DE69432256T2

DE69432256T2 - Maschinenluftzufuhrsysteme

Info

Publication number: DE69432256T2
Application number: DE69432256T
Authority: DE
Inventors: Keith Melbourne; Philip Southern; Reginald Thompson
Original assignee: ORBITAL ENG AUSTRALIA; Orbital Engine Co Australia Pty Ltd
Current assignee: ORBITAL ENG AUSTRALIA; Orbital Engine Co Australia Pty Ltd
Priority date: 1993-06-30
Filing date: 1994-06-29
Publication date: 2003-10-09
Anticipated expiration: 2014-06-30
Also published as: KR960702573A; CZ320995A3; TW296416B; CN1120856A; CN1049040C; EP0706609A1; US5606951A; EP0706609B1; KR100338580B1; JPH09500433A; ATE234424T1; EP0706609A4; CA2164205A1; BR9407115A; DE69432256D1; WO1995001502A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Steuerung der Luftströmung in eine Verbrennungskraftmaschine, um eine wirksame und gesteuerte Verbrennung des der Maschine zugeführten Brennstoffs zu ermöglichen.
In einem Drive-By-Wire(DBW)-System hat der Fahrer keine direkte mechanische Kontrolle sowohl der Kraftstoffzufuhr als auch der Luftzufuhr zu einer Maschine oder einem Motor. Vielmehr wird das Gaspedal oder die Drosselsteuerung, die vom Fahrer betätigt werden, normalerweise verwendet, um die Stellung eines Drosselventils des Maschinenansaugsystems einzustellen. Das Einstellen des Drosselventils ergibt wiederum als Folge eine Luftströmung zur Maschine. Diese Art von DBW- System ist auf dem Gebiet der Technologie von Viertaktmaschinen oder -motoren allgemein bekannt.
Andere fortgeschrittenere DBW-Systeme können das vom Fahrer betätigte Gaspedal oder die Drosselsteuerung dazu verwenden, ein "Bedarfs"-Signal zu erzeugen, das von einer zentralen Recheneinheit (Electronic Control Unit bzw. ECU) verarbeitet wird, um die erforderliche Luft- und/oder Kraftstoffzufuhr zur Maschine zu liefern. Ein solches DBW-System kann entweder in ein auf Luftbasis oder auf Kraftstoffbasis arbeitendes System eingebaut werden, wenn gewünscht.
Beispielsweise in einem System auf Kraftstoffbasis, in welchem die Kraftstoffmenge oder -rate der Hauptsteuerparameter ist, wird die Maschinenlaststeuerung durchgeführt, indem die Menge des an die Maschine gegebenen Kraftstoffs gesteuert wird. Das Bedarfssignal des Bedieners wird in ein Signal umgewandelt, welches die nötige oder geforderte Kraftstoffrate für die Maschine darstellt. Von dieser geforderten Kraftstoffmenge zusammen mit anderen Motorbetriebsparametern wird die nötige oder geforderte Luftströmung für die Maschine bestimmt, und ein Drosselventil, das normalerweise elektrisch betätigt wird, wird so gesteuert, dass die Zuführung dieser geforderten Luftströmung möglich wird. Eine Verschiebung oder Verstellung des Drosselventils kann beispielsweise durch einen Schrittmotor oder eine Stellungsrückkopplungs-Steuereinrichtung erfolgen, die auf die Betätigungseinrichtung des Drosselventils einwirkt.
Um die geforderte Luftströmung zu erzielen, muss das Drosselventil so gesteuert oder betätigt werden, dass es sich in eine Stellung entsprechend der geforderten Luftströmung verstellt. Dies kann beispielsweise durch eine Rückkopplungs- Steuerschaltung erfolgen, welche die tatsächliche Luftströmungsmenge und die nötige oder geforderte Luftströmungsmenge vergleicht und dann die Drosselstellung entsprechend einstellt. Das heißt, die tatsächliche Luftströmung, die im Maschinenansaugsystem gemessen wird, wird verwendet, um jegliche Einstellung der Drosselventilstellung zu bewirken, bis die geforderte Luftströmung erreicht ist. Ein Beispiel für ein solches DBW-System auf Kraftstoffbasis ist in der Australischen Patentanmeldung Nr. 66831/81 der Mikuni Kogyo Co. Ltd. beschrieben.
Es wird jedoch bemerkt, dass die oben beschriebene Steuerstrategie nicht ganz zufriedenstellend ist, da sie an einer Zeitverzögerung im Ansprechen leidet, weil die Drosselverschiebung von Steuersignalen abhängt, die das Resultat von aufeinanderfolgenden Vergleichen zwischen der geforderten Luftströmung und der tatsächlichen Luftströmung der Maschine, wie im Ansaugsystem gemessen, sind. Das heißt, das Drosselventil wird verstellt oder angetrieben in eine bestimmte Stellung in Abhängigkeit von der gemessenen oder tatsächlichen Luftströmungsmenge, die mit der geforderten Luftströmungsmenge verglichen wird. Die Steuerstrategie erfordert daher, einen Fehler im Vergleich zwischen der tatsächlichen Luftströmungsmenge und der geforderten Luftströmungsmenge festzustellen, bevor die Drossel bewegt oder betätigt wird, und es sind normalerweise zahlreiche einzelne Kopplungsroutinen erforderlich, bevor das Drosselventil eine Stellung erreicht, die annehmbar dicht an der geforderten Drosselstellung liegt, welche der geforderten Luftströmung entspricht. Dies verursacht eine Verzögerung. Normalerweise wird diese Verzögerung weiter belastet durch die Tatsache, dass die Luftströmung sich nicht plötzlich ändert bei Änderung der Drosselstellung. Diese Gesamtverzögerung in der Ansprechzeit hat schädliche Wirkungen auf die Steuerung des Luft- /Kraftstoffverhältnisses.
