicht. Wird bestätigt, daß das Kühlerrelais
28 in Betrieb ist, so stellt die CPU 33 einen Wert Δ Q ein
(nachfolgend als Luftmengenabweichung bezeichnet), der zu
inkrementierenden Kompensation der Menge der Bypass-Luft
erforderlich ist, um den Betrieb des Kühlkompressors 25 zu
berücksichtigen. Diese Luftmengenabweichung Δ Q repräsentiert
die Menge zusätzlich angesaugter Luft, die von der Maschine
E gefordert wird, um die zusätzliche Last zu berücksichtigen.
Arbeitet also der Kühlkompressor 25 als zusätzliche
Last der Maschine E, so ergibt sich die Luftmengenabweichung
Δ Q zu
Δ Q = Q A/C .
Der Ausdruck Q A/C repräsentiert die zusätzliche Menge an
Luft, die der Menge der Bypass-Luft hinzuzuaddieren ist, um
eine Kompensation infolge des Betriebs der Klimaanlage zu
erreichen. Für den Fall von Δ Q = 0 ist ersichtlich, daß sich
der Kühlkompressor 25 nicht in Betrieb befindet.
Nachdem die Luftmengenabweichung Δ Q im Schritt S 5 eingestellt
worden ist, bestätigt die CPU 33, ob der P/S-Schalter
30 ein Ausgangssignal erzeugt oder nicht. Wird ein Anstieg
im Öldruck detektiert, und zwar als Ergebnis der Auslenkung
des Steuerrades, so addiert die CPU 33 einen Kompensationswert
Q P/S zur Luftmengenabweichung Δ Q hinzu, um den Wert
von Δ Q infolge des Betriebs des P/S-Schalters 30 zu inkrementieren.
Der Ausdruck Δ Q ergibt sich dann wie folgt:
Δ Q = Δ Q + Q P/S .
Die CPU 33 bestätigt, ob der Regler 29 sein Ausgangssignal
erzeugt oder nicht. Sobald der Wechselstromgenerator 26
(Lichtmaschine) Leistung zu erzeugen beginnt, addiert die
CPU 33 einen Kompensationswert Q ALT zur Luftmengenabweichung
Δ Q hinzu, um den Wert von Δ Q zu inkrementieren, und
zwar infolge des Betriebs des Wechselstromgenerators 26.
Für Δ Q ergibt sich dann der nachfolgende Ausdruck:
Δ Q = Δ Q + Q ALT .
In den obigen Gleichungen repräsentiert jeder der Kompensationswerte
Q A/C , Q P/S und Q ALT die pro Zeiteinheit gelieferte
Luftmenge (g/sec), wobei jeder Kompensationswert experimentell
berechnet wird, und zwar unter der Bedingung, daß
sich die Maschine E im Warm-Leerlaufzustand befindet und mit
einer einzelnen Last belastet ist.
Nachdem die Luftmengenabweichung Δ Q in der oben beschriebenen
Weise berechnet worden ist, greift die CPU 33 auf ein
Diagram zu, das die Ventilöffnungscharakteristik repräsentiert
und in Fig. 7 gezeigt ist.
Unter Zuhilfenahme des in Fig. 7 gezeigten Diagramms sucht
die CPU 33 die Basismenge Q BASE der durch das ISC-Ventil 1
hindurchströmenden Bypass-Luft (umgeleitete Luft) auf oder
liest diese aus, und zwar auf der Grundlage der Basisventilposition
P BASE , die bereits zuvor bestimmt worden ist. Der
Vorgang ist in Fig. 7 durch die Symbole → markiert.
Die CPU 33 addiert die Luftmengenabweichung Δ Q zu dieser
Basisflußmenge Q BASE hinzu, um eine objektive Luftmenge
Q OBJ zu berechnen, wie in Fig. 7 durch das mit dem Pfeil markierte
Symbol 3 angegeben ist.
Die CPU 33 sucht schließlich anhand des in Fig. 7 dargestellen
Diagramms eine objektive Ventilposition P OBJ des Ventilelementes
des ISC-Ventils 1 auf bzw. liest diese aus, und
zwar in Übereinstimmung mit der objektiven Luftmenge Q OBJ ,
wie in Fig. 7 durch die Symbole → angedeutet ist.
Die objektive Ventilposition P OBJ , die durch die obige Berechnung
erhalten worden ist, kann notwendigerweise die
Luftmengenabweichung Δ Q löschen, unabhängig von dem Wert
der Basisventilposition P BASE .
Die CPU 33 berechnet dann die Abweichung der realen bzw. tatsächlichen
Ventilposition P OBJ (t -1) von der objektiven Ventilposition
P OBJ , also die erforderliche Menge Δ Q zum Antreiben
des Ventilelementes des ISC-Ventils 1 und liefert
das entsprechende Treibersignal zum Schrittmotor 106, der
auf dem ISC-Ventil 1 montiert ist. Der Wert von Δ Q ergibt
sich zu:
Δ Q = P OBJ -P OBJ (t -1).
Wie bereits beschrieben, entspricht die tatsächliche Ventilposition
P OBJ (t -1) der Anzahl der Schritte der Rotordrehung
des Schrittmotors 106 zur Betätigung des ISC-Ventils 1, ausgehend
von der vollständig geschlossenen Position. Diese
tatsächliche Ventilposition P OBJ (t -1) bzw. reale Ventilposition
ist im Speicher RAM 39 gespeichert (oder im BURAM
41).
Die CPU 33 verwendet dann die reale Ventilposition P OBJ (t -1)
als objektive Ventilposition P OBJ , wobei die neue objektive
Ventilposition P OBJ nunmehr im RAM 39 gespeichert wird (oder
im BURAM 41).
Wird andererseits im Entscheidungsschritt S 2 bestimmt, daß
die N-Rückkopplungsbetriebsart ausgewählt werden soll, so
entscheidet die CPU 33, ob die Steuerperiode, die durch den
nicht dargestellten Zeitzähler eingestellt worden ist, bereits
abgelaufen ist oder nicht. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
wird die Steuerperiode in der N-Rückkopplungsbetriebsart
auf 1 Sekunde eingestellt, wobei wie im
Falle der P-Rückkopplungsbetriebsart das Steuerprogramm
zurück zu Startpunkt springt, wenn die CPU 33 feststellt,
daß die Steuerperiode noch nicht vorüber ist.
Stellt die CPU 33 fest, daß die Steuerperiode bereits abgelaufen
ist, so berechnet sie die Differenz zwischen einer
objektiven Maschinendrehzahl N E OBJ und der tatsächlichen
Maschinendrehzahl N E R , also die Maschinendrehzahlabweichung
Δ N. Sie ergibt sich zu:
Δ N = N E OBJ -N E R .
Die objektive Maschinendrehzahl N E OBJ wird aus einem nicht
dargestellten, bekannten Diagramm aufgesucht bzw. gelesen,
und zwar auf der Grundlage des Betriebszustandes der Maschine
E.
Nachdem die Maschinendrehzahlabweichung Δ N berechnet worden
ist, sucht die CPU 33 anhand eines Diagramms, das die Beziehung
zwischen der Menge an angesaugter Luft und der Maschinendrehzahl
gemäß Fig. 8 angibt, ein Luftmengeninkrement
oder Luftmengendekrement auf, also eine Luftmengenabweichung
Δ Q, die erforderlich ist, um die Maschinendrehzahlabweichung
Δ N auszugleichen bzw. zu löschen.
Im Diagramm nach Fig. 8 ist die Luftmengenabweichung Δ Q auf
den Wert 0 gesetzt, und zwar in einem Bereich, in welchem der
Wert der Maschinendrehzahlabweichung Δ N klein ist. Ferner
sind eine obere Grenze und eine untere Grenze für die Luftmengenabweichung
Δ Q vorhanden.
Die erste Maßnahme dient zur Verhinderung von Drehzahlschwankungen
(hunting), während die zuletzt genannte Maßnahme
dazu dient, abrupte Änderungen des Betriebszustandes
der Maschine E zu vermeiden. Nachdem die Luftmengenabweichung
Δ Q im Schritt S 15 ausgesucht bzw. ausgelesen worden
ist, greift die CPU auf das in Fig. 7 dargestellte Ventilöffnungscharakteristikdiagramm
zu, wie im Fall der P-Rückkopplungsbetriebsart.
Mit Hilfe des Diagramms in Fig. 7 sucht die CPU 33 die reale
bzw. tatsächliche Menge Q REAL der durch das ISC-Ventil 1
hindurchströmenden Bypass-Luft auf bzw. liest diese aus,
und zwar in Übereinstimmung mit der realen bzw. tatsächlichen
Ventilposition P OBJ (t -1), die durch die Symbole → in Fig. 7 angedeutet ist.
Die CPU 33 addiert dann die Luftmengenabweichung Δ Q zu dieser
realen bzw. tatsächlichen Luftmenge Q REAL hinzu, um eine
objektive Luftmenge Q OBJ zu berechnen, wie durch das mit dem
Pfeil in Fig. 7 versehene Symbol angedeutet ist.
Mit Hilfe des in Fig. 7 gezeigten Diagramms sucht die CPU 33
schließlich die objektive Ventilposition P OBJ des Ventilelementes
des ISC-Ventils 1 auf bzw. liest diese aus, und zwar
in Übereinstimmung mit der objektiven Luftmenge Q OBJ , wie in
Fig. 7 durch die Symbole → angedeutet ist.
Im Anschluß an den Schritt S 18 führt die CPU 33 die zuvor erwähnten
Steuerschritte S 11 und S 12 aus, in denen die CPU 33
das Treibersignal zum Schrittmotor 106 liefert, der auf dem
ISC-Ventil 1 angeordnet ist, und die reale bzw. tatstächliche
Ventilposition P OBJ (t -1) heraufsetzt bzw. erneuert und
im Speicher RAM 39 (oder im BURAM 41) speichert.
Der Verfahrensablauf in Übereinstimmung mit dem zweiten
Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter
Bezugnahme auf die Fig. 5 näher beschrieben, die ein Flußdiagramm
der Steuerschritte darstellt, sowie unter Bezugnahme
auf die Fig. 9, 10 und 11, die verschiedene Steuerdiagramme
zeigen.
Wird das Ausgangssignal vom Leerlaufschalter 12 zur CPU 33
übertragen, nachdem die Maschine E gestartet worden ist, so
bestätigt die CPU 33 die Tatsache, daß sich die Maschine E
nunmehr im Leerlaufzustand befindet und steuert das ISC-Ventil
1 in Übereinstimmung mit dem Flußdiagramm nach Fig. 5.
Sobald die ISC-Steuerung gestartet worden ist, liest die CPU
33 verschiedene Maschinenbetriebsparameter-Informationen
aus, zu denen unter anderem die Maschinendrehzahlinformation
N E , die vom Kurbelwellenwinkelsensor 20 übertragen wird,
und die Kühlwassertemperaturinformation WT gehören, die vom
Wassertemperatursensor 31 geliefert wird.
Auf der Grundlage dieser Maschinenbetriebsparameterinformation
entscheidet die CPU 33 dann, ob die P-Rückkopplungsbetriebsart
oder die N-Rückkopplungsbetriebsart für die
ISC-Steuerung ausgewählt werden soll. Wie im Falle des ersten
Ausführungsbeispiels erfolgt die Entscheidung auf der
Grundlage der Maschinenbetriebsparameter-Information. Befindet
sich daher die Maschine E im Warm-Leerlauf, und hat
sich ihr Betriebszustand stabilisiert, so wird die N-Rückkopplungsbetriebsart
ausgewählt, während in jedem anderen
Fall die P-Rückkopplungsbetriebsart ausgewählt wird.
Ist die P-Rückkopplungsbetriebsart ausgewählt worden, so
entscheidet die CPU 33, ob eine durch einen nicht dargestellten
Zeitzähler eingestellte Steuerperiode bereits abgelaufen
ist oder nicht. Auch in diesem zweiten Ausführungsbeispiel
ist die Steuerperiode in der P-Rückkopplungsbetriebsart
auf eine Länge von 0,1 Sekunden eingestellt. Entscheidet
die CPU 33, daß die Steuerperiode noch nicht vorüber
ist, so springt das Steuerprogramm zurück zu Start.
Entscheidet die CPU 33, daß die Steuerperiode vorüber ist,
so sucht die CPU 33 die Basisventilposition P BASE des ISC-Ventils
1 auf bzw. liest diese aus, und zwar aus einem Diagramm,
das die Beziehung zwischen der Basisventilposition
P BASE und der Kühlwassertemperatur WT angibt. Die ausgelesene
Basisventilposition P BASE wird im ROM 38 gespeichert.
Das entsprechende Diagramm ist in Fig. 6 dargestellt.
Nachdem die Basisventilposition P BASE im Schritt S 4 eingestellt worden ist, greift die CPU 33 auf ein Ventilpositions-Linearisierungsdiagramm
gemäß Fig. 9 zu, um die Basisventilposition
P BASE zu linearisieren. Dieses Ventilpositions-Linearisierungsdiagramm
ist so gebildet, daß die Basisventilposition
P BASE in eine virtuelle Ventilposition
P BASE′ umgewandelt wird, die proportional zur Menge des angesaugten
Luftstroms ist. Dieses Ventilpositions-Linearisierungsdiagramm
bewirkt, daß ein durch eine unterbrochene
Linie dargestellter Umwandlungsfaktor L zusätzlich im Ventilöffnungscharakteristikdiagramm
nach Fig. 7 vorhanden
ist. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist der Gradient
der Umwandlungsfaktorlinie L so gewählt, daß er wenigstens
annähernd gleich dem Ventilöffnungsverhältnis des ISC-Ventils
1 im Warm-Leerlaufzustand der Maschine E ist. Der Wert
der virtuellen Ventilposition P BASE′ beträgt dann, wenn das
ISC-Ventil 1 vollständig geöffnet ist, das zwei- oder mehrfache
der Basisventilposition P BASE . Wird daher die Basisventilposition
P BASE in Fig. 9 durch a Schritte repräsentiert,
wobei die entsprechende Menge des Luftstromes b g/Sekunden
beträgt, so wird die virteulle Ventilposition P BASE′
durch c Schritte repräsentiert.
Nachdem die virtuelle Ventilposition P BASE′ in Schritt S 5 bestimmt
worden ist, bestätigt die CPU 33, ob das Kühlerrelais
28 sein Ausgangssignal erzeugt oder nicht. Wird der Betrieb
des Kühlerrelais 28 bestätigt, so stellt die CPU 33 einen
Kompensationswert Δ P ein (nachfolgend als Ventilpositionsabweichung
bezeichnet), der erforderlich ist, um die Ventilposition
zu kompensieren, um den Betrieb des Kühlkompressors
25 auszugleichen. Diese Ventilpositionsabweichung
Δ P repräsentiert die Anzahl der Schritte der Rotordrehung
des Schrittmotors 106, der das Ventilelement des ISC-Ventils
1 antreibt, um auf diese Weise die Menge an Bypass-Luft
zu inkrementieren, die von der Maschine E gefordert wird, um
die zusätzliche Last auffangen zu können. Die Ventilpositionsabweichung Δ P
entspricht der Luftmengenabweichung Δ Q
im ersten Ausführungsbeispiel. Arbeitet also der Kühlkompressor
25 als zusätzliche Last der Maschine E, so bestimmt
sich die Ventilpositionsabweichung Δ P zu:
Δ P = P A/C .
Dabei repräsentiert P A/C einen Wert zur Kompensation der
Ventilposition zwecks Auffangen des Betriebs der Klimaanlage.
Es ist ersichtlich, daß Δ P gleich 0 ist, wenn der Kühlkompressor
25 nicht arbeitet.
Nachdem die Ventilpositionsabweichung Δ P im Schritt S 6
eingestellt worden ist, bestimmt die CPU 33, ob der P/S-Schalter
30 sein Ausgangssignal liefert oder nicht. Wird infolge
der Auslenkung des Lenkrades ein Ansteigen des Öldruckes
detektiert, so addiert die CPU 33 einen Kompensationswert
P P/S zu der Ventilpostionsabweichung Δ P hinzu, um
den Wert von Δ P heraufzusetzen bzw. zu inkrementieren, und
zwar infolge des Betriebs der Ölpumpe 27. Es ergibt sich
dann ein Ausdruck für Δ P gemäß der nachfolgenden Gleichung.
Δ P = Δ P + P P/S .
Die CPU 33 bestätigt dann, ob der Regler 29 sein Ausgangssignal
erzeugt oder nicht. Beginnt der Wechselstromgenerator
26 Leistung zu erzeugen, so addiert die CPU 33 einen Kompensationswert
P ALT zur Ventilpositionsabweichung Δ P hinzu,
um den Wert von Δ P zu inkrementieren bzw. heraufzusetzen,
und zwar infolge des Betriebs des Wechselstromgenerators
27. Für Δ P ergibt sich dann der nachfolgende Ausdruck:
Δ P = Δ P + P ALT .
In den obigen Ausdrücken repräsentiert jeder Kompensationswert
P A/C , P P/S und P ALT eine Anzahl von Schritten der Rotordrehung
des Schrittmotors 106, der das Ventilelement des
ISC-Ventils 1 antreibt. Jeder Kompensationswert wird experimentell
berechnet, und zwar unter der Bedingung, daß sich
die Maschine E im Warm-Leerlaufzustand befindet und nur mit
einer einzelnen Last belastet ist.
Nach Berechnung der Ventilpositionsabweichung Δ P in der
oben beschriebenen Weise addiert die CPU 33 die Ventilpositionsabweichung
Δ P zu der virtuellen Ventilposition P BASE′
hinzu, so daß sich folgender Ausdruck ergibt:
P BASE′ = P BASE′ + Δ P.
Die CPU 33 greift dann auf ein Diagramm für eine inverse Umwandlung
zu, das in Fig. 10 dargestellt ist, um eine objektive
Ventilposition P OBJ aufzufinden bzw. Auszulesen, die der
virtuellen Ventilposition P BASE′ entspricht. Das in Fig. 10
gezeigte Diagramm für die inverse Umwandlung ist invers bezüglich
des Ventilpositions-Linearisierungsdiagramms in
Fig. 9, derart, daß die virtuelle Ventilposition P BASE′ dafür
herangezogen wird, die entsprechende objektive Ventilposition
P OBJ aufzufinden. Die reale bzw. tatsächliche Ventilposition,
also die objektive Ventilposition P OBJ , die in
Übereinstimmung mit der Menge des Luftstromes infolge der
virtuellen Ventilposition P BASE′ steht, wird mit Hilfe des
in Fig. 10 gezeigten Diagramms aufgesucht bzw. ausgelesen.
Die virtuelle Ventilposition P BASE′ wird in Speicher RAM 39
unter Steuerung der CPU 33 gespeichert. Diese virtuelle Ventilposition
P BASE′ , die im RAM 39 gespeichert ist, wird während
der N-Rückkopplungsbetriebsart verwendet, die später
beschrieben wird.
Sodann berechnet die CPU 33 wie im Falle des ersten Ausführungsbeispiels
die Abweichung der realen bzw. tatsächlichen
Ventilposition P OBJ (t -1) von der objektiven Ventilposition
P OBJ , also die erforderliche Größe Δ P zum Antreiben des
Ventilelementes des ISC-Ventils 1, und liefert das entsprechende
Treibersignal zum Schrittmotor 106, der sich auf dem
ISC-Ventil 1 befindet. Der Wert von Δ P ergibt sich zu:
Δ P = P OBJ -P OBJ (t -1).
Die CPU 33 setzt dann die reale bzw. tatsächliche Ventilposition
P OBJ (t -1) für die objektive Ventilposition P OBJ ein,
wobei die neue objektive Ventilposition P OBJ nunmehr im RAM
39 gespeichert wird (oder im BURAM 41).
Wird andererseits im Schritt S 2 festgestellt, daß die N-Rückkopplungsbetriebsart
ausgewählt werden soll, so entscheidet
die CPU 33 wiederum, ob die durch den nichtdargestellten
Zeitzähler eingestellte Steuerperiode bereits abgelaufen
ist oder nicht. Beim vorliegenden zweiten Ausführungsbeispiel
wird die Steuerperiode in der N-Rückkopplungsbetriebsart
auf eine Länge von 1 Sekunde eingestellt,
wie im Fall der ersten Ausführungsbeispiels. Das
Steuerprogramm springt zurück zum Startpunkt, wenn die CPU
33 bestimmt, daß die Steuerperiode noch nicht vorüber ist.
Entscheidet die CPU 33, daß die Steuerperiode bereits vorüber
ist, so berechnet die CPU 33 die Differenz zwischen der
objektiven Maschinendrehzahl N E OBJ und der realen bzw. tatsächlichen
Maschinendrehzahl N E R , also die Maschinendrehzahlabweichung
Δ N. Sie bestimmt sich zu:
Δ N = N E OBJ -N E R .
Nachdem die Maschinendrehzahlabweichung Δ N berechnet worden
ist, sucht die CPU 33 anhand eines Diagramms, das die Beziehung
zwischen der Ventilposition und der Maschinendrehzahl
gemäß Fig. 11 repräsentiert, ein Ventilpositionsinkrement
oder ein Ventilpositionsdekrement auf bzw. liest dieses
aus, also die Ventilpositionsabweichung Δ P, die erforderlich
ist, um die Maschinendrehzahlabweichung Δ N auszulöschen
bzw. zu beseitigen.
Aus demselben Grunde wie beim Luftmengen-Maschinendrehzahldiagramm
beim ersten Ausführungsbeispiel wird die Ventilpositionsabweichung
Δ P im Diagramm nach Fig. 11 auf 0 gesetzt,
und zwar in einem Bereich, in welchem der Wert der Maschinendrehzahlabweichung
Δ N klein ist, während auch hier
eine obere Grenze und eine untere Grenze für die Ventilpositionsabweichung
Δ P vorgesehen sind.
Nachdem im Schritt S 16 die Ventilpositionsabweichung Δ P
wieder aufgefunden bzw. ausgelesen worden ist, addiert die
CPU 33 die Ventilpositionsabweichung Δ P zu der virtuellen
Ventilposition P BASE′ hinzu, die im Schritt S 11 im RAM 39 zuvor
gespeichert worden ist. Die virtuelle Ventilposition
P BASE′ läßt sich nun wie folgt darstellen:
P BASE′ = P BASE′ + Δ P.
In diesem Fall läßt sich die virtuelle Ventilposition P BASE′
unter Verwendung des Ventilpositions-Linearisierungsdiagramms
nach Fig. 8 berechnen. Im Anschluß an den Schritt S 17
führt die CPU 33 die zuvor erwähnten Steuerschritte S 10 bis
S 13 durch, in denen die CPU 33 das Treibersignal an den
Schrittmotor 106 anlegt, der auf dem ISC-Ventil 1 angeordnet
ist, und die reale bzw. tatsächliche Ventilposition
P OBJ (t -1) heraufsetzt bzw. erneuert und im RAM 39 (oder im
BURAM 41) speichert. Wie die zuvor beschriebenen zwei Ausführungsbeispiele
zeigen, wird die Ventilposition des
Flußsteuerventils (des ISC-Ventils), das eine nichtlineare
Ventilöffnungscharakteristik aufweist, in eine entsprechende
Ansaugluftmenge oder in eine virtuelle Ventilposition
umgewandelt, so daß sich das Flußsteuerventil so steuern
läßt, als hätte es eine lineare Ventilöffnungscharakteristik.
Auf diese Weise läßt sich die Genauigkeit der Steuerung
wesentlich verbessern.
Die vorliegende Erfindung ist in keiner Weise auf die spezifischen
Ausführungsbeispiele beschränkt und kann beispielsweise
auch bei einer ISC-Steuerung in einem Luftansaugsystem
zum Einsatz kommen, bei dem neben dem ISC-Ventil
auch ein für Schnell-Leerlaufzwecke unabhängiges weiteres
Ventil (wax valve) vorhanden ist. Obwohl nur drei Hilfseinheiten
als Last für die Maschine betrachtet worden sind,
können weitere Hilfseinheiten zum Einsatz kommen, beispielsweise
ein Luftkompressor bzw. Gebläse, um eine noch
andere Last der Maschine zu bilden. Außer für eine ISC-Steuerung
kann die Erfindung auch noch für eine andere Luftansaugmengensteuerung
verwendet werden, beispielsweise für
eine Drosselklappen-Öffnungs/Schließ-Steuerung. Anstelle
der virtuellen Ventilposition des Flußsteuerventils gemäß
dem zweiten Ausführungsbeispiel läßt sich auch ein anderer
Faktor einsetzen, der proportional zur Menge des angesaugten
Luftstromes ist, um eine ISC-Steuerung durchzuführen.
Claims (8)
1. Verfahren zur Steuerung der Menge angesaugter Luft zu
einer Brennkraftmaschine durch Betätigung eines Flußsteuerventils
mittels eines Stellglieds, wobei das Flußsteuerventil
eine nichtlineare Charakteristik zwischen der Menge
der angesaugten Luft, die durch das Flußsteuerventil hindurchströmt,
und der Position seines Ventilelements bei geöffnetem
Flußsteuerventil aufweist,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- - einen ersten Schritt zur Umwandlung der Position des Ventilelements (108) des Flußsteuerventils (1) bei einem vorbestimmten Betriebszustand der Maschine (E) in eine Menge angesaugter Luft, die in Übereinstimmung mit der nichtlinearen Charakteristik des Flußsteuerventils (1) bestimmt worden ist,
- - einen zweiten Schritt, in welchem zu der Ansaugluftmenge, die als Ergebnis der Umwandlung in Übereinstimmung mit der nichtlinearen Charakteristik berechnet worden ist, eine voreingestellte Ansaugluftmengenänderung hinzuaddiert wird, die zuvor bestimmt worden ist, um eine Änderung des Betriebszustands der Maschine zu berücksichtigen und eine objektive Ansaugluftmenge zu berechnen,
- - einen dritten Schritt zur Umwandlung der objektiven Ansaugluftmenge in eine objektive Position des Ventilelements (108) des Flußsteuerventils (1) in Übereinstimmung mit der nichtlinearen Charakteristik und
- - eines vierten Schritts zur Betätigung des Flußsteuerventils mit Hilfe des Stellglieds unter Berücksichtigung einer Abweichung der tatsächlichen Position des Ventilelements (108) des Flußsteuerventils (1) von der objektiven Position des Ventilelements (108) des Flußsteuerventils (1).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß sich der Betriebszustand der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit
wenigstens einer Veränderung einer Last ändert,
mit der die Maschine beaufschlagt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß sich der Betriebszustand der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit
wenigstens einer Veränderung der Drehzahl der
Maschine ändert.
4. Verfahren zur Steuerung der Menge angesaugter Luft zu
einer Brennkraftmaschine durch Betätigung eines Flußsteuerventils
mittels eines Stellglieds, wobei das Flußsteuerventil
eine nichtlineare Charakteristik zwischen der Menge
der angesaugten Luft, die durch das Flußsteuerventil hindurchströmt,
und der Position seines Ventilelements bei geöffnetem
Flußsteuerventil aufweist,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- - einen ersten Schritt zur Umwandlung der Position des Ventilelements (108) des Flußsteuerventils (1) bei einem vorbestimmten Betriebszustand der Maschine (E) in eine virtuelle Ventilposition, die eine lineare Charakteristik bezüglich der Ansaugluftmenge aufweist, die durch das Flußsteuerventil (1) hindurchströmt, welches die nichtlineare Charakteristik besitzt,
- - einen zweiten Schritt, in welchem zu der virtuellen Position des Ventilelements (108) des Flußsteuerventils (1) eine voreingestellte Ventilelementverschiebung hinzuaddiert wird, die zuvor bestimmt worden ist, um eine Änderung des Betriebszustands der Maschine zu berücksichtigen und eine virtuelle, objektive Position des Ventilelements (108) des Flußsteuerventils (1) zu berechnen,
- - einen dritten Schritt zur inversen Umwandlung der virtuellen, objektiven Position des Ventilelements (108) des Flußsteuerventils (1) in eine objektive Position des Ventilelements (108) des Flußsteuerventils (1) in Übereinstimmung mit einem Inversions-Umwandlungsdiagramm, und
- - einen vierten Schritt zur Betätigung des Flußsteuerventils (1) durch das Stellglied unter Berücksichtigung einer Abweichung der tatsächlichen Position des Ventilelements (108) des Flußsteuerventils (1) von der objektiven Position des Ventilelements (108) des Flußsteuerventils (1).
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß sich der Betriebszustand der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit
wenigstens einer Veränderung einer Last ändert,
mit der die Maschine beaufschlagt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß sich der Betriebszustand der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit
wenigstens einer Veränderung der Drehzahl der
Maschine ändert.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Betriebszustand der Brennkraftmaschine einen Leerlaufzustand
der Maschine angibt.
8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Betriebszustand der Brennkraftmaschine einen Leerlaufzustand
der Maschine angibt.
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