DE4234692C2 - Leistungsregler für einen Verbrennungsmotor - Google Patents
Leistungsregler für einen VerbrennungsmotorInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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- F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
- F02D35/0015—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for using exhaust gas sensors
- F02D35/0023—Controlling air supply
Description
Die Erfindung betrifft einen Leistungsregler für einen Motor,
mit einem Mechanismus zum Ändern des
Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1.
Ein solcher gattungsbildender Regler ist beispielsweise aus der US-PS 4,759,329 bekannt.
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 60-45742, 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 die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter
Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung
erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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 Gaspedal 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 θt
entsprechend dem Gaspedalstellungswinkel θa des Gaspedals 3 und
entsprechend dem Sollverhältnis AFR berechnet.
Diese Berechnung des Soll-Drosselventil-Öffnungswinkels θt wird
mittels des in Fig. 6 veranschaulichten Unterprogramms
durchgeführt.
In Schritt 521 wird ein Basis-Drosselventil-Öffnungswinkel θt₁
in Abhängigkeit von dem Gaspedalstellungswinkel θa berechnet.
In Schritt 522 wird eine Basis-Drosselventil-Öffnungsfläche At₁
mit Hilfe des Basis-Drosselventil-Öffnungswinkels θt₁
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 darüber hinaus der Drosselventil-Öffnungswinkel θt 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 θt im Verhältnis zu dem Gaspedalstellungswinkel
θa 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
θt mittels der Soll-Drosselventil-Öffnungsfläche At berechnet.
Die Drosselventil-Öffnungsfläche At und der Drosselventil
öffnungswinkel θt 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 θt 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.
Im Ergebnis, wie in Fig. 7 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 507808 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
θt/θa gemäß dem Herunterdrückwinkel θa des Gaspedals 3 und
unter Berücksichtigung des Sollwerts von AFR berechnet.
Diese Berechnung des Drosselventil-Öffnungsverhältnisses θt/θa
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 θt/θa
berechnet.
Das Programm schreitet dann zu einem Schritt 630 fort, und der
Drosselventil-Öffnungsverhältnis-Änderungsmechanismus ändert
das Drosselventil-Öffnungsverhältnis derart, daß das
Sollverhältnis θt/θa 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 (3)
1. Leistungsregler fuhr einen Motor mit
einer Verbrennungskammer, einem Drosselventil mit einer ver änderbaren Öffnungsfläche, um einen Ansaugluft-Volumenstrom zu regulieren, welcher der Verbrennungskammer zugeführt wird, einem Gaspedal, welches das Drosselventil betätigt, und einer Einrichtung zum Zuführen von Kraftstoff zu der Verbrennungskammer, wobei der Leistungsregler aufweist:
eine Einrichtung zum Auswählen eines Luft-Kraftstoff-Ver hältnisses aus einer Mehrzahl von Luft-Kraftstoff-Verhält nissen,
eine Einrichtung zum Berechnen einer Soll-Drosselventil-Öffnungsfläche aufgrund der Gaspedalstellung und des ausge wählten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, dadurch gekennzeich net, daß die Einrichtung zum Berechnen der Soll-Drosselventil-Öffnungsfläche so ausgebildet ist, daß sie bei einem Wechsel von einem ausgewählten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem anderen Verhältnis das Verhältnis der Soll-Drosselventil-Öffnungsfläche zu dem ge wählten Luft-Kraftstoff-Verhältnis konstant hält.
einer Verbrennungskammer, einem Drosselventil mit einer ver änderbaren Öffnungsfläche, um einen Ansaugluft-Volumenstrom zu regulieren, welcher der Verbrennungskammer zugeführt wird, einem Gaspedal, welches das Drosselventil betätigt, und einer Einrichtung zum Zuführen von Kraftstoff zu der Verbrennungskammer, wobei der Leistungsregler aufweist:
eine Einrichtung zum Auswählen eines Luft-Kraftstoff-Ver hältnisses aus einer Mehrzahl von Luft-Kraftstoff-Verhält nissen,
eine Einrichtung zum Berechnen einer Soll-Drosselventil-Öffnungsfläche aufgrund der Gaspedalstellung und des ausge wählten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, dadurch gekennzeich net, daß die Einrichtung zum Berechnen der Soll-Drosselventil-Öffnungsfläche so ausgebildet ist, daß sie bei einem Wechsel von einem ausgewählten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem anderen Verhältnis das Verhältnis der Soll-Drosselventil-Öffnungsfläche zu dem ge wählten Luft-Kraftstoff-Verhältnis konstant hält.
2. Leistungsregler für einen Motor nach Anspruch 1, wobei
die Regler ein Drosselventil-Betätigungselement (21) auf
weist, welches die Drosselventil-Öffnungsfläche unabhängig
von einer Betätigung des Gaspedals (3) entsprechend der
Soll-Drosselventil-Öffnungsfläche ändern kann.
3. Leistungsregler für einen Motor nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die Reglereinrichtung einen Drosselventil-Öffnungsver
hältnis-Änderungsmechanismus aufweist, welcher eine Einrich
tung 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.
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