In US-A-5 080 064 ist ein Steuersystem zum Steuern der Luftzufuhr zu einer Verbrennungskraftmaschine beschrieben, bei welchem die Stellung des Drosselventils durch einen Schrittmotor eingestellt wird, und eine elektronische Steuereinheit berechnet ein Steuersignal, das durch einen Basiswert bestimmt wird, der von einer Tabelle und weiteren Faktoren erhalten wird, die von der Differenz zwischen der gemessenen Luftströmung und der gewünschten Luftströmung abhängen. So wird das Steuersignal immer noch durch Bezugnahme auf die tatsächliche Luftströmung bestimmt.
Die vorliegende Erfindung sucht ein Verfahren zum Betreiben einer Maschine oder eines Motors zu schaffen, bei dem das oben beschriebene Problem überwunden oder wesentlich reduziert ist.
Im Hinblick auf dieses Ziel schafft die Erfindung das Verfahren nach Anspruch 1.
Es ist offensichtlich, dass ein solches Verfahren nicht nur eine Luftsteuerschleife mit Rückkopplung ("feed-back"), sondern auch eine Steuerschleife mit Vorwärtskopplung ("feed- forward") aufweist. Im Wesentlichen wird eine Soll- oder anfängliche Vorwärtskopplungs-Grobeinstellung ("coarse"setting) für die Drosselstellung aus dem vom Fahrer ausgelösten Signal bestimmt, und die Drosseleinrichtung wird in diese Grobeinstellung getrieben. Sodann wird eine Feineinstellung ("fine tuning") der Drosseleinrichtungsstellung mittels des Rückkopplungs-Luftzufuhrvergleichs oder des Korrekturschrittes des Verfahrens bewirkt, um eine genauere Einstellung der Drosselventilstellung zu erzielen. Normalerweise arbeitet die Vorwärtskopplungsschleife viel schneller als die Rückkopplungsschleife. Ferner ist zu bemerken, dass beide Steuerschleifen so ausgebildet sind, dass sie die Einstellung der Drosseleinrichtung gleichzeitig bewirken, oder die Rückkopplungsschleife kann tätig werden, wenn die Vorwärtskopplungsschleife zu der anfänglichen Einstellung der -Drosseleinrichtung geführt hat.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht aus einer "adaptiven" oder anpassenden Steuerstrategie, Welche periodisch eine Tabelle aktualisiert, die mit bestimmten Drosselstellungen für verschiedene Maschinen- oder Motorbetriebsbedingungen versehen ist. Das heißt, die anfängliche Sollstellung der Drosseleinrichtung, die aus einer Tabelle in Abhängigkeit zu vom Fahrer ausgelösten Signalen oder anderen Maschinenbetriebsbedingungen bestimmt wurde, kann periodisch neu definiert werden durch ein Annäherungsverfahren oder iteratives Verfahren, um die Drosselstellung genauer zu machen, welche die geforderte Luftströmung erzeugt. Dies kann in einer verhältnismäßig einfachen Weise erreicht werden, indem die Differenz zwischen der endgültigen Drosselstellung, welche die geforderte Luftströmung liefert, und der anfänglichen Grobeinstellung der Drosselstellung bestimmt wird. Diese Differenz entspricht dem Korrekturbetrag, der an der anfänglichen Drosselstellung durchgeführt wurde, und kann periodisch angewendet werden, um die Werte innerhalb der Drosselstellungstabelle zu aktualisieren, oder kann als Korrekturfaktor für diese Tabelle verwendet werden. Auf diese Weise wird ein genauer Satz von Drosselstellungswerten im Zeitverlauf und entsprechend im Maschinenbetriebsablauf (engine operating history) definiert, was ermöglicht, dass die Anzahl von erforderlichen Annäherungsschritten zur Erzielung der endgültigen Drosselstellung reduziert werden kann. Diese Verbesserung ermöglicht ein besseres Ansprechen auf die vom Bediener oder Fahrer geforderten Änderungen.
Die Erfindung wird zweckmäßigerweise verwirklicht durch ein Steuersystem für eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 8.
Zweckmäßigerweise ist die erste Steuereinrichtung ein Drosselventil, und es werden Werte der Drosselstellung für eine bestimmte Bedieneranforderung, beispielsweise Pedalstellung, und für verschiedene Maschinenbetriebsbedingungen in einer Tabelle innerhalb einer elektronischen Steuereinheit (ECU) gespeichert. Diese Werte der Drosselstellung werden ideal eingestellt, um eine beste Annäherung an die geförderte Luftströmung im Luftansaugkanal für einen gegebenen Bedienerbefehl zu erzielen. Dies ermöglicht ein schnelleres Ansprechen der bei einer bestimmten Bedieneranforderung im Luftansaugkanal erreichten Luftströmung. Diese grobe oder Vorwärtskopplungs-Stellungseinstellung, die eine erste Annäherung an die geforderte Drosselstellung ist, die zur Erzielung der geforderten Luftströmung notwendig ist, führt zu einer bestimmten Luftströmung innerhalb des Luftansaugkanals. Diese bestimmte oder tatsächliche Luftströmung wird verglichen mit der notwendigen oder geforderten Luftströmung, die durch die zweite Steuereinrichtung bestimmt wird. Wenn nötig, wird sodann die Drosselstellung fein abgestimmt oder eingestellt, um eine - weitere Annäherung an die geforderte Luftmenge zu erzielen. Dieses iterative Rückkopplungsverfahren wird fortgesetzt, bis die gemessene oder tatsächliche Luftströmung innerhalb des Luftansaugkanals das Erfordernis der angeforderten Luft für ein bestimmtes vom Fahrer ausgelöstes Signal erfüllt. Es wird jedoch bemerkt, dass dieses iterative Rückkopplungsverfahren stattfinden kann, während die Drossel in die erste angenäherte Grobeinstellung verstellt wird. Dieses iterative Rückkopplungsverfahren kann in einer Form oder einer Kombination von zwei Formen auftreten, d. h. eine Rückkopplungsschleife bezogen auf die Drosselstellung und eine Rückkopplungsschleife bezogen auf einen Vergleich der tatsächlichen Luftströmung mit der geforderten Luftströmung.
Die zweite Steuereinrichtung ist zweckmäßigerweise eine ECU, welche das gesamte Maschinenbetriebssystem steuert. Die Fahreranforderung oder der Fahrerbefehl wird zweckmäßigerweise als Funktion der Gaspedalstellung erzeugt, und die entsprechenden Drosselstellungswerte beziehen sich auf eine bestimmte Pedalstellung. Vorteilhafterweise werden jedoch die Drosselstellungswerte nicht nur auf die Gaspedalstellung bezogen, sondern werden bezüglich Änderungen von Maschine zu Maschine und Maschinenbetriebsbedingungen kompensiert.
Die Erfindung kann auch zweckmäßigerweise in dem Maschinen- Luftzufuhrsystem verwirklicht werden, das in der unerledigten Australischen Patentanmeldung Nr. 51065/90 der Anmelderin beschrieben ist. Dieses System hat zwei Luftansaugkanäle, deren einer mit einem vom Fahrer betätigten Mechanismus versehen ist, um die Luftansaugung zu steuern, und deren anderer mit einer Betätigungseinrichtung zur Steuerung der Luftansaugung versehen ist, welche unter der Steuerung einer ECU in Abhängigkeit von abgetasteten Maschinenbetriebsbedingungen betätigbar ist. Die letztere Betätigungseinrichtung ist diejenige, die entsprechend der ersten Steuereinrichtung der Erfindung betätigt wird. In einem solchen System würde der letztere Betätigungsmechanismus vorzugsweise mit einer bestimmten Form einer Stellungsensoreinrichtung derart versehen sein, dass die Stellung der Betätigungseinrichtung innerhalb des zweiten Luftansaugkanals durch die ECU bestimmt werden kann.
In einem dritten Aspekt schafft die Erfindung ein Verfahren zum Erfassen oder Diagnostizieren von Fehlern in einem Maschinensteuersystem gemäß der Erfindung, wie oben beschrieben, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Solleinstellung entsprechend des Maschinenbetriebsablaufes (engine opering history) aktualisiert und innerhalb einer Tabelle gespeichert wird, wobei die aktualisierte Einstellung in der Tabelle mit der Solleinstellung verglichen wird, um das Auftreten von Fehlern innerhalb des Maschinensteuersystems zu bestimmen.
Dieser Aspekt kann in der folgenden Weise verwirklicht werden. Wenn Maschinentabellen erzeugt werden, ist die Drosselstellungs-Solleinstellung normalerweise in Bezug auf die Maschinendrehzahl und -last gekennzeichnet sowie verschiedener anderer Faktoren, wie Außentemperatur und Außendruck. Wenn die Tabelle im Zeitverlauf auf der Grundlage des Wertes der entsprechenden Endstellung aktualisiert wird, nachdem eine anfängliche Sollstellung eingestellt worden ist, werden die Werte für die anfänglichen Einstellungen so modifiziert, dass sie sich den Werten nähern oder besser annähern, welche die endgültigen Einstellungen vermutlich erreichen. Ein Vergleich der tatsächlichen oder gemessenen Werte mit diesen erwarteten Werten ergibt Informationen über das Auftreten von Fehlern in der Maschine.
Beispielsweise kann eine Einstellung, die außerhalb des erwarteten Bereiches liegt, eine übermäßige oder unzureichende Luftströmung anzeigen. Diese Information kann die Anwesenheit eines Lecks bzw. einer Blockierung im Luftansaugsystem der Maschine nahelegen.
Ferner kann ein solches Fehlererfassungssystem Maschinenbetriebsbedingungen, wie Temperatur und Druck, berücksichtigten. Zum Beispiel in Bereichen großer Höhe können Fahrer einen Druckabfall antreffen, der eine weitere Öffnung der Drossel erfordert, um die gleiche Luftströmungsmenge bei einer gegebenen Maschinenbelastung und -drehzahl zu erhalten, die bei einer niedrigeren Höhe erforderlich wäre.
Bei der Erfassung eines solchen Fehlers oder nachteiligen Betriebszustandes kann die Maschine oder der Motor noch in einem Modus betrieben werden, in welchem die Drosselzielstellung in Abhängigkeit von dem vom Fahrer ausgelösten Signal eingestellt und entsprechend einer Rückkopplungs- oder Drosselstellung eingestellt werden. Das heißt, die tatsächliche Drosselstellung wird mit dem in einer Tabelle, die auf die jeweilige Luft- und/oder Kraftstoff-Anforderung der Maschine anwendbar ist, aufgeführten Wert verglichen und so eingestellt, dass die Differenz oder der Fehler in der Stellung minimal wird.
Die Erfindung läßt sich besser verstehen aus der folgenden Beschreibung der praktischen Ausführungsform des Luftzufuhrsteuersystems, wie es in den Figuren dargestellt ist.
Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des Luftansaugsystems und der Steuerung desselben;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Luftansaugsystems und der Steuerung desselben; und
Fig. 3 ein Blockschema eines erfindungsgemäßen Steuersystems.
Bezugnehmend auf Fig. 1 enthält die Dreizylindermaschine 8 ein Luftansaugrohr 7 und ein Abgasrohr 10. Das Ansaugrohr 7 steht in Verbindung mit einem Luftansaugkanal 11, der Luft durch einen üblichen Luftfilterkasten 9 erhält. Im Luftansaugkanal 11 ist ein motorgesteuertes Drosselventil 12 angebracht. Ein Luftströmungssensor 6 ist im Ansaugkanal 11 auf der Zuströmseite des Drosselventils 12 vorgesehen. Der Luftströmungssensor 6 tastet die tatsächliche Luftzufuhrmenge zur Maschine 8 durch den Luftansaugkanal 11 ab.
Wenn bei Betrieb der Fahrer das Gaspedal 14 aus einer Leerlaufstellung betätigt, gibt das Potentiometer 2 ein Signal zur elektronischen Steuereinheit (ECU) 17, die den Lastbedarf der Maschine 8 anzeigt. Die ECU 17, welche mit einer geeigneten Tabelle versehen ist, bestimmt daraus die von der Maschine 8 abgeforderte Kraftstoffmenge und die notwendige Luftströmung in die Maschine 8, um das gewünschte Luft-/Kraftstoffverhältnis in den Verbrennungskammern desselben zu erzielen. Zusätzlich stellt die ECU 17 eine anfängliche Zielstellung für das Drosselventil 12 fest. Diese Zielstellung wird aus einer geeigneten Drosselstellungs-Tabelle bestimmt, die Werte enthält, welche eine beste Annäherung an die geforderte Drosselstellung ergeben, welche die geforderte Luftströmung zur Maschine ergibt. Das heißt, diese Tabelle liefert eine "grobe" Vorwärtskopplungs-Stellung für das Drosselventil 12. Die ECU 17 empfängt geeignete Signale aus einer Drosselstellungs-Rückkopplungsschleife, die anzeigt, ob das Drosselventil 12 innerhalb gewisser vorbestimmter Grenzen der dafür gewünschten Einstellung angeordnet ist.
Die ECU 17 gibt ein geeignetes Signal ab, um den Drosselventil-Servomotor 5 zu betätigen und das Drosselventil 12 in die Position zu verschieben, die so bestimmt ist, dass die erforderliche Menge an Luft durch den Luftansaugkanal 11 zum Luftansaugrohr 7 strömt. Die Feineinstellungssteuerung der Stellung des Drosselventils 12 wird entsprechend der vom Luftströmungssensor 6 gemessenen Luftströmung vorgesehen. Die tatsächliche Luftströmung durch den Luftansaugkanal 11 wird mit der geforderten Luftströmung, wie von der ECU 17 bestimmt, verglichen, und das Drosselventil 12 wird durch den Servomotor 5 in der erforderlichen Weise eingestellt. Das heißt, die anfängliche Einstellung wird durch diese Rückkopplungsanordnung feineingestellt, um die Stellung des Drosselventils 12 feinabzustimmen. Es ist auch festzustellen, dass diese Rückkopplung auf die tatsächliche Luftströmung durch den Luftansaugkanal auch eintritt, während das Drosselventil 12 in seine anfängliche Zielstellung durch den Servomotor 5 getrieben wird.
Wenn die Drosselstellung in die Stellung gebracht worden ist, welche der Bedarf an Luftströmung zur Maschine ergibt, ist der Fehler in der Drosselstellung und der geforderten Luftströmung annehmbar klein, und daher bleibt das Drosselsteuersystem in einem passiven Modus, bis ein weiteres vom Fahrer ausgelöstes Signal von der ECU empfangen wird, beispielsweise als Folge einer Änderung der Gaspedalstellung durch den Fahrer.
Bei einer zweiten, in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist ein zweiter Luftansaug- oder Bypasskanal 13 vorgesehen, der bit dem Hauptansaugkanal 11 sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts vom Drosselventil 1·2 derart verbunden ist, dass Luft zur Maschine 8 auch strömen kann, wenn das Drosselventil 12 sich in der geschlossenen Stellung befindet. In den Bypasskanal 13 ist ein motorbetätigtes Strömungssteuerventil 18 eingebaut. Das Strömungssteuerventil 18 ist mit einer geeigneten Stellungsrückkopplungs-Steuereinrichtung versehen.
In diesem Fall steuert der Fahrer für eine Mehrzahl der Maschinenbetriebsbereiche die anfängliche Stellung des Drosselventils 12 über einen Verbindungsmechanismus 15 mit dem Gaspedal 14, das mit einem dem Drosselventil 12 zugeordneten Arm 4 gekoppelt ist. Normalerweise ist bei niedrigen Belastungen das Drosselventil 12 meist geschlossen, und die Luftströmung zur Maschine 8 erfolgt hauptsächlich durch den Bypasskanal 13 unter der Steuerung des Strömungssteuerventils 18. Dies ist im Allgemeinen auch unter Leerlaufbedingungen der Fall. In diesem Zusammenhang kann eine Totganganordnung in Verbindung mit dem Verbindungsmechanismus 15 vorgesehen werden, wie bei 19 gezeigt, wobei bei niedrigen Belastungen die Bewegung des Beschleunigungspedals 14 tatsächlich nicht zu einer Verschiebung des Drosselventils 12 führt. Bei mittleren und hohen Betriebsbelastungen wird die Luftströmung zur Maschine 8 grundsätzlich durch das Drosselventil 12 gesteuert. Das Ventil 18 kann jedoch die Funktion haben, eine Feineinstellung vorzunehmen oder eine Korrektur für die Luftströmung zur Maschine 8 vorzusehen.
Bei einer Anordnung kann die ECU 17, wie in Verbindung mit der ersten Ausführungsform beschrieben, angepasst werden, um eine anfängliche Grobeinstellung für das Strömungssteuerventil 18 zu bestimmten, und sodann die Stellung desselben feineinzustellen, um die geforderte Luftströmung zur Maschine 8 genau zu erhalten, insbesondere bei niedriger Belastung. Statt dessen können die Ventile 12 und 18 beide ECU-gesteuert sein, so dass sie beide auf eine anfängliche Stellung entsprechend einer bestimmten Pedalstellung eingestellt und sodann "feineingestellt" werden, um die geforderte Luftströmung an die Maschine 8 abzugeben. Geeignete Tabellen können vorgesehen werden, um geeignete Stellungswerte für eine Reihe von verschiedenen Maschinenbetriebsbedingungen zu liefern.
Mit Bezugnahme auf Fig. 3 wird der Betrieb des Steuersystems beschrieben. Entsprechend der Gaspedalstellung und den Maschinenbetriebsparametern, wie Maschinendrehzahl, erzeugt die ECU 17 eine anfängliche Grobeinstellung S für die Drosselstellung. Zweckmäßigerweise wird die erzeugte Drosselstellung S durch eine Tabelle bestimmt, welche Werte der Drosselstellung als direkte oder indirekte Funktion der Pedalstellung und der Maschinendrehzahl enthält. Die ECU 17 erzeugt ferner den geforderten Kraftstoff je Zyklus (fuel per cycle bzw. FPC) und die entsprechende geforderte Luft je Zyklus (air per cycle bzw. APC) für die Maschine. Die gewünschte Einstellung S des Drosselventils 12 wird mit der tatsächlichen Einstellung desselben mittels einer Drosselventilstellungs-Rückkopplungsschleife verglichen. Die Differenz oder der Fehler F zwischen diesen beiden Werten wird in die ECU 17 eingegeben, welche die Drosselventilstellung entsprechend einstellt. Dies ist eine ziemlich schnell wirkende Rückkopplungsschleife, welche gleichzeitig mit den anderen Rückkopplungs- und Vorwärtskopplungsschleifen des Steuersystems arbeitet.
Wie nachfolgend näher erläutert, können die Werte von S aktualisiert oder entsprechend den Änderungen von Maschine zu Maschine und/oder entsprechend einem Verlauf des Maschinenbetriebs modifiziert werden. Beispielsweise kann bei früherem Maschinenbetrieb eine bestimmte Belastung und Drehzahl zuletzt erfordert haben, dass das Drosselventil auf einen Winkel S &sub1; eingestellt wurde, wobei die anfängliche Grobeinstellung desselben bei einem Winkel S lag. Entsprechend kann die Drosselstellungstabelle periodisch aktualisiert werden, so dass beim nächsten Eintreten dieses Maschinenbelastungs- und Drehzahl-Betriebspunktes für die gleichen Betriebsbedingungen die Drossel anfänglich auf S &sub1; und nicht auf S verschoben wird.
Alternativ können diese Daten aus dem bisherigen Betriebsablauf der Maschine verwendet werden, um eine getrennte Drosselstellungs-Korrekturtabelle zu aktualisieren oder zu modifizieren, die in Verbindung mit der Drosselstellungstabelle S für das Drosselventil bestimmt. Jedes dieser Systeme kann auch abhängig gemacht werden von anderen Parametern, wie Außentemperatur und -druck. Auf diese Weise kann das Verfahren zum Steuern der Luftzufuhr zur Maschine angepasst werden und kann Änderungen während der Lebensdauer der Maschine kompensieren.
Die erzeugte tatsächliche Luftströmung wird sodann vom Luftströmungssensor 6 gemessen und mit dem Bedarf APC verglichen, wonach, wenn erforderlich, die Position S des Drosselventils 12 feineingestellt wird, bis der Bedarf APC erreicht ist. Bei der Anwendung der Erfindung kann leicht eine gewisse Feineinstellung der Drosselventilstellung erforderlich werden, da, um ein schnelles Ansprechen auf das vom Fahrer ausgelöste Signal zu erzielen, die Drosselventilstellung S anfänglich auf eine "grobe" Vorwärtskopplungs-Einstellung gesetzt wird, die nicht notwendigerweise mit derjenigen Einstellung genau gleich ist, die zur Lieferung der erforderlichen Luftströmung notwendig ist.
Wie in Fig. 3 gezeigt, werden Steuereinrichtungen mit geschlossener Schleife, wie die PID(proportional integral derivative)-Steuereinrichtung A für die Drosselstellung und die PI(proportional integral)-Steuereinrichtung B für die Luftströmung, im Steuersystem verwendet, wie es dem Fachmann bekannt ist. Dem Fachmann dürfte jedoch klar sein, dass auch andere geeignete Steuereinrichtungen verwendet werden können, wenn gewünscht.
Wie oben erwähnt, kann das Ausmaß der Korrektur an der anfänglichen Drosselstellung S auf einem Minimum gehalten werden, wenn man das System so ausbildet, dass eine Beziehung zwischen der Drosselventilstellung und dem Luftbedarf je Zyklus für jeden gegebenen Punkt in der Zeit und in dem Satz von Maschinenbetriebsbedingungen geeignet abgeleitet wird. Da eine solche Beziehung sich mit der Zeit leicht ändern kann, kann sie mit der Zeit verbessert werden, indem Werte für die Drosselstellung S und das gemessene APC gespeichert und diese Werte in Beziehung gesetzt werden, um einen minimalen Fehler bei der anfänglichen Grobeinstellung S des Drosselventils 12 zu erhalten. Ferner kann, wie oben beschrieben, die Beziehung die Maschinenbetriebsbedingungen (zum Beispiel Maschinendrehzahl und -belastung), andere Parameter, wie Außentemperatur und -druck, und Pedalstellung berücksichtigen, um eine Tabelle zu schaffen, welche die geforderte Drosselventilstellung S für jede bestimmte Maschinenbetriebsbedingung, andere bestimmte Parameter und Pedalstellungen während der Lebensdauer der Maschine erzeugt. Auf diese Weise kann der Grad der Überkompensierung oder Unterkompensierung, der sich aus der anfänglich gewählten Drosselstellung S ergibt, reduziert werden wie auch die Ansprechverzögerung als Folge der Reduzierung der Anzahl von Annäherungen, die erforderlich sind, um ein annehmbar gemessenes APC zu erhalten, welches dem Bedarf APC entspricht, wie er durch die ECU 17 bestimmt wurde.
In dieser Hinsicht arbeitet ein solches adaptives Steuersystem nahezu vollständig in der oben beschriebenen Weise. Der Drosselventil-Servomotor 5 wird so betätigt, dass das Drosselventil 12 in die durch die ECU 17 bestimmte Anfangsstellung verstellt wird, wobei die Drosselstellungs-Rückkopplungsschleife alle notwendigen Einstellungen für die Einstellung der Drosselstellung bewirkt. Die tatsächliche Luftströmungsmenge wird sodann gemessen und mit dem Bedarf APC verglichen, der ebenfalls durch die ECU 17 entsprechend dem Kraftstoffbedarf und der Maschinendrehzahl festgesetzt wird. Der erhaltene Fehler A zwischen dem Bedarf APC und dem tatsächlichen oder gemessenen APC wird sodann in die ECU 17 gegeben, welche den nächsten Wert für die Drosselventilstellung berechnet. So wird ein Annäherungsverfahren ausgelöst, das fortgesetzt wird, bis der Fehler A auf einem annehmbaren Wert reduziert ist.
Wiederum unter Bezugnahme auf die adaptive Natur des hier beschriebenen Steuersystems, kann die Tabelle auf Grundlage des Fehlers A so modifiziert werden, dass die Werte für die anfängliche Drosseleinstellung den Fehler A auf den geringsmöglichen Wert reduzieren, wodurch ein Verlust an Genauigkeit der Luftströmung und/oder der Ansprechzeit bei Durchführung des oben beschriebenen Annäherungsverfahrens vermieden wird. In diesem Sinne ist das Steuerverfahren und -system gemäß der Erfindung robust gegen Änderungen der Maschinenbetriebsbedingungen, die während der Lebensdauer der Maschine eintreten und welche sich aus dem Einlecken von Luft in das Luftansaugsystem ergeben können, was die Steuerung der Luftströmung nachteilig beeinflussen könnte, wenn es nicht durch die ECU 17 kompensiert wird.
Bei einer weiteren Variante der Erfindung kann die ECU 17 durch einen Erfassungs- oder Diagnosemodus ergänzt werden, welcher einen Hersteller oder Benutzer über Fehler in einer Maschine informiert, beispielsweise bezüglich des Maschinenbetriebs, der Leistung und der Komponenten im Luftansaugsystem. Wie oben erläutert, wird die Anwesenheit solcher Fehler offensichtlich bei einem Vergleich der von der ECU 17 bestimmten anfänglichen oder Vorwärtskopplungs-Einstellungen mit denjenigen, die mittels der oben erwähnten Rückkopplungs- Steuerschleifen des Luftströmungs-Steuersystems erzielt wurden. Dabei kann die Differenz zwischen den anfänglichen oder Vorwärtskopplungs-Drosselstellungseinstellungen und/oder den darauf bezogenen Luftströmungswerten im Vergleichen mit den durch die Rückkopplungs-Steuerschleifen erzielten tatsächlichen Werten zur Anzeige eines Fehlers verwendet werden. Zum Beispiel können viel niedrigere Werte der Einstellung der Drosselstellung, als erwartet im Vergleich mit der anfänglichen groben Drosseleinstellung Lecks im Luftansaugsystem anzeigen. Andere Fehler, wie Probleme mit dem Luftströmungssensor 6 oder Ungenauigkeiten in der Drosselstellungs-Rückkopplungseinrichtung, können ebenfalls durch einen solchen Diagnosemodus des Steuersystems bestimmt werden.
Der Diagnosemodus kann komplementär zu einem Anpassungs- oder Adaptionsmodus des Steuersystems ausgeführt werden, indem ein gewisser Bereich von Werten für die Anpassung des Systems im Zeitverlauf zugelassen werden kann. Sollten jedoch die modifizierten oder korrigierten Werte außerhalb diesen Bereich fallen, wird ein Fehler angezeigt, auf den je nach Erfordernis eingewirkt werden kann.
Schließlich kann bei einer weiteren Variante der Erfindung die ECU 17 so ausgebildet werden, dass sie in einem "Heimhink- oder limp-home"-Modus arbeitet, falls ein Fehler oder Problem das Luftansaugsystem beeinträchtigt. Insbesondere wenn der Luftströmungssensor 6 ausfällt, ist eine ausreichende Steuerung des Luftansaugsystems möglich, um den Maschinenbetrieb fortzusetzen. In diesem Zusammenhang stützt sich das Steuersystem einfach auf die anfängliche Vorwärtskopplungs- Einstellung der Drosseleinrichtung, um eine erforderliche Luftströmung für den zufriedenstellenden Betrieb der Maschine liefern zu können. Ein solches "limp-home"-System würde in der Lage sein, eine tatsächliche Luftströmung im Luftansaugkanal 11 zu erzeugen, die ausreichend nahe an der geforderten Luftströmung liegt, um dem Fahrzeugfahrer zu ermöglichen, den Antrieb des Fahrzeugs fortzusetzen, bis eine erforderliche Wartung oder Reparatur daran ausgeführt ist.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung der Luftzufuhr zu einer Verbrennungskraftmaschine (8) mit einer Drosseleinrichtung (12) zur Drosselung der Luftströmung zur Maschine (8), welches umfasst:

Feststellen des Luftbedarfs der Maschine in Abhängigkeit von einem vom Fahrer ausgelösten Signal; und

Feststellen einer tatsächlichen Menge der Luftzufuhr zur Maschine (8) und Vergleichen der tatsächlichen Menge der Luftzufuhr mit dem festgestellten Luftbedarf;

Feststellen einer Sollstellung der Drosseleinrichtung (12) in Abhängigkeit von dem vom Fahrer ausgelösten Signal;

Verschieben der Drosseleinrichtung (12) zur Sollstellung hin;

gekennzeichnet durch Steuern der Verschiebung der Drosseleinrichtung zur Sollstellung hin durch eine Drosselstellungs-Rückkopplungsschleife aufgrund des Signals eines Drosseleinrichtungs-Stellungssensors, um dadurch eine schnelle Einstellung der Drosseleinrichtung innerhalb bestimmter Grenzen der Sollstellung zu erhalten; und

Einstellen der Stellung der Drosseleinrichtung (12) durch eine Luftströmungs-Rückkopplungsschleife, indem die Sollstellung aufgrund des Vergleichs zwischen der tatsächlichen Menge der Luftzufuhr und dem festgestellten Luftbedarf korrigiert wird, um dadurch eine Feineinstellung der Drosseleinrichtung infolge einer Bewegung der Drosseleinrichtung in eine Stellung innerhalb der Grenzen der Sollstellung zu erreichen und dadurch die tatsächliche Menge der Luftzufuhr innerhalb annehmbarer Betriebsgrenzen des festgestellten Luftbedarfs zu bringen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Sollstellung der Drosseleinrichtung (12) bei Änderungen in den Maschinenbetriebsbedingungen und Parametern kompensiert wird, was ermöglicht, dass die Sollstellung der Drosseleinrichtung (12) die dem festgestellten Luftbedarf der Maschine über den Zeitverlauf entsprechende Stellung enger annähert.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem die Sollstellung der Drosseleinrichtung (12) bei Änderungen von Maschine zu Maschine kompensiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei welchem die Maschinenbetriebsbedingungen und Parameter Maschinendrehzahl, Maschinenbelastung, Luftansaugtemperatur und Druck im Luftansaugrohr (7), Außentemperatur und Außendruck umfassen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem die Sollstellung der Drosseleinrichtung (12) durch eine Tabelle innerhalb einer Maschinensteuereinheit (17) entsprechend dem vom Fahrer ausgelösten Signal geliefert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem die Sollstellung ein annehmbarer Bereich von Stellungswerten ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem das vom Fahrer ausgelöste Signal einer Gaspedalstellung entspricht.

8. Steuersystem für Verbrennungskraftmaschinen, welche aufweist:

wenigstens einen Luftansaugkanal (7), durch den Luft zur Maschine strömt;

eine erste Steuereinrichtung (12), die in dem wenigstens einen Luftansaugkanal (7) angeordnet und so betätigbar ist, dass sie die Menge der Luftströmung durch den wenigstens einen Luftansaugkanal ändert;

eine Meßeinrichtung (6) zur Feststellung einer tatsächlichen Luftströmungsmenge durch den wenigstens einen Luftansaugkanal (7); und

eine zweite Steuereinrichtung (17), die betätigbar ist, um einen Luft- und/oder Kraftstoffbedarf der Maschine in Abhängigkeit von einem vom Fahrer ausgelösten Signal festzustellen;

dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Steuereinrichtung (17) auch eine Solleinstellung für die erste Steuereinrichtung (12) bei Feststellung des Luft- und/oder Kraftstoffbedarfs der Maschine (8) feststellt;

die erste Steuereinrichtung (12) eine Drosseleinrichtung zur Drosselung der Luftströmung zur Maschine (8) enthält, und eine Drosselstellungs-Rückkopplungsschleife vorgesehen ist, um die Verschiebung der Drosseleinrichtung zu der Solleinstellung hin zu steuern, welche durch die zweite Steuereinrichtung aufgrund des Signals eines Drosseleinrichtungs- Stellungssensors festgestellt wird, um dadurch eine schnelle Einstellung der Drosseleinrichtung innerhalb bestimmter Grenzen der Solleinstellung zu erreichen; und

die zweite Steuereinrichtung (17) eine Luftströmungs- Rückkopplungsschleife enthält, um die tatsächliche Menge der Luftströmung, die von der Meßeinrichtung (6) gemessen wurde, mit dem festgestellten Luftbedarf zu vergleichen, um die Sollstellung der ersten Steuereinrichtung (12) zu korrigieren, damit die erste Steuereinrichtung (12) durch die zweite Steuereinrichtung (17) gesteuert wird, um eine Feineinstellung der Drosseleinrichtung infolge einer Verschiebung der Drosseleinrichtung in eine Stellung innerhalb der Grenzen der Sollstellung zu erzielen, so dass die tatsächliche Menge der Luftströmung innerhalb annehmbarer Betriebsgrenzen des festgestellten Luftbedarfs eingestellt wird.

9. System nach Anspruch 8, bei welchem wenigstens ein Luftansaugkanal einen weiteren Luftansaugkanal (13) enthält.

10. System nach Anspruch 9, bei welchem die erste Steuereinrichtung (18) in dem weiteren Luftansaugkanal (13) angeordnet ist.

11. System nach Anspruch 9, bei welchem der weitere Luftansaugkanal eine dritte Steuereinrichtung (18) umfasst, die durch die zweite Steuereinrichtung (17) derart steuerbar ist, dass eine Luftströmungsmenge durch den weiteren Luftansaugkanal innerhalb vorbestimmter Grenzen gehalten wird.

12. System nach Anspruch 11, bei welchem die zweite Steuereinrichtung (17) eine Sollstellung für die dritte Steuereinrichtung (18) bei Feststellung des Luft- und/oder Kraftstoffbedarfs der Maschine (8) feststellt.

13. System nach einem der Ansprüche 8 bis 12, bei welchem die Sollstellung ein annehmbarer Bereich von Stellungswerten ist.

14. System nach Anspruch 12, bei welchem die Solleinstellung einer Steuereinrichtung (12, 18) bei Änderungen der Maschinenbetriebsbedingungen und Parameter kompensiert wird, was ermöglicht, dass die Sollstellung die dem festgestellten Luftbedarf der Maschine (8) über den Zeitverlauf entsprechende Einstellung enger annähert.

15. System nach Anspruch 14, bei welchem die Sollstellung der Steuereinrichtung (12) bei Änderungen von Maschine zu Maschine kompensiert wird.

16. System nach Anspruch 14, bei welchem die Maschinenbetriebsbedingungen und Parameter die Maschinendrehzahl, die Maschinenbelastung, die Temperatur im Luftansaugkanal und den Druck im Luftansaugkanal, der Außentemperatur, den Außendruck umfassen.

17. System nach einem der Ansprüche 11, 13, 15 oder 16, bei welchem die Sollstellung wenigstens der ersten Steuereinrichtung (12) und der dritten Steuereinrichtung (18) durch eine Tabelle innerhalb der zweiten Steuereinrichtung entsprechend dem vom Fahrer ausgelösten Signal geliefert wird.

18. System nach einem der Ansprüche 8 bis 17, bei welchem das vom Fahrer ausgelöste Signal einer Gaspedalstellung entspricht.

19. System nach einem der Ansprüche 8 bis 18, bei welchem die erste Steuereinrichtung ein Drosselventil (12) ist.

20. Verfahren zum Erfassen von Fehlern in einem Maschinensteuersystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollstellung entsprechend dem Betriebsverlauf der Maschine (8) aktualisiert und in einer Tabelle gespeichert wird, wobei die aktualisierte Einstellung in der Tabelle mit der Sollstellung verglichen wird, um das Auftreten von Fehlern innerhalb des Maschinensteuersystems festzustellen.

21. Verfahren nach Anspruch 20, bei welchem bei Erfassung eines Fehlers innerhalb der Maschine (8) die Luftströmung zur Maschine (8) entsprechend einer Sollstellung für die erste Steuereinrichtung (12) gesteuert wird, wie sie in Abhängigkeit von einem vom Fahrer ausgelösten Signal festgestellt wurde, und die Einstellung der ersten Steuereinrichtung (12) mit einer tabellierten Einstellung verglichen wird, die auf den Luft- und/oder Kraftstoffbedarf der Maschine (8) anwendbar ist und eingestellt wird, wenn die tatsächliche Einstellung der ersten Steuereinrichtung (12) sich von der tabellierten Einstellung um einen größeren Abstand als annehmbar unterscheidet, um die tatsächliche Einstellung und die tabellierte Einstellung in engere Übereinstimmung zu bringen.

22. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollstellung entsprechend dem Betriebsverlauf der Maschine (8) aktualisiert und in einer Tabelle gespeichert wird, wobei die aktualisierte Einstellung in der Tabelle mit der Sollstellungs-Einstellung verglichen wird, um das Auftreten von Fehlern in der Maschine (8) festzustellen.