EP0162203B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Adaption eines Stellglied-Kennlinienverlaufs - Google Patents

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EP0162203B1
EP0162203B1 EP85102283A EP85102283A EP0162203B1 EP 0162203 B1 EP0162203 B1 EP 0162203B1 EP 85102283 A EP85102283 A EP 85102283A EP 85102283 A EP85102283 A EP 85102283A EP 0162203 B1 EP0162203 B1 EP 0162203B1
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EP
European Patent Office
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adaptation
control element
slope
final control
air
Prior art date
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EP85102283A
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English (en)
French (fr)
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EP0162203A2 (de
EP0162203A3 (en
Inventor
Cornelius Dipl.-Ing. Peter
Claus Dipl.-Ing. Ruppmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to AT85102283T priority Critical patent/ATE49458T1/de
Publication of EP0162203A2 publication Critical patent/EP0162203A2/de
Publication of EP0162203A3 publication Critical patent/EP0162203A3/de
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Publication of EP0162203B1 publication Critical patent/EP0162203B1/de
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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
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/24—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
    • F02D41/2406—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using essentially read only memories
    • F02D41/2425—Particular ways of programming the data
    • F02D41/2429—Methods of calibrating or learning
    • F02D41/2451—Methods of calibrating or learning characterised by what is learned or calibrated
    • F02D41/2464—Characteristics of actuators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling the amount or mass of air sucked in by adapting a characteristic curve of the continuously operating actuator of the internal combustion engine in conjunction with controlling or regulating the speed of an internal combustion engine when idling via an electromechanical actuator.
  • an idle speed controller is supplied with certain information about the current operating state of the internal combustion engine, for example pressure in the intake manifold, actual speed, a desired target speed for idling and other peripherally usable operating state information, such as throttle valve position, position of a bypass valve, on which the idle charge control system in particular attacks and / or, also instead of the pressure in the intake pipe, information about the intake air quantity or air mass.
  • certain information about the current operating state of the internal combustion engine for example pressure in the intake manifold, actual speed, a desired target speed for idling and other peripherally usable operating state information, such as throttle valve position, position of a bypass valve, on which the idle charge control system in particular attacks and / or, also instead of the pressure in the intake pipe, information about the intake air quantity or air mass.
  • the idle speed controller can determine an electrical manipulated variable as a setpoint, for example an air volume signal Q solI or an air mass signal mSoll, and feed it to an idle actuator (LL actuator), which converts the air mass setpoint, for example, into an opening cross-section (of the valve in the bypass mentioned earlier) .
  • LL actuator idle actuator
  • Idle actuators usually work in the adjustment of the opening cross-section, via which the internal combustion engine is supplied with the required amount of air, as an electromagnetic converter and can in this case be designed as a winding rotary actuator (EWD) or as a magnetic part for valve actuation.
  • EWD winding rotary actuator
  • the idle actuator When the idle actuator is cold, the actuator winding takes up a larger current at a given duty cycle; there is a larger deflection and a corresponding mismatch. Similar negative relationships result from considerable battery voltage fluctuations, as is very common in internal combustion engines. Therefore, in order to have the least possible mismatch in the actuator area, the idle actuator, in order to correctly convert the electrical manipulated variable supplied to it into the opening cross section, must be constructed in a complex manner and have a characteristic curve that is as reproducible as possible.
  • One of the objects of the present invention is therefore to provide a device for adapting an actuator characteristic curve which fulfills the condition that the actuation setpoint supplied to the actuator is substantially the same as the actual size resulting from the action of the actuator including peripheral influences on the idle speed controller with an idle speed controller characteristic curve, that the air quantity or air mass setpoint at the output of the idle speed controller is essentially the same as the air quantity or air mass supplied to or drawn by the internal combustion engine.
  • a procedure for solving the task is for the designated contracting states Federal Republic of Germany, Great Britain and France (DE, GB, FR) already known from the unpublished European patent application 84 108 796.8 (EP-A 136 449) with the priority of September 21, 1981.
