DE4022263C2

DE4022263C2 -

Info

Publication number: DE4022263C2
Application number: DE4022263A
Authority: DE
Inventors: Takanori Himeji Hyogo Jp Fujimoto
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-07-13
Filing date: 1990-07-12
Publication date: 1993-06-09
Also published as: JP2719195B2; KR910003246A; JPH0347442A; DE4022263A1; KR940002211B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Steuerung der Leerlaufdrehzahl eines Verbrennungsmotors gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 40 07 396 A1 bekannt, hierbei wird mit einer Schaltvorrichtung die Feldwicklung des Generators überwacht, um die vom Generator erzeugte Spannung oder die Batteriespannung im wesentlichen konstant zu halten. Dabei wird mit einer Abtastvorrichtung ein der Dauer eines Erregungsintervalls entsprechender Wert eines n-ten Kurbelwinkelzyklus, einer vorgesehenen Kurbelwinkelperiode des Motors erfaßt. Diese dienen zur Steuerung der Drehzahl des Motors, indem ein Bypass zur Drosselklappe im Einlaßkanal geöffnet oder geschlossen wird, so daß die Ansaugluftmenge entsprechend beeinflußt wird.

Weiterhin erfolgt eine Veränderung der entsprechenden Kurbelwinkelperiode in Abhängigkeit von der Motordrehzahl, um eine ausreichende Erfassungsgenauigkeit zu sichern.

Die ermittelte Erregungsperiode der Erregerwicklung des Generators wird für jede vorbestimmte Kurbelwinkelperiode bestimmt und für die Steuerung der anzusaugenden Luftmenge verwendet, so daß kurzzeitige Veränderungen der Erregerperiode zu ungewollten Korrekturen führen.

Weiterhin ist aus der DE 38 30 603 A1 ein ähnliches System zur Regelung eines Verbrennungsmotors bekannt. Bei dieser Lösung werden die durch die elektrischen Verbraucher gebildete elektrische Last und mit einem Stromfühler die elektrische Spannung der Feldwicklungen des Generators gemessen. Beide Größen dienen als wesentliche Größen zur Beeinflussung der Motorsteuerung, um auf Lastschwankungen reagieren zu können.

Dabei wird eine von der elektrischen Last abhängige Korrekturgröße I_ACGF entsprechend des gemessenen Wertes des Generatorzustandes gesetzt. Dies erfolgt beispielsweise unter Nutzung einer Tabelle.

Im weiteren dient diese Korrekturgröße als Bezugsgröße zur Entscheidung, ob eine Änderung der Motorsteuerung erfolgen soll. Befindet sich die aktuelle Korrekturgröße jedoch innerhalb eines vorgegebenen Intervalles, erfolgt keine große Änderung der elektrischen Last und eine plötzliche Änderung der Motordrehzahl bleibt aus. Die Korrekturgröße wird nur in diesem Fall zum Ausgleich der im Meßsignal der Feldspannung des Generators enthaltenen Welligkeit einer gewissen Mittelung unter Einbeziehung eines Eichkoeffizienten unterzogen. Dieser Wert wird jedoch bei der Regelung der Zusatzluftmenge nicht benutzt, sondern nur zur weiteren Berechnung der Änderung der Korrekturgröße herangezogen.

Bei der aus der US 47 94 898 bekannten Vorrichtung und dem entsprechenden Verfahren zur Steuerung der Leerlaufdrehzahl eines Motors wird ebenfalls die dem Motor zuzuführende Zusatzluft gesteuert. Der Generator wird mit einem Spannungsregler über einen Schalttransistor gesteuert und dabei die Leitrate oder die Arbeitsspiele des Schalttransistors erfaßt. Die Leitrate wird nur im Leerlauf des Motors bestimmt. Zur Steuerung der Zusatzluft wird diese ermittelte Leitrate C mit der zugehörigen gemessenen Drehzahl R einem Mikrocomputer zugeführt und beide Werte mit einem Sollwertkurvenverlauf Co(R) verglichen. Bei Abweichungen der gemessenen Werte vom Sollwert wird ein Steuersignal verändert, das ein Ventil einer Bypass- Leitung ansteuert und die Zusatzluftmenge regelt.

