DE69828473T2

DE69828473T2 - Leerlaufdrehzahlregelvorrichtung für Kraftfahrzeugmotor.

Info

Publication number: DE69828473T2
Application number: DE69828473T
Authority: DE
Inventors: Borys Joseph Allen Park Melnyk; Thomas Scott Canton Gee
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 1997-10-06
Filing date: 1998-10-05
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2018-10-06
Also published as: EP0908614A3; DE69828473D1; US5806486A; EP0908614B1; EP0908614A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein System zur Steuerung der Leerlaufdrehzahl eines Kraftfahrzeugmotors.
Motorleerlaufdrehzahl-Regelstrategien, die im Anschluß an den Kaltstart eines Motors zu dessen Steuerung verwendet werden, lassen den Motor üblicherweise mit einer höheren Drehzahl laufen, bis das Kühlmittel eine gegebene Temperatur erreicht hat, siehe hierzu z.B. die JP 62070643A . Alternativ dazu werden Motoren auch über einen festen Zeitraum oder sogar über einen variablen Zeitraum in dieser Weise betrieben. Ein Problem mit den bisherigen Verfahren ist, daß temperaturbezogene Systeme nicht in der Lage sind, solche Situationen zu verarbeiten, in welchen eine erhöhte Motordrehzahl wünschenswert ist, um den Motor nach einem Warmstart herunterzukühlen. Und zeitbezogene Systeme können solche wichtigen Warmlauffaktoren wie z.B. die Fahrweise und den Betrieb von Nebenaggregaten nicht berücksichtigen. Nach einem Warmstart ist es wichtig, rasch einen stabilen Motorleerlauf herzustellen, und dies wird dadurch gefördert, daß die Leerlaufdrehzahl vorübergehend angehoben wird, um den Motor abzukühlen. Schließlich wird bei bisherigen Leerlaufregelsystemen die Funktion mit großem Öffnungsgrad entweder abrupt oder stufenweise beendet. Auch das ist unerwünscht, weil stufenweise Änderungen in der Leerlaufdrehzahl für den Fahrer potentiell störend wirken.
Die vorliegende Erfindung bringt einen Algorithmus zum Einsatz, der wenigstens einen Eingang für die Motordrehzahl und die Motorlast hat, um so die Motordrehzahl nach einem Kaltstart zu steuern, so daß eine präzisere Regelung der Motordrehzahl möglich wird, mit dem Vorteil, daß dabei auch die Kraftstoffersparnis verbessert wird und unnötige Abgasemissionen vermieden werden.
Der vorliegenden Erfindung zufolge wird ein System zur Steuerung der Leerlaufdrehzahl eines Kraftfahrzeugmotors gestellt, welches folgendes aufweist: mehrere Sensoren zur Erfassung von Werten von Motorbetriebsparametern einschließlich wenigstens eines Sensors zur Messung einer mit dem Betrieb des Motors verbundenen Temperatur, sowie mit Sensoren mit Ausgängen, über welche die Motordrehzahl und -Last ermittelt werden können; ein Leerlaufdrehzahlmodul zur Steuerung der Motordrehzahl im Leerlaufbetrieb; und eine Motorsteuerung zum Empfang der Ausgänge von den Sensoren und zum Betreiben des Leerlaufdrehzahlmoduls; wobei besagte Motorsteuerung folgendes tut: Auswählen einer gewünschten ursprünglichen Leerlaufdrehzahl ausgehend von einem Meßwert wenigstens eines Motorbetriebsparameters; Betreiben des Leerlaufbetriebsmoduls derart, daß die Motorleerlaufdrehzahl auf der gewünschten ursprünglichen Leerlaufdrehzahl gehalten wird; Bestimmen einer gewünschten Gesamtwärmeentwicklung für den Motor als Funktion wenigstens eines der besagten Motorbetriebsparameter; Ermitteln der Motorlast; Berechnen der tatsächlichen Wärmeentwicklung für den Motor als Funktion der ermittelten Motorlast; und Einstellen der Leerlaufdrehzahl gemäß den Relativwerten von gewünschter Wärmeentwicklung zu tatsächlicher Wärmeentwicklung.
In einem die vorliegende Erfindung verkörpernden System wählt die Motorsteuerung eine gewünschte Ausgangsleerlaufdrehzahl wenigstens teilweise anhand der Temperatur des durch den Motor fließenden Kühlmittels, wenn der Motor gestartet wird. Diese gewünschte ursprüngliche Motordrehzahl kann zum Teil auf der Luftmenge basieren, die über die Außenflächen des Motors streicht, wenn der Motor läuft, sowie auf den besonderen Kühlmittelströmungsdaten des Motors. Der erste dieser beiden Faktoren kann von besonderer Bedeutung sein, weil über die Außenflächen des Motors streichende Frischluft den Zeitraum verlängern kann, der erforderlich ist, bis der Motor auf eine gewünschte Betriebstemperatur kommt. Die Steuerung verfolgt den tatsächlichen Wärmeaufbau mit und senkt die Leerlaufdrehzahl von der ursprünglichen Drehzahl herunter auf die Grund- bzw. Standleerlaufdrehzahl als Funktion des Wertes der tatsächlichen Wärmeentwicklung und des Wertes der gewünschten Gesamtwärmeentwicklung. Diese Funktion kann linear sein oder auch eine beliebige andere Funktion, wie sie dem Fachmann auf dem in dieser Offenbarung angesprochenen Gebiet der Technik bekannt sein wird.
Einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung zufolge wird ein Verfahren zur Steuerung der Leerlaufdrehzahl eines Kraftfahrzeugmotors gestellt, das folgende Schritte beinhaltet: Erfassen der Werte mehrerer Motorbetriebsparameter, einschließlich wenigstens einer mit dem Betrieb des Motors verbundenen Temperatur und einschließlich Meßwerten, aus welchen die Motordrehzahl und -Last ermittelt werden können; Wählen einer gewünschten ursprünglichen Leerlaufdrehzahl ausgehend von einem Meßwert wenigstens eines der Motorbetriebsparameter; Betreiben eines Leerlaufdrehzahlmoduls zum Halten der Motorleerlaufdrehzahl auf der gewünschten ursprünglichen Leerlaufdrehzahl; Ermitteln einer gewünschten Gesamtwärmeentwicklung für den Motor als Funktion des gemessenen Wertes wenigstens eines der besagten Motorbetriebsparameter; periodisches Ermitteln der Motordrehzahl und -Last; Berechnen der tatsächlichen Wärmeentwicklung für den Motor als Funktion der ermittelten Motordrehzahl und -Last; und Einstellen der Leerlaufdrehzahl je nach den Relativwerten von gewünschter Gesamtwärmeentwicklung zu tatsächlicher Wärmeentwicklung.
Die Erfindung soll nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beispielartig näher erläutert werden; dabei zeigt:
1: eine schematische Darstellung eines Motors mit einem System zur Steuerung der Leerlaufdrehzahl gemäß der vorliegenden Erfindung;
2: ein Flußdiagramm, das den Betrieb eines Systems gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
3: einen Graphen der Wärmeentwicklung gegenüber der Motortemperatur gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung; und
4: eine Drehzahlzuschlagfunktion in Abhängigkeit von der gewünschten Gesamtwärmeentwicklung und der gemessenen tatsächlichen Wärmeentwicklung gemäß mehreren Strategien der vorliegenden Erfindung.
Wie 1 zeigt, hat ein Kraftfahrzeugmotor eine Reihe von Sensoren 12, die mit einer Motorsteuerung 16 in Verbindung stehen. Die Sensoren können, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, Sensoren zur Messung der Motordrehzahl, Motorlast, Motorkühlmitteltemperatur oder anderer Parameter beinhalten, wie sie dem Fachmann auf dem von der vorliegenden Offenbarung angesprochenen Gebiet der Technik bekannt sind. Die Steuerung 16, welche Eingänge von den Sensoren 12 empfängt, treibt das Leerlaufdrehzahlmodul 14 so, daß die Leerlaufdrehzahl des Motors 10 auf einem gewünschten Wert gehalten wird. Das Leerlaufdrehzahlmodul 14 kann entweder einen Leerlaufluft-Bypassmagneten oder eine Zündungssteuerung beinhalten, oder noch andere Arten bekannter Vorrichtungen, wie sie dem Fachmann auf dem von der vorliegenden Offenbarung angesprochenen Gebiet der Technik bekannt sind. So kann z.B., weil ein erfindungsgemäßes System auch bei einem Dieselmotor eingesetzt werden kann, eine Zündungssteuerung in Verbindung mit dem Leerlaufdrehzahlmodul 14 eine Kraftstoffeinspritzpumpe mit verstellbaren Einspritzzeiten beinhalten.
Ausgehend von einem Motorbetriebsparameter wie z.B. der Kühlmitteltemperatur wählt Steuerung 16 eine gewünschte Motordrehzahl aus. Der Fachmann wird angesichts der vorliegenden Offenbarung erkennen, daß andere Parameterwerte wie z.B. die Umgebungstemperatur oder die Luftchargentemperatur ebenfalls zur ursprünglichen Auswahl der gewünschten ursprünglichen Leerlaufdrehzahl herangezogen werden können.
2 veranschaulicht einen Vorgang zur Steuerung der Motorleerlaufdrehzahl gemäß der vorliegenden Erfindung. Beginnend im Start-Block 40 erfaßt die Steuerung 16 einen Betriebsparameter P_OP und wählt dann nach dem Übergang zu Block 44 ausgehend von P_OP die Leerlaufdrehzahl. Dann wird unter Einsatz des Leerlaufdrehzahlmoduls 14 in Block 46 die Leerlaufdrehzahl entsprechend angepaßt. Die Leerlaufdrehzahl kann mit variabler Frequenz nachgestellt werden, wobei diese Frequenz je nach der Art des Motors des Fahrzeuges mit dem erfindungsgemäßen Leerlaufsteuersystem ausgewählt wird. Bei einem Fahrzeug mit einem schnelleren Warmlaufverhalten z.B., wie es bei kleineren Motoren erwartet werden kann, z.B. bei Drei- oder Vierzylindermotoren, kann die Leerlaufdrehzahl häufiger nachgestellt werden.
Nach dem Einstellen der Leerlaufdrehzahl in Block 46 geht die Steuerung weiter zu Block 48, wo die Steuerung die gewünschte Gesamtwärmeentwicklung H_TOT bestimmt. Der Wert von H_TOT kann aus einer Nachschlagetabelle im Speicher der Steuerung entnommen werden oder auch analytisch bestimmt werden. In beiden Fällen können vorgegebene Werte für H_TOT empirisch bestimmt werden, ob in BTU oder anderen Einheiten ausgedrückt.
3 veranschaulicht eine empirisch ermittelte Wärmeaufbaukurve, welche die gewünschte oder Soll-Gesamtwärmeentwicklung in Abhängigkeit von der Motorbetriebstemperatur beim Starten darstellt. Die Kurve nach 3 kann natürlich auch vom Benutzer eines erfindungsgemäßen Systems so zugeschnitten werden, daß sie den besonderen Anforderungen eines in einem Kraftfahrzeug eingebauten Motors entspricht. So läßt sich z.B. in 3 erkennen, daß mit wachsender Motortemperatur die Wärmeentwicklungskurve allmählich abfällt, bis sie unter die Abszisse fällt und dann als ein negativer Wert erscheint. Das bedeutet, daß das vorliegende System zum Kühlen des Motors nach einem Warmstart eingesetzt werden kann. Dies wird dadurch bewerkstelligt, daß die Leerlaufdrehzahl so angehoben wird, daß der durch den (nicht dargestellten) Kühler gezogene Luftmengenstrom entsprechend erhöht wird, ebenso wie der Kühlmittelmengenstrom, der durch den Motor und den Kühler fließt. Zusammenfassend steigt nach 3 die gewünschte Gesamtwärmeentwicklung zunächst an und nimmt dann bis auf einen negativen Wert ab, wenn die Motorausgangstemperatur ansteigt.
Nachdem so in Block 48 die gewünschte Gesamtwärmeentwicklung bestimmt worden ist, geht die Steuerung 16 weiter zu Block 50, wo die Motorlast und -Drehzahl bestimmt werden. Im allgemeinen wird die Motordrehzahl direkt von einem der Sensoren 12 gemessen, wobei die Motorlast in herkömmlicher Weise durch Vergleichen der momentanen, über einen gegebenen Zeitraum in den Motor angesaugten Luftchargenmasse mit einer vorgegebenen möglichen Maximalluftchargenmasse berechnet wird, die in einem identischen Zeitraum in die Zylinder gesaugt werden könnte.
Die periodisch bestimmte Motorlast und -Drehzahl wird in Block 52 zur Berechnung der tatsächlichen Wärmeentwicklung H_ACT eingesetzt. Die tatsächliche Wärmeentwicklung wird dadurch ermittelt, daß ein momentaner Wärmeentwicklungswert aus einer zweiten Nachschlagetabelle entnommen wird, worin als unabhängige Variablen die Motorlast und die Motordrehzahl enthalten sind. Alternativ dazu kann die Motorlast oder die Motordrehzahl auch als einzige Variable zur Bestimmung der Wärmeentwicklung eingesetzt werden. Die aus der Nachschlagetabelle als Funktion der Motorlast und/oder der Motordrehzahl entnommene, periodisch bestimmte Wärmeentwicklung wird in Block 52 zu einem zuvor ermittelten Wert der Wärmeentwicklung addiert, so daß ein summierter Gesamtwärmeentwicklungswert für den betrachteten Betriebszeitraum erzielt wird. Nachdem dann in Block 52 die tatsächliche Wärmeentwicklung bestimmt worden ist, geht die Steuerung 16 weiter zu Block 54, wo gefragt wird, ob die tatsächliche Wärmeentwicklung H_ACT kleiner als die ermittelte Soll-Gesamtwärmeentwicklung H_TOT ist. Ist die Antwort auf diese Frage in Block 54 nein, bedeutet das, daß die tatsächliche Wärmeentwicklung wenigstens gleich der gewünschten Gesamtwärmeentwicklung ist, und die Routine wird in Block 58 gestoppt. Ist die Antwort in Block 54 ja, dann ist die tatsächliche Wärmeentwicklung kleiner als die gewünschte Gesamtwärmeentwicklung, und die Steuerung 16 geht weiter zu Block 56, wo die Motorleerlaufdrehzahl in Abhängigkeit von H_TOT und H_ACT eingestellt wird. Auch wenn diese Einstellung in Block 56 eindeutig eine Funktion von H_TOT und H_ACT ist, kann sie durch eine einfache Funktion als Quotient von H_ACT durch H_TOT gebildet werden, oder auch durch eine komplexere Funktion.
4 veranschaulicht, daß ein Drehzahladditionsfaktor, dessen Wert von Eins bis Null geht, und der nur einen Bruchteil eines ursprünglichen Leerlaufdrehzahlanstieges darstellt, der an die Grundleerlaufdrehzahl des Motors angelegt wird, eine lineare Funktion sein kann, wie sie durch die Kurve B dargestellt ist, oder eine andere nichtlineare Funktion, wie sie durch die Kurven A und C dargestellt ist. In jedem Fall geht die Steuerung 16, wenn sie die Leerlaufdrehzahl in Block 56 eingestellt hat, zurück zu Block 50, wo erneut die Motordrehzahl und -Last bestimmt werden. Auf diese Bestimmung folgt dann der Abschluß der Leerlaufdrehzahleinstellungsroutine.
Die ursprüngliche Leerlaufdrehzahlanpassung, die von dem Wert P_OP in Block 46 ausgeht, kann als eine Funktion eines Motors- und eines Fahrzeugfaktors durchgeführt werden. Wenn z.B. das Fahrzeug statt mit einem Automatikgetriebe mit einem Handschaltgetriebe ausgestattet ist, kann die Wahl der Leerlaufdrehzahlinkremente verschieden sein. Auch Fahrer-Vorzugseinstellungen können als ein Steuerparameter verwendet werden. Wenn z.B. das Niederdrücken des Fahrpedals durch den Fahrer aus der Leerlaufdrehzahl heraus festgestellt und mittels eines Drosselklappenstellungssensors als einem der Sensoren 12 registriert wird, kann die gewünschte ursprüngliche Leerlaufdrehzahl aktualisiert werden, und die Frequenz der Leerlaufdrehzahlaktualisierung kann entsprechend eingestellt werden. In anderen Worten kann, wenn der Fahrer aus der Leerlaufdrehzahl heraus Vollgas gibt, indem er das Fahrpedal scharf niederdrückt, nachdem der Motor gestartet worden ist, so daß die Drosselklappe aus ihrer weiter geöffneten Stellung bzw. Erhöhte-Drehzahl-Stellung herausgeführt wird, die Steuerung 16, die das Durchtreten des Fahrpedals über den einen der Sensoren 12 darstellenden Drosselklappenstellungssensor erkennt, die Leerlaufdrehzahl in Block 46 auf einen niedrigeren Wert einstellen und die Leerlaufdrehzahl mit höherer Frequenz aktualisieren. Der Fachmann wird erkennen, daß ein zum Betreiben des Systems nach der vorliegenden Erfindung verwendetes Programm so angepaßt werden kann, daß der Leerlaufaktualisierungsprozeß auf den Bedarf jeder beliebigen besonderen Motor-Fahrzeug-Fahrer-Kombination zugeschnitten werden kann.

Claims

System zur Steuerung der Leerlaufdrehzahl eines Kraftfahrzeugmotors, folgendes beinhaltend: mehrere Sensoren (12) zur Erfassung von Werten von Motorbetriebsparametern einschließlich wenigstens eines Sensors zur Messung einer mit dem Betrieb des Motors verbundenen Temperatur, sowie mit Sensoren mit Ausgängen, über welche die Motordrehzahl und -Last ermittelt werden können; ein Leerlaufdrehzahlmodul (14) zur Steuerung der Motordrehzahl im Leerlaufbetrieb; und eine Motorsteuerung (16) zum Empfang der Ausgänge von den Sensoren und zum Betreiben des Leerlaufdrehzahlmoduls; wobei besagte Motorsteuerung folgendes tut: Auswählen einer gewünschten ursprünglichen Leerlaufdrehzahl ausgehend von einem Meßwert wenigstens eines Motorbetriebsparameters; Betreiben des Leerlaufbetriebsmoduls derart, daß die Motorleerlaufdrehzahl auf der gewünschten ursprünglichen Leerlaufdrehzahl gehalten wird; Bestimmen einer gewünschten Gesamtwärmeentwicklung für den Motor als Funktion wenigstens eines der besagten Motorbetriebsparameter; Ermitteln der Motorlast; Berechnen der tatsächlichen Wärmeentwicklung für den Motor als Funktion der ermittelten Motorlast; und Einstellen der Leerlaufdrehzahl gemäß den Relativwerten von gewünschter Gesamtwärmeentwicklung zu tatsächlicher Wärmeentwicklung.
System nach Anspruch 1, worin besagte Motorsteuerung (16) außerdem eine momentane Motordrehzahl ermittelt und die tatsächliche Wärmeentwicklung für den Motor als Funktion der ermittelten Motorlast und -Drehzahl berechnet.
System nach Anspruch 1, worin besagte Motorsteuerung (16) eine gewünschte ursprüngliche Leerlaufdrehzahl wenigstens teilweise ausgehend von der Temperatur des zum Zeitpunkt des Motorstarts durch den Motor fließenden Kühlmittels wählt.
System nach Anspruch 1, worin besagte Motorsteuerung (16) eine gewünschte ursprüngliche Leerlaufdrehzahl wenigstens teilweise ausgehend von der Luftmenge wählt, die bei im Betrieb befindlichem Motor um die Außenflächen des Motors strömt.
System nach Anspruch 1, worin die gewünschte ursprüngliche Leerlaufdrehzahl größer als eine im Normalbetrieb zum Einsatz kommende Stand-Leerlaufdrehzahl gewählt wird, wobei die Leerlaufdrehzahl als Funktion des Wertes der tatsächlichen Wärmeentwicklung, geteilt durch den Wert der gewünschten Gesamtwärmeentwicklung, von der ursprünglichen Leerlaufdrehzahl auf die Stand-Leerlaufdrehzahl abgesenkt wird.
System nach Anspruch 1, worin die gewünschte ursprüngliche Leerlaufdrehzahl größer als eine im Normalbetrieb zum Einsatz kommende Stand-Leerlaufdrehzahl gewählt wird, wobei die Leerlaufdrehzahl als nichtlineare Funktion der Werte der tatsächlichen Wärmeentwicklung und der gewünschten Gesamtwärmeentwicklung von der ursprünglichen Leerlaufdrehzahl auf die Stand-Leerlaufdrehzahl abgesenkt wird.
System nach Anspruch 1, worin die gewünschte ursprüngliche Leerlaufdrehzahl größer als eine im Normalbetrieb zum Einsatz kommende Stand-Leerlaufdrehzahl gewählt wird, wobei die Leerlaufdrehzahl als lineare Funktion des Wertes der tatsächlichen Wärmeentwicklung, geteilt durch die gewünschte Gesamtwärmeentwicklung, von der ursprünglichen Leerlaufdrehzahl auf die Stand-Leerlaufdrehzahl abgesenkt wird.
System nach Anspruch 1, worin besagtes Leerlaufdrehzahlmodul (14) ein Luft-Bypass-Magnetventil hat, das eine Einleitung von Luft in den Motor erlaubt, und eine Zündzeitpunktsteuerung.
System nach Anspruch 1, worin die gewünschte ursprüngliche Leerlaufdrehzahl reaktualisiert wird, wenn die Steuerung ein plötzliches Durchtreten eines Fahrpedals durch einen den Motor betreibenden Fahrer des Fahrzeuges feststellt.
Verfahren zur Steuerung der Leerlaufdrehzahl eines Kraftfahrzeugmotors, folgende Schritte beinhaltend: Erfassen der Werte mehrerer Motorbetriebsparameter, einschließlich wenigstens einer mit dem Betrieb des Motors verbundenen Temperatur und einschließlich Meßwerte, aus welchen die Motordrehzahl und -Last ermittelt werden können; Wählen einer gewünschten ursprünglichen Leerlaufdrehzahl ausgehend von einem Meßwert wenigstens eines der Motorbetriebsparameter; Betreiben eines Leerlaufdrehzahlmoduls zum Halten der Motorleerlaufdrehzahl auf der gewünschten ursprünglichen Leerlaufdrehzahl; Ermitteln einer gewünschten Gesamtwärmeentwicklung für den Motor als Funktion des gemessenen Wertes wenigstens eines der besagten Motorbetriebsparameter; periodisches Ermitteln der Motordrehzahl und -Last; Berechnen der tatsächlichen Wärmeentwicklung für den Motor als Funktion der ermittelten Motordrehzahl und -Last; und Einstellen der Leerlaufdrehzahl je nach den Relativwerten von gewünschter Gesamtwärmeentwicklung zu tatsächlicher Wärmeentwicklung.