  • a method for adapting the characteristic curve of a continuously operating actuator of the internal combustion engine in connection with a control or regulation of the speed of an internal combustion engine when idling is presented via an electromechanical actuator.
  • the control variable supplied to the actuator is corrected multiplicatively or by summation with the aid of stored values, and an adapted electrical control variable for the actuator is thus obtained.
  • the multiplicative or summation correction of the control variable makes it possible to adapt the offset or the slope of the actuator characteristic curve to the prevailing conditions with the aid of the above-mentioned stored values.
  • These stored values are obtained from an additional control circuit, which is activated under certain operating conditions, compares the target air quantity or mass specified by the control variable with the measured value of the air mass or quantity, and changes the stored values in the sense of a lower control deviation. The changed values are stored for further use for the correction described above.
  • GB-2 084 353 a mathematical method from the motor vehicle area is known which corrects an electrical control signal of an injection valve in its time length additively and multiplicatively.
  • the directly influenced quantity is the amount of petrol injected, while the quantity measured is lambda.
  • the correction variables are not determined by means of a target / actual comparison, but from a measurement of lambda.
  • the method according to the invention with the features of claim 1 and the device according to the invention with the characterizing features of the first device claim for the named states Austria and Italy have the advantage that the adaptation to the (possibly changing under certain influencing factors) characteristic of the actuator and the inclusion and, in so far, the regulation of other disturbance variables takes place in such a way that there is an effective independence from the actuator characteristic curve, so that it is no longer necessary to construct the actuator used in each case, applied to the idle charge control, i.e. the idle actuator, in a particularly complex manner .
  • the invention makes it possible to work with simpler actuator designs, with air mass measurement being completely independent of the height at which the internal combustion engine is located and the air quantity measurement being drastically reduced as a function of height.
  • the invention further ensures independence from the leakage air, so that engine settings are no longer required and, moreover, the inventive adaptation, which takes place during the entire control operation, does not influence the actual idle charge control.
  • the supplemented method according to the invention with the characterizing features of the main claim for the designated contracting states Federal Republic of Germany, Great Britain and France has the advantage that incorrect adaptations, which can possibly take place through a gradient adaptation that takes place several times in succession, are avoided by initially always following a gradient adaptation a successful offset adaptation must only take place before a new slope adaptation is released.
  • the offset integrator always runs, so it is released, when the throttle valve is closed, the slope integrator is not running and a specified blocking time has expired.
  • the slope integrator is only meaningfully enabled if the current actual air volume is greater than the value stored when the throttle valve is opened, plus a definable air volume.
  • the invention is basically suitable for adapting any actuator characteristic curves, but is used in the following for a preferred exemplary embodiment, applied to the actuator behavior in the idle charge control (LFR) for an internal combustion engine, and explains in more detail that there is also a preferred area of application for the present invention .
  • LFR idle charge control
  • FIG. 1 shows, in the form of a block diagram, an idle charge control with idle speed controller and the idle speed controller controlled by this and an intermediate characteristic adaptation block interposed in accordance with a feature of the present invention
  • FIG. 2 likewise predominantly in the form of a block diagram the device for characteristic curve adaptation in greater detail
  • 3 in the form of a diagram, the actuator characteristic air quantity or air mass over the electrical manipulated variable T and the effects of the adaptation according to the invention on the course of the characteristic curve.
  • the adaptation to the characteristic curve of the idle controller then present at the respective point in time and the leakage air take place according to a specific strategy which has the aim of an additive and / or multiplicative intervention in the setpoint output by the (idle speed) controller .
  • the otherwise necessary and usual basic setting of the leakage air is eliminated with an additional bypass (also over the service life).
  • the idle speed controller with 10 and the actuator controlled by it via the system for adapting the characteristic curve 11 is referred to as an idle actuator with 12.
