DE4234692A1

DE4234692A1 - Leistungsregler fuer einen verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE4234692A1
Application number: DE4234692A
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Itoyama; Masaaki Uchidaa
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1991-10-16
Filing date: 1992-10-14
Publication date: 1993-04-22
Anticipated expiration: 2012-10-15
Also published as: US5282450A; DE4234692C2; JP2745898B2; JPH05106479A

Description

Die Erfindung betrifft einen Leistungsregler für einen Motor, wobei der Leistungsregler mit einem Mechanismus zum Ändern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses versehen ist.

Um zugleich eine hohe Ausgangsleistung und einen niedrigen Kraftstoffverbrauch bei Kraftfahrzeugmotoren zu erzielen, ist eine Magergemisch-Verbrennungstechnik bekannt, gemäß welcher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFR derart eingestellt wird, daß dieses verglichen mit dem theoretischen Luft-Kraftstoff- Verhältnis entsprechend den Betriebsbedingungen des Motors mager ist, d. h. ein größeres Verhältnis von Luftanteil zu Kraftstoffanteil aufweist. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird nachfolgend allgemein mit "AFR" abgekürzt.

Aus Tokkai Sho 60-45 742, veröffentlicht durch das japanische Patentamt, ist ein AFR-Regler bekannt, welcher das AFR in Richtung eines magereren AFR′s verglichen mit dem theoretischen AFR ändert, wenn beispielsweise die Kühlwassertemperatur 80°C übersteigt, die Drosselventil-Öffnung kleiner gleich einem vorbestimmten Wert ist, oder die Fahrzeugbeschleunigung bzw. -verzögerung kleiner gleich einem vorbestimmten Wert ist.

Bei diesem AFR-Regler ändert sich jedoch die dem Motor zugeführte Kraftstoffmenge plötzlich in starkem Maße, wenn das Verhältnis AFR geändert wird, was eine starke Änderung des von dem Motor erzeugten Drehmoments hervorruft. Aus diesem Grund tritt ein Drehmomentenstoß auf, welchen die Fahrzeuginsassen als unangenehmen Ruck empfinden.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Leistungsregler der eingangs erwähnten Art zu schaffen, wobei starke Drehmomentschwankungen aufgrund einer Änderung des Luft- Kraftstoff-Verhältnisses AFR verhindert werden und dadurch das Auftreten eines Drehmomentenstoßes verhindert wird.

Dies wird erfindungsgemäß durch einen Leistungsregler für einen Motor erreicht, welcher versehen ist mit: einer Einrichtung zum Wählen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses aus einer Mehrzahl von möglichen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen, einer Einrichtung zum Berechnen einer Soll-Drosselventil-Öffnungsfläche aufgrund der Gaspedalstellung und des ausgewählten Luft-Kraftstoff- Verhältnisses, einer Korrektureinrichtung zum derartigen Korrigieren der Öffnungsstellung des Drosselventils, daß die tatsächliche Öffnungsfläche der berechneten Soll-Drosselventil- Öffnungsfläche entspricht, einer Einrichtung zum Erfassen des Ansaugluft-Volumenstroms, einer Einrichtung zum Erfassen der Motordrehzahl, einer Einrichtung zum Berechnen einer Kraftstoffmenge aufgrund des berechneten Luft-Kraftstoff- Verhältnisses, des erfaßten Ansaugluft-Volumenstroms und der erfaßten Motordrehzahl, und einer Einrichtung zum Regulieren der mittels der Kraftstoff-Einspritzeinrichtung zugeführten Kraftstoffmenge auf die berechnete Kraftstoffmenge.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird mittels der Einrichtung zum Berechnen der Soll-Drosselventil- Öffnungsfläche die Soll-Öffnungsventil-Öffnungsfläche derart berechnet, daß das Verhältnis der Soll-Drosselventil- Öffnungsfläche zu dem gewählten Luft-Kraftstoff-Verhältnis konstant bleibt, auch wenn ein unterschiedliches Luft- Kraftstoff-Verhältnis ausgewählt wird.

Vorzugsweise weist die Korrektureinrichtung ein Drosselventil- Betätigungselement auf, welches die Drosselventil- Öffnungsfläche unabhängig von einer Betätigung des Gaspedals entsprechend der Soll-Drosselventil-Öffnungsfläche ändern kann.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung weist die Korrektureinrichtung einen Drosselventil-Öffnungsverhältnis- Änderungsmechanismus auf, welcher eine Einrichtung zum Gasgeben mechanisch mit dem Drosselventil verbindet und das Verhältnis der Stellung der Einrichtung zum Gasgeben zu der Drosselventil- Öffnungsfläche gemäß einer Soll-Drosselventil-Öffnungsfläche ändert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Motor- Leistungsreglers;

Fig. 2 ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Drosselventil-Öffnungsfläche und dem erzeugten Drehmoment darstellt;

Fig. 3 ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen dem Luft- Kraftstoff-Verhältnis AFR und dem erzeugten Drehmoment darstellt;

Fig. 4 ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Drosselventil-Öffnungsstellung und der Drosselventil- Öffnungsfläche zeigt;

Fig. 5 ein Flußdiagramm, welches den Regelungsvorgang zum Drosseln des Drosselventils sowie hinsichtlich des Kraftstoff- Einspritzvorgangs darstellt;

Fig. 6 ein Flußdiagramm, welches den Berechnungsvorgang der Soll-Drosselventil-Öffnungsstellung veranschaulicht;

Fig. 7 ein Zeitdiagramm, welches den Drosselventilstellungs- Regelungsvorgang darstellt;

Fig. 8 ein Flußdiagramm, welches den Regelungsvorgang hinsichtlich des Drosselns des Drosselventils und hinsichtlich des Kraftstoff-Einspritzvorgangs gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel darstellt;

Fig. 9 ein Flußdiagramm, welches den Berechnungsvorgang zum Berechnen des Soll-Drosselventilöffnungs-Verhältnisses entsprechend dem anderen Ausführungsbeispiel darstellt.

Wie aus Fig. 1 der Zeichnung ersichtlich ist, passiert die Ansaugluft, welche für das Betreiben des Verbrennungsmotors 1 erforderlich ist, zunächst durch einen Luftfilter 2 und dann durch ein Drosselventil 6 und wird zu jedem der Zylinder über den entsprechenden Ast des Ansaugkrümmers 5 geleitet. Kraftstoff wird in diesen Ast mittels einer Einspritzeinrichtung 7 eingespritzt, wovon für jeden Zylinder eine montiert ist.

Eine Zündkerze 10 ist in jedem der Zylinder montiert und diese Zündkerze 10 wird von einer Zündspule 12 mittels eines Verteilers 11 mit einem Hochspannungsimpuls versorgt. Aufgrund der elektrischen Entladung in der Zündkerze 10 wird das Gasgemisch in jedem der Zylinder gezündet und explodiert, wodurch Abgas entsteht, welches in einen Katalysator 15 durch ein Auslaßrohr 14 strömt. CO, HC und NOx, welche die giftigen Bestandteile des Abgases sind, werden mittels des Dreiwegekatalysators chemisch umgewandelt, und das Gas wird über den Auspuff 16 in das Freie herausgeführt.

Ein Drosselventil-Betätigungselement 21, welches einen Servomotor oder ähnliches aufweist, ist in dem Drosselventil 6 installiert. Die Öffnungsstellung des Drosselventils 6 kann unabhängig von dem Maß, in welchem das Gaspedal 3 heruntergedrückt wird, mittels eines zu dem Drosselventil- Betätigungselement 21 übermittelten Regelungssignals geregelt werden; und der Ansaugluft-Volumenstrom wird entsprechend der Öffnungsstellung des Drosselventils variiert. Das Maß, in welchem das Gaspedel 3 heruntergedrückt ist, d. h. der Gaspedalstellungswinkel, wird mittels eines Gaspedal- Lagesensors 29 erfaßt.

Der Ansaugluft-Volumenstrom wird mittels einer Luftvolumenstrom-Meßvorrichtung 22 erfaßt, die Öffnungsstellung des Drosselventils 6 wird mittels eines Drosselventil- Lagesensors 30 erfaßt, die Kühlwassertemperatur wird mittels eines Kühlwasser-Temperatursensors 31 erfaßt, und der Kurbelwellenstellungswinkel wird mittels eines Kurbelwellen- Winkelsensors 32 erfaßt, welcher in dem Verteiler 11 angeordnet ist. Die Motordrehzahl wird ebenfalls dadurch ermittelt, daß ein Impuls ausgewertet wird, welcher den Kurbelwellen- Stellungswinkel anzeigt. Ein Sauerstoffsensor 33 ist in dem Abgasrohr 14 angeordnet. Dieser Sauerstoffsensor 33 ermittelt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFR aus der Sauerstoffkonzentration, welche in dem Abgas herrscht.

Ein Stellungssensor 36 erfaßt die Stellung der Zahnräder eines Fahrzeug-Getriebes, und ein Geschwindigkeitssensor 37 erfaßt die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs.

Die Signale von jedem dieser Sensoren werden in die Regelungseinheit 50 eingegeben, welche den Zündzeitpunkt, die eingespritzte Kraftstoffmenge und den Ansaugluft-Volumenstrom aufgrund dieser Signale regelt.

Die Regelungseinheit 50 ändert das Sollverhältnis AFR entsprechend den Fahrbedingungen, berechnet eine Soll- Öffnungsstellung des Drosselventils in Abhängigkeit von dem Gaspedalstellungswinkel und dem Sollverhältnis AFR und betätigt das Drosselventil-Betätigungselement 21 derart, daß die Drosselventil-Öffnungsstellung auf den berechneten Sollwert eingestellt wird. Die Regelungseinheit 50 berechnet auch die einzuspritzende Kraftstoffmenge, welche von dem Ansaugluft- Volumenstrom, der Motordrehzahl und dem vorgenannten Sollverhältnis AFR abhängt, und regelt die Einspritzeinrichtung 7 derart, daß die berechnete Kraftstoffmenge eingespritzt wird.

Dieser Regelungsvorgang wird nachfolgend unter Bezugnahme auf das in Fig. 5 dargestellte Flußdiagramm erläutert.

Im Schritt 510 wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFR in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Fahrzeugmotors wie der Kühlwassertemperatur, der Beschleunigung des Fahrzeugs, und der Drosselventil-Öffnungsstellung geändert. Diejenigen Betriebsbedingungen, bei welchen der Sollwert von AFR geändert werden, sind durch eine vorbestimmte Tabelle festgehalten. Wenn beispielsweise die Kühlwassertemperatur 80°C oder mehr beträgt, ist die Drosselventil-Öffnungsstellung nicht größer als ein vorbestimmter Wert und die Beschleunigung oder Verzögerung des Fahrzeugs übersteigt einen vorbestimmten Wert nicht, wobei das Sollverhältnis von AFR in Richtung eines magereren AFR verglichen mit einem theoretischen AFR geändert wird. In Schritt 520 wird ein Soll-Drosselventil-Öffnungswinkel Rt entsprechend dem Gaspedalstellungswinkel Ra des Gaspedals 3 und entsprechend dem Sollverhältnis AFR berechnet.

Diese Berechnung des Soll-Drosselventil-Öffnungswinkels Rt wird mittels des in Fig. 6 veranschaulichten Unterprogramms durchgeführt.

In Schritt 521 wird ein Basis-Drosselventil-Öffnungswinkel Rt₁ in Abhängigkeit von dem Gaspedalstellungswinkel Ra berechnet.

In Schritt 522 wird eine Basis-Drosselventil-Öffnungsfläche At₁ mit Hilfe des Basis-Drosselventil-Öffnungswinkels Rt₁ berechnet.

In Schritt 523 wird eine Soll-Drosselventil-Öffnungsfläche At aus folgendem Verhältnis berechnet: At=At₁×AFR/14,7, wobei 14,7 der theoretische Wert für AFR ist.

Wenn sowohl AFR, als auch die Motordrehzahl konstant sind, ist das von dem Motor erzeugte Drehmoment direkt proportional zu der Drosselventil-Öffnungsfläche At, wie aus Fig. 2 zu erkennen ist.

Wenn Darüberhinaus der Drosselventil-Öffnungswinkel Rt und die Motordrehzahl beide konstant sind, ist das erzeugte Motordrehmoment des Luft-Kraftstoff-Gemischs umgekehrt proportional zu dem Wert AFR, wie aus Fig. 3 zu erkennen ist, sofern das Gemisch, also AFR, mager ist.

Wenn daher derjenige Wert, welcher durch Dividieren der Drosselventil-Öffnungsfläche At durch den Wert AFR ermittelt wird, also At/AFR, konstantgehalten wird, werden starke Abstufungen des Drehmoments mit sich änderndem Wert von AFR vermieden. In anderen Worten, um Abstufungen des Motordrehmoments zu verhindern, sollte der Drosselventil- Öffnungswinkel Rt im Verhältnis zu dem Gaspedalstellungswinkel Ra derart eingestellt werden, daß At/AFR vor und nach dem Wechsel von dem theoretischen Wert AFR zu einem mageren Wert von AFR hin konstantgehalten wird.

In einem Schritt 524 wird ein Soll-Drosselventil-Öffnungswinkel Rt mittels der Soll-Drosselventil-Öffnungsfläche At berechnet. Die Drosselventil-Öffnungsfläche At und der Drosselventil- Öffnungswinkel Rt stehen in einer linearen Beziehung zueinander, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist.

Als nächstes schreitet das Programm zu einem Schritt 530 in Fig. 5 fort, in welchem das Öffnen und Schließen des Drosselventils 6 durch Antreiben mittels des Drosselventil- Betätigungselements 21 derart bewerkstelligt wird, daß der berechnete Soll-Drosselventil-Öffnungswinkel Rt eingestellt wird.

In einem Schritt 540 wird die einzuspritzende Kraftstoffmenge entsprechend dem ermittelten Ansaugluft-Volumenstrom und der Motordrehzahl berechnet.

Im Schritt 550 wird Kraftstoff mittels der Einspritzeinrichtung 7 derart zugeführt, daß die berechnete Kraftstoff- Einspritzmenge erzielt wird.

lm Ergebnis, wie in Fig. 6 dargestellt ist, werden die Drosselventilöffnung und der Ansaugluft-Volumenstrom vorübergehend verkleinert, wenn ein Wechsel von einem mageren AFR zu dem theoretischen AFR stattfindet.

Infolgedessen findet kein plötzliches Ansteigen der zugeführten Kraftstoffmenge statt und das von dem Motor erzeugte Drehmoment steigt sanft und gleichmäßig mit zunehmendem Herunterdrücken des Gaspedals.

Im Gegensatz dazu findet bei herkömmlichen Vorrichtungen, bei welchen die Drosselventilöffnung ohne Regelung mit Herunterdrücken des Gaspedals vergrößert wird, ein scharfer Anstieg der zugeführten Kraftstoffmenge statt, wenn ein Wechsel von einem mageren Verhältnis AFR zu dem theoretischen Verhältnis AFR stattfindet, wodurch ein plötzliches, gestuftes Ansteigen des von dem Motor erzeugten Drehmoments auftritt.

Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Öffnungsstellung des Drosselventils 6 mittels der Regelungseinheit 50 geregelt, jedoch sind auch Ausführungsbeispiele möglich, welche auf einen Motor angewendet werden, bei welchem ein Drosselventil-Öffnungsverhältnis- Änderungsmechanismus vorgesehen ist, welcher zwischen dem Gaspedal 3 und dem Drosselventil 6 derart wirkt, daß das Verhältnis des Herunterdrückwinkels des Gaspedals zu dem Öffnungswinkel des Drosselventils variiert wird. Ein solcher Drosselventil-Öffnungsverhältnis-Änderungsmechanismus ist beispielsweise aus der US-PS 5 07 808 bekannt.

Die Betriebsweise der in der vorgenannten Weise ausgebildeten Regelungseinheit 50 ist in den in Fig. 8 und Fig. 9 gezeigten Flußdiagrammen veranschaulicht.

Ein Schritt 610 entspricht dem in Fig. 5 dargestellten Schritt 510.

In einem Schritt 620 wird das Drosselventil-Öffnungsverhältnis Rt/Ra gemäß dem Herunterdrückwinkel Ra des Gaspedals 3 und unter Berücksichtigung des Sollwerts von AFR berechnet.

Diese Berechnung des Drosselventil-Öffnungsverhältnisses Rt/Ra wird mittels eines Unterprogramms durchgeführt, welches anhand von Fig. 9 nachfolgend erläutert wird.

Die Schritte 621 bis 624 entsprechen den jeweiligen Schritten 521 bis 524, wie sie in Fig. 6 dargestellt sind. In einem Schritt 625 wird das Drosselventil-Öffnungsverhältnis Rt/Ra berechnet.

Das Programm schreitet dann zu einem Schritt 630 fort, und der Drosselventil-Öffnungsverhältnis-Änderungsmechanismus ändert das Drosselventil-Öffnungsverhältnis derart, daß das Sollverhältnis Rt/Ra eingestellt wird.

In einem Schritt 640 wird eine Kraftstoff-Einspritz Impulsbreite Ti als Kraftstoff-Einspritzmenge entsprechend der folgenden Gleichung berechnet:
Ti = Tp×(14,7/SollAFR)×Konst.×(α + Lα-1) + Ts, wobei Tp eine Basisimpulsbreite ist, welche aufgrund des Ansaugluft-Volumenstroms und der Motordrehzahl berechnet wurde, Konst. verschiedene vorbestimmte Korrekturfaktoren darstellt, α eine AFR-Rückkopplungs-Korrekturkonstante ist, Lα ein AFR-Lern- Korrekturfaktor und Ts eine unwirksame Impulsbreite bedeutet.

In einem Schritt 650 wird Kraftstoff mittels der Einspritzeinrichtung 7 derart zugeführt, daß die wie zuvor erläutert berechnete Kraftstoff-Einspritzmenge auch tatsächlich eingespritzt wird.

Durch Betätigen des Drosselventil-Öffnungsverhältnis- Änderungsmechanismus in Abhängigkeit von einem Wechsel des Sollwerts von AFR derart, daß das Verhältnis des Gaspedalstellungswinkels zu der Drosselventilöffnung geändert wird, werden starke Drehmomentschwankungen verhindert und eine Änderung des Werts AFR findet allmählich statt.

Claims

1. Leistungsregler für einen Motor, welcher versehen ist mit:
einer Verbrennungskammer, einem Drosselventil mit einer veränderbaren Öffnungsfläche, um einen Ansaugluft-Volumenstrom zu regulieren, welcher zu der Verbrennungskammer zugeführt wird, einem Gaspedal, welches das Drosselventil betätigt, und einer Einrichtung zum Zuführen von Kraftstoff zu der Verbrennungskammer, wobei der Leistungsregler weiter versehen ist mit:
einer Einrichtung zum Wählen eines Luft-Kraftstoff- Verhältnisses aus einer Mehrzahl von möglichen Luft-Kraftstoff- Verhältnissen,
einer Einrichtung zum Berechnen einer Soll-Drosselventil- Öffnungsfläche aufgrund der Gaspedalstellung und des ausgewählten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses,
einer Korrektureinrichtung zum derartigen Korrigieren der Öffnungsstellung des Drosselventils, daß die tatsächliche Öffnungsfläche der berechneten Soll-Drosselventil- Öffnungsfläche entspricht,
einer Einrichtung zum Erfassen des Ansaugluft-Volumenstroms,
einer Einrichtung zum Erfassen der Motordrehzahl
einer Einrichtung zum Berechnen einer Kraftstoffmenge aufgrund des berechneten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, des erfaßten Ansaugluft-Volumenstroms und der erfaßten Motordrehzahl, und einer Einrichtung zum Regulieren der mittels der Kraftstoff- Einspritzeinrichtung zugeführten Kraftstoffmenge auf die berechnete Kraftstoffmenge.

2. Leistungsregler für einen Motor nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zum Berechnen der Soll-Drosselventil-Öffnungsfläche die Soll-Öffnungsventil-Öffnungsfläche derart berechnet, daß das Verhältnis der Soll-Drosselventil-Öffnungsfläche zu dem gewählten Luft-Kraftstoff-Verhältnis konstant bleibt, auch wenn ein unterschiedliches Luft-Kraftstoff-Verhältnis ausgewählt wird.

3. Leistungsregler für einen Motor nach Anspruch 1, wobei die Korrektureinrichtung ein Drosselventil-Betätigungselement aufweist, welches die Drosselventil-Öffnungsfläche unabhängig von einer Betätigung des Gaspedals entsprechend der Soll- Drosselventil-Öffnungsfläche ändern kann.

4. Leistungsregler für einen Motor nach Anspruch 1, wobei die Korrektureinrichtung einen Drosselventil-Öffnungsverhältnis- Änderungsmechanismus aufweist, welcher eine Einrichtung zum Gasgeben mechanisch mit dem Drosselventil verbindet und das Verhältnis der Stellung der Einrichtung zum Gasgeben zu der Drosselventil-Öffnungsfläche gemäß einer Soll-Drosselventil- Öffnungsfläche ändert.