Es ist Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung zur Steuerung der Leerlaufdrehzahl eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, die bei einfachem Aufbau ein Aussetzen des Motors verhindert und eine gedämpfte Korrektur der vom Motor angesaugten Luftmenge ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den im Anspruch 2 genannten Merkmalen.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist wesentlich, daß sie eine Abtastvorrichtung zum Feststellen der gesamten Erregungsperiode C_pr(n) (n: jede ganze Zahl), die eine gesamte Zeit einer Erregungsperiode einer Feldwicklung eines Generators in einem n-ten Zyklus einer vorbestimmten Kurbelwinkelperiode der Maschine darstellt und Mittel zum Bestimmen einer mittleren Erregungsperiode C_pa(n) entsprechend der folgenden Gleichung aufweist:

C_pa(n) = K_*C_pa(n-1) + (1-K)C_pr(n),

wobei K eine Filterkonstante und kleiner als 1 ist und weiterhin Mittel zum Korrigieren der Luftmenge vorgesehen sind, die in die Maschine in Übereinstimmung mit dem erhaltenen Wert C_pa(n) eingesaugt wird.

Durch Mittelung der Werte C_pa(n) wird eine auftretende Änderung der gemessenen Werte gedämpft, so daß die Korrektur der angesaugten Luftmenge in gleicher Weise gedämpft und dadurch stabiler erfolgt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nach folgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltungsdiagramm entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 eine schaltungsgemäße Ausgestaltung einer Steuereinheit gemäß Fig. 1,

Fig. 3a bis 3f Signale an verschiedenen Stellen in der Steuereinheit gemäß Fig. 2,

Fig. 4 und 5 Flußdiagramme, die die Betriebsweise der in der Steuereinheit gemäß Fig. 2 vorhandenen CPU zeigt,

Fig. 6 und 7 Kennlinien für die in der CPU der Steuereinheit gespeicherten Tabellen, und

Fig. 8(a) bis 8(f) Zeitdiagramme, die die Betriebs weise der CPU darstellen.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Vor richtung zur Steuerung der Leerlaufdrehung einer Maschine dargestellt, die einen Generator 1, eine Schaltvorrichtung 2 zur Steuerung des Erreger stroms für eine Feldwicklung 11 des Generators, ein Motorschalter 3 und eine Gleichstrombatterie 4, die in dem Fahrzeug angeordnet ist, zeigt. Der Generator 1 weist Ankerwicklungen 10 in Stern schaltung und Dioden 12 bis 14 zum Kommutieren der Dreiphasenwechselstrom-Ausgangssignale der Ankerwicklungen 10 auf. Die Schaltvorrichtung 2 besteht aus einem Spannungsabfühlkreis 21, einem Halbleiterschaltelement 22, beispielsweise einem Transistor und einer Diode 23, wobei der Spannungsabfühlkreis 21 zum Feststellen der Spannung der Batterie 4 dient. Das Halbleiter schaltelement 22 liegt in Reihe mit der Feldwicklung 11 und wird in seinen leitenden Zustand durch die Ausgangsspannung des Spannungsabfühlkreises 21 geschaltet, wenn die Spannung der Batterie unter einen vorbestimmten Wert fällt. Die Diode 23 dient zum Ablenken des Erregerstroms durch die Feldwicklung 11, wenn das Halbleiterschalt element 22 abgeschaltet wird.

Der Generator 1 wird durch den Motor angetrieben, um die Batterie 4 zu laden. Die Schaltvorrichtung 2 steuert den Erregerstrom für die Feldwicklung 11, derart, daß die vom Generator 1 erzeugte Spannung oder die Spannung der durch den Generator 1 ge ladenen Batterie einen vorbestimmten konstanten Wert erreicht.

Diese Funktionsweise des Festhaltens der Lade spannung auf einen konstanten Wert ist ähnlich zu derjenigen des Standes der Technik.

In der Vorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung ist eine Steuereinheit 5 vorgesehen, der als Eingangssignale ein EIN/AUS-Signal an dem Verbindungspunkt zwischen der Feldwicklung 11 und dem Halbleiterschaltelement 22 (das EIN/AUS- Signal wird im folgenden als Erregersignal be zeichnet) und ein Kurbelwinkelsignal erhält, das in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten Kurbelwinkel des Motors erzeugt wird, um eine Gesamterregungsperiode der Feldwicklung 11 oder die gesamte Einschaltperiode des Halbleiterschalt elementes 22 während jedes der vorbestimmten Kurbel winkelzyklen des Motors festzustellen, wobei die Regelmenge der in den Motor angesaugten Luft in Abhängigkeit von der festgestellten Einschaltperiode berechnet wird. Es ist weiterhin eine Spule 6 vorgesehen, über die der Öffnungs- und Schließ vorgang eines elektromagnetischen Ventils ent sprechend dem Ausgangssignal der Steuereinheit 5 gesteuert wird und der Öffnungs- und Schließvorgang des elektromagnetischen Ventils 7 bewirkt das Öffnen und Schließen eines Bypaß-Kanals 8, der zusätzlich zu dem eine Drosselklappe 9 enthaltenden Hauptansaugkanal 15 vorgesehen ist.

Fig. 2 zeigt eine genauere Anordnung der Steuer einheit 5, wobei die Bezugsziffer 51 einen Takt generator, 53 einen Zähler, 54 einen Schalttransistor als Abtastvorrichtung (51 bis 54) und 55 einen Mikroprozessor (CPU) in der Steuereinrichtung (55, 6, 7) bezeichnet.

Die Funktionsweise der Steuereinheit 5 nach den Fig. 1 und 2 wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 3a bis 3f erläutert.

Der Taktgenerator 51 gibt ein Taktsignal A einer vorbestimmten hohen Frequenz, wie in Fig. 3(c) gezeigt, aus. Der Schalttransistor 54 wird leitend, wenn das Erregersignal nach Fig. 3(b) auf high liegt, d.h. das Halbleiterschaltelement 22 der Schaltvorrichtung 2 ist nichtleitend und daher fließt kein Erregerstrom. Wie daher in Fig. 3(d) gezeigt wird, wird das Taktsignal A durch den Transistor abgeleitet und wird während des nichtleitenden oder nichterregten Zeitraums des Erregersignals zu dem Zähler 53 übertragen, wie in Fig. 3(d) gezeigt. In anderen Worten, wird das Taktsignal über den Widerstand 52 dem Zähler 53 als Signal B nur dann zugeführt, wenn der Erreger strom durch die Erregerwicklung 11 und das Schaltelement 22 fließt.

Der Zähler 53 zählt die Signale B und liefert ein Zählsignal C, wie in Fig. 3(e) gezeigt, zu der CPU 55. Die CPU 55 liest den Zählwert zu jedem Zyklus des Kurbelwinkelsignals gemäß Fig. 3(a), zum Beispiel zu jedem Eingangszeitpunkt einer ansteigenden Kante des Kurbelwinkelsignals und liefert ein Initialisierungssignal R gemäß Fig. 3(f) an den Zähler 53. Der Zählwert C_pr, der in die CPU zum Einlesezeitpunkt eingelesen wurde, stellt einen Wert entsprechend der gesamten Erregungszeitperiode in jedem Zyklus des Kurbelwellenwinkelsignals A dar und wird erneut und wiederholt in einem geeigneten Speicher in der CPU gespeichert.

Das bedeutet, daß der Zählwert C_pr dem gesamten Zeitwert t₁ + t₂ entspricht, wobei t₁ und t₂ Erregungszeitperioden der Erregerwicklung 11 in einem Zyklus des Kurbelwellensignals gemäß Fig. 3(b) sind.

Die CPU 55 berechnet den Regelwert der Ansaugluft auf der Grundlage des gelesenen Zählwertes C_pr und des Kurbelwinkelsignals A. Der Vorgang der Berechnung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 8 beschrieben.

Die Fig. 4 und 5 zeigen Flußdiagramme, die den Vorgang zum Bestimmen der oben erwähnten Regelmenge darstellen. Der Ablauf nach Fig. 5 wird in Über einstimmung mit einem in der CPU 55 gespeicherten Steuerprogramm durchgeführt und während der Durch führung des Steuerprogramms wird der Ablauf gemäß Fig. 5 unterbrochen, wenn das Kurbelwinkelsignal A der CPU zugeführt wird und die Kurbelwinkelsignal- Unterbrecherroutine nach Fig. 4 wird durchgeführt.

In dieser Routine wird bei Schritt 41 der Zählwert C_pr immer dann in die CPU eingelesen, wenn die ansteigende Kante des Kurbelwinkelsignals festgestellt wird und bei Schritt 42 wird die Initialisierung des Zählers 53 (Fig. 2) durchgeführt. Somit wird der in die CPU 55 eingelesene und gespeicherte Zählwert C_pr bei jedem Zyklus des vorbestimmten Kurbelwinkels erneuert und, wie in Fig. 8(c) gezeigt, verändert. Bei Schritt 43 wird die Berechnung der folgenden Gleichung durchgeführt:

C_pa(n) = K · C_pa(n-1) + (1-K)C_pr(n),

wobei C_pa(n-1) und C_pa(n) mittlere Werte für den (n-1)-ten und n-ten Zyklus des Kurbelwinkel signals sind, C_pr(n) ist der beim n-ten Zyklus des Kurbelwinkelsignals gelesene Zählwert und K ist eine Filterkonstante mit einem Wert kleiner als 1. C_pa (= {C_pa(n)}) wird in Fig. 8(e) gezeigt. Bei Schritt 44 wird der Kurbelwinkelzyklus T gemessen und bei Schritt 45 wird eine Erregungsperiodenrate als Erregungsintervallwert D_a für den Kurbelwinkelsignalzyklus T in Überein stimmung mit der folgenden Gleichung bestimmt:

D_a = K₁ × C_pa/T,

wobei K₁ ein Umwandlungskoeffizient zur Umwandlung der Erregungsperiodenrate in eine vorbestimmte Auflösung ist. D_a ist in Fig. 8(f) dargestellt.

D_r nach Fig. 8(d) bedeutet eine Rate proportional zu C_pr/T.

Auf die oben beschriebene Weise wird die Kurbelwinkel signal-Unterbrecherroutine beendet.

Eine Korrekturgröße P_E entsprechend der Erregungs periodenrate D_a wird nun unter Verwendung des gleichen Ablaufes wie in Fig. 5 bestimmt. Bei Schritt 51 wird I_E aus der D_a-I_E Tabelle abgerufen, die die Beziehungen zwischen der Erregungsperiodenrate D_a und I_E gemäß Fig. 6 speichert, wobei I_E der Wert des Ausgangs stromes des Generators 1 ist. Der Grund, warum die D_a-I_E Beziehung mit der Anzahl Ne der Motorumdrehungen als Parameter variiert, ist der, daß D_a dem Erreger strom der Feldwicklung 11 entspricht und I_E ist der Ausgangsstrom des Generators 1. Daher wird das Ausgangssignal des Generators 1 durch die Größe des Erregerstroms und die Anzahl der Motorumdrehungen gegeben. Danach wird bei Schritt 52 die Korrektur größe P_E entsprechend I_E aus der I_E-P_E Tabelle abgerufen, die die Beziehung zwischen dem Generator ausgangsstrom I_E und der Korrekturgröße P_E wie in Fig. 7 gezeigt speichert. Die in der I_E-P_E Tabelle gespeicherten Korrekturdaten P_E werden an einem Punkt des Generatorausgangssignals I_E0 auf Null gesetzt, wenn keine elektrische Last aktiviert ist und P_E wird als ein Inkrement des I_E Wertes oder des aktivierten elektrischen Lastwertes, wie in Fig. 7 gezeigt, erhöht. Bei Schritt 53 wird die Korrektur größe P_E aus Schritt 52 zu dem Grundsteuerwert P_B hinzugefügt, um einen Endsteuerwert P_T zur Steuerung der Menge der angesaugten Luft zu erhalten. Somit wird die Menge der Ansaugluft in Abhängigkeit von der Korrekturgröße P_E erhöht.

Es wurde der Vorgang des Feststellens oder Abtastens der gesamten Erregungsperiode bei jeder vorbestimmten Periode oder festen Kurbelwinkelperiode beschrieben. Allerdings wird in dem Zustand höherer Drehzahlen des Motors der abgetastete Wert der Erregungs periode C_pr stark verändert und kann Fehlerfaktoren enthalten, da die Abtastzeit verringert wird, wenn die Drehzahl sich erhöht und entsprechend kann auch die Rate T_a Fehlerfaktoren enthalten. In solchen Fällen wird es möglich sein, eine derartige Ver änderung des abgetasteten Werts der Erregungsperiode durch Ändern der vorbestimmten Kurbelwinkelperiode in Abhängigkeit von der Motordrehzahl zu verringern. Somit kann ein ansprechend und sehr präziser abgetasteter Wert über den gesamten Bereich der Motordrehzahl vorgesehen werden, indem die vor bestimmte Kurbelwinkelperiode abhängig von der Motor drehzahl geändert wird.

Wie oben beschrieben wurde, wird mit der vorliegenden Erfindung die Erregungsperiode der Schaltvorrichtung zur Steuerung des Feldstroms des Generators abge tastet oder festgestellt und die Menge der Ansaug luft, die dem Motor zugeführt wird, wird durch den auf der Grundlage der Erregungsperiode be stimmten Korrekturwert korrigiert, so daß die Veränderung der Motorlast in Abhängigkeit zu einer Erhöhung der elektrischen Last genau festgestellt werden kann und somit kann jeder Abfall der Motor drehzahl oder das Aussetzen des Motors aufgrund eines verzögerten Ansprechens der Steuerung ver hindert werden und es kann ein einfacher Aufbau vorgesehen werden. Die Phase des Ausgangssignals des Generators ist synchron mit der Phase der Motordrehung, so daß die Korrekturgröße auf der Grundlage der Erregungsperiode zu jeder vorbestimmten Kurbelperiode bestimmt werden kann, um dauerhaft eine hochpräzise Abtastgröße vorzusehen. Darüber hinaus wird der Vorgang des Mittelns der abgetasteten Erregungsperioden durchgeführt, um eine Veränderung des Abtastwertes der Erregungsperiode zu hemmen und um eine stabile Korrektur der angesaugten Luft menge zu ermöglichen.

Claims

1. Vorrichtung zur Steuerung der Leerlaufdrehzahl eines Verbrennungsmotors mit einem durch diesen angetriebenen Generator (1) zum Aufladen einer Batterie (4), mit einer Schaltvorrichtung (2) zur Steuerung eines durch die Feldwicklung (11) des Generators (1) fließenden Erregerstromes, um die vom Generator erzeugte Spannung oder die Spannung der Batterie (4) im wesentlichen konstant zu halten, mit einer Abtastvorrichtung (51 bis 54) zum aufeinanderfolgenden Feststellen jeweils eines eine Dauer der Erregungsintervalle entsprechenden Wertes C_pa(n) der Feldwicklung (11) in einer vorgegebenen Kurbelwinkelperiode eines n-ten Kurbelwinkelzyklus, mit Mitteln (55) zum Bestimmen einer einer Zeit entsprechenden Periode T aus und entsprechend der Kurbelwinkelperiode, zum Bestimmen eines dem Erregerstrom entsprechenden Erregungsintervallwertes entsprechend der einen Proportionalitätsfaktor K₁ aufweisenden Vorschrift D_pa(n) = K₁_*C_pa(n)/Tund zum Bestimmen einer Korrekturgröße P_E der im Verbrennungsmotor angesaugten Ansaugluft in Abhängigkeit des Erregungsintervallwertes und mit einer Steuereinrichtung (55, 6, 7) zur Änderung der Menge der Ansaugluft in Abhängigkeit der Korrekturgröße P_E, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (55) einen mittleren Wert C_pa(n) entsprechend der folgenden Vorschrift bestimmen:C_pa(n) = K₁_*C_pa(n-1)+(1-K) C_pr(n),wobei K eine Filterkonstante und kleiner als 1 ist, und C_pr(n) jeweils einen der gesamten Dauer der Erregungsintervalle entsprechenden Wert in einem n-ten Kurbelwinkelzyklus darstellt, und daß die Mittel (55) den Erregungsintervallwert mit dem mittleren Wert C_pa(n) berechnen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastvorrichtung (51-54) einen Taktgenerator (51) zum Erzeugen eines Taktsignals, einen Schalttransistor (54), der an seinem Basisanschluß ein Ausgangssignal der Schaltvorrichtung (2) derart erhält, daß der Schalttransistor (54) leitend gesteuert wird, wenn kein Erregerstrom durch die Feldwicklung (11) fließt, und einen Zähler (53) aufweist, der innerhalb jeder Kurbelwinkelperiode zum Bestimmen des Wertes C_pr(n) zum Zählen der Taktsignale initialisiert wird, wenn der Schalttransistor nichtleitend ist.