  • the idle actuator acts on the opening cross section in the intake manifold of an internal combustion engine 13, in particular by correspondingly enlarging or reducing a bypass cross section or by motorized adjustment of the throttle valve.
  • the air that ultimately contains the internal combustion engine 13 is composed of the air through the actuator or the air that the actuator passes through due to its actuation, and a leakage air residual quantity flowing, for example, via the throttle valve.
  • the characteristic curve adaptation according to the invention in block 11 converts the target air quantity Q target or m target output by idle speed controller 10 into an electrical manipulated variable r in such a way that an air quantity (or air mass) is set with idle actuator 12 which, together with the leakage air, produces the desired intake air quantity Q is (or air mass m) is obtained.
  • the adaptation takes place. doing this slowly after checking the operating status.
  • block 11 - adaptation and adjuster - represents a proportional element with amplification 1 and thus has no influence on the stability.
  • each integrator 11 is assigned release elements, the offset integrator 11 a release element FC1 and the slope integrator 12 a release element FG2.
  • the slope integrator 12 intervenes on the setpoint output by the idle speed controller 10 in a multiplicative manner via a multiplier M with a predetermined one level multiplier factor, while the offset correction from the output of the integrator I1 takes place additively at a summation point S1.
  • Both integrators 11 and 12 are supplied with an air quantity difference signal ⁇ Q from a second summation or comparison point S2, which corresponds to the deviation of the target size (target air quantity Q target or target air mass m target ) from the actual value (air quantity Q is or air mass m is ).
  • the data Q ist can be derived from an air flow meter in the intake pipe or can be obtained in another known manner.
  • the desired relationship Q ist Q Soll (or based on the air mass, which will not be repeated in the following) can therefore be achieved by changing two parameters, namely by varying the offset K1 and by varying the slope K2.
  • the integrators 11 and 12 are each followed by summation points S3 and S4, to which initial values K10 for the offset and K20 for the slope are supplied.
  • this integrator For the intervention by the integrator 12, which affects multiplicatively a change in the characteristic curve (change in slope) and therefore has a significantly greater effect on the electrical output manipulated variable T as an input signal for the idle actuator, this integrator is only released if the throttle valve has a predetermined time period T2, which, for example, can be 100 ms, is closed, the following relationship applies to T2 whereby it is possible to hide overshoot behavior and a corresponding fault introduction of the air flow meter, and furthermore Q Soll is greater than the last value Q Soll before the throttle valve is opened.
  • T2 time period
  • Q Soll is greater than the last value Q Soll before the throttle valve is opened.
  • the operating point is then shifted by offset, as indicated by arrow A, it is obvious that the second step of the multiplicative gradient intervention (arrow B) must not be carried out in a working point which is below the offset working point, since in this case, the result is the reverse, that is to say the undesired effect.
  • the slope adaptation always takes place in working points above the offset working point.
  • the conditions for the release block FG2 of the slope integrator 12 are additionally designed such that the slope is only adapted for air flow rates that are greater than, for example, a minimum air flow rate, such as results for the clear idle case.
  • the procedure is preferably such that the instantaneous Q target or m target values are stored at the moment the throttle valve is opened, for which purpose a memory block SB is provided, to which a throttle valve signal DK and the Q target value are supplied; this storage then corresponds to the latter operating point, at which the offset integrator 11 has adapted.
  • a memory block SB is provided, to which a throttle valve signal DK and the Q target value are supplied; this storage then corresponds to the latter operating point, at which the offset integrator 11 has adapted.
  • it is then checked in each case whether the now requested air volume value (Q target ; m target ) is greater than the value last saved and only then can the release be carried out; the block comparing the two setpoints is designated VG in FIG. 2.
  • This condition can alternatively be replaced by the consideration that a slope adaptation can always be enabled when the current speed is above a certain speed, for example the following condition is met n> n LL + 500 min -1 because assumed can be that at higher speed, an operating point is taken on the characteristic that is above the idle point, so that you are on the correct section of the characteristic.
  • n> n LL + 500 min -1 because assumed can be that at higher speed, an operating point is taken on the characteristic that is above the idle point, so that you are on the correct section of the characteristic.
  • Such a case of increased speed occurs, for example, after a gas surge or in overrun.
  • this consideration should only apply in the alternative and that the storage of the setpoints before opening the throttle valve has absolute priority.
  • a further summation point S4 is provided, at which an air quantity Q o is subtracted from the target quantity Q Soll .
  • This measure serves to optimize the work area.
  • the value of 0 should be 0 should not be greater than the minimum target air quantity Q target that occurs, so that the quantity reaching the multiplier M after the summation point S4 is preferably always greater than O.
  • This addition with a negative value of Q o makes it possible to set the pivot point of the curve or characteristic as close as possible to the working point.
  • the offset integrator 11 is also simultaneously traced in accordance with a specific calculation rule, as a result of which it is possible to rotate the characteristic curve around the last working point Q sp and not around 0 0 . In the most favorable case (if T 1 is very large), the number of required integration steps can be reduced to one step in this way.
  • an additional function circuit block SB is provided according to FIG. 2, which can also take over the functions of the two integrators that lock against one another and the input signals from the output of the memory block SB (via the comparator VG) with respect to the value Q sp stored when the throttle valve was last opened and the output signals of the two integrators and / or the enable circuits assigned to them.
  • the function block then preferably acts on the release circuits with corresponding output signals and thereby ensures that, in accordance with the measures mentioned above, the offset generator is always released via its release element FG1 when this corresponds to the above-mentioned condition, with correspondingly additionally required input signals being supplied and the slope integrator is only released if the current Q actual value is greater, but at least the same as the value stored when the throttle valve is opened and a definable air volume, because the slope adaptation quickly results in a relatively strong intervention in the output manipulated variable, which can only be approved if the stated condition is met.
  • the function block FB is designed in such a way that it interlocks the releases of the offset integrator and the slope integrator, so that it is prevented that changes in the slope are strongly adapted without the base point or pivot point of the characteristic curve being intermittently adjusted due to an offset adaptation undergoes an adjustment. It has already been pointed out above that the invention is particularly suitable for implementation using computer circuits, microprocessors, small computers and the like. is suitable, with the last-mentioned measures in particular representing conditions which are or the like through appropriate program design when using a microprocessor. indicate well and have it processed.

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Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der angesaugten Luftmenge oder -masse mittels einer Adaption eines Kennlinienverlaufs des kontinuierlich arbeitenden Stellgliedes der Brennkraftmaschine in Verbindung mit einer Steuerung bzw. Regelung der Drehzahl einer Brennkraftmaschine im Leerlauffall über ein elektromechanisches Stellglied.
  • Auf vielen Gebieten der Technik ist es üblich, bestimmte Größen, Werte oder Positionen durch Regelung oder Steuerung zu bestimmen, indem einem beliebigen Stellglied eine üblicherweise elektrische, einen bestimmten Funktionsverlauf aufweisende Größe von einem Regler zugeführt wird, der bestimmte Eingangssignale aus der Reglerstrecke verarbeitet und auch das durch die Stellglied-Verstellung erzielte Ergebnis in sein Ansteuerverhalten einbezieht. Ergeben sich in der Gesamtkonzeption einer Steuerung oder Regelung dann schon Stör- oder sonstige unerwünschte Einflußgrößen, die ausschließlich auf das Stellgliedverhalten zurückzuführen sind, mit anderen Worten, daß das Stellglied in seinem Kennlinienverlauf nicht nur ausschließlich dem ihm jeweils zugeführten Sollwert folgt, dann können erhebliche Abweichungen von den eingestellten Werten auftreten, die bei Regelungen je nach den auftretenden Zeitkonstanten auch zu einem Überschwingen führen können oder dazu, daß die Regelung einfach zu langsam wird.
  • So wird zum Beispiel zur Regelung der Leerlaufdrehzahl bei einer Brennkraftmaschine einem Leerlaufdrehzahlregler bestimmte Angaben über den momentanen Betriebszustand der Brennkraftmaschine zugeführt, beispielsweise Druck im Ansaugrohr, Istdrehzahl, eine gewünschte Solldrehzahl für den Leerlauffall und sonstige, peripher verwertbare Betriebszustandangaben, wie Drosselklappenstellung, Position eines Bypassventils, an welchem die Leerlauf-Füllungsregelung insbesondere angreift und/oder, auch anstelle des Drucks im Ansaugrohr, Angaben über die angesaugte Luftmenge oder Luftmasse.
  • Aus diesen Größen kann der Leerlaufdrehzahlregler eine elektrische Stellgröße als Sollwert, beispielsweise ein Luftmengensignal QsolI oder ein Luftmassensignal mSoll ermitteln und einem Leerlaufsteller (LL-Steller) zuführen, der den Luftmassensollwert beispielsweise in einen Öffnungsquerschnitt (des weiter vorn schon erwähnten Ventils im Bypass) umwandelt.
  • Gerade bei der Leerlauf-Füllungsregelung (LFR) einer Brennkraftmaschine müssen aber besondere Bedingungen einbezogen werden, beispielsweise möglichst geringer Kraftstoffverbrauch und die Konstanthaltung einer minimalen Leerlaufdrehzahl auch bei plötzlichen Lastwechseln. Leerlaufdrehzahlregler sind daher bekannt (DE-OS 3 039 435) und so ausgelegt, daß Abweichungen von einer gewünschten Solldrehzahl aufgefangen und klein gehalten werden. Problematisch ist hier jedoch der Umstand, daß Drehzahlschwankungen letztendlich Reaktionen der Brennkraftmaschine auf äußere Einflüsse sind und entsprechende Drehzahlsignale das letzte Glied in der Regelungskette bilden, so daß zwangsläufig eine gewisse Zeitdauer zwischen einer auf die Brennkraftmaschine ausgeübte Wirkung bis zum Auftreten der Reaktion der Brennkraftmaschine verstreicht. Es besteht daher bei im Leerlauf extrem niedrig laufenden Brennkraftmaschinen mindestens die Gefahr eines unruhigen Rundlaufs und letztlich die Möglichkeit, daß die Brennkraftmaschine stehen bleibt, wenn schnell hohe Verbraucher, wie beispielsweise Klimaanlage und dergleichen zugeschaltet werden. Diese Problematik wird noch durch das Verhalten des Leerlaufstellers selbst vergrößert, da die Stellkennlinie eine erhebliche Abhängigkeit über der jeweiligen Temperatur und der Betriebsspannung der Brennkraftmaschine zeigt, die ebenfalls erheblich schwanken kann. Leerlaufsteller arbeiten üblicherweise bei der Verstellung des Öffnungsquerschnitts, über welchen der Brennkraftmaschine die erforderliche Luftmenge zugeführt wird, als elektromagnetische Wandler und können in diesem Fall als Einwicklungsdrehsteller (EWD) ausgebildet sein oder als Magnetteil für eine Ventilbetätigung. Bei kaltem Leerlaufsteller nimmt die Wicklung des Stellers bei einem gegebenen Arbeitstastverhältnis einen größeren Strom auf; es ergibt sich ein größerer Ausschlag und eine entsprechende Fehlanpassung. Ähnliche negative Verhältnisse ergeben sich bei erheblichen Batteriespannungsschwankungen, wie dies bei Brennkraftmaschinen sehr häufig auftritt. Um daher im Stellerbereich eine möglichst geringe Fehlanpassung zu haben, muß der Leerlaufsteller, um die Umwandlung der ihm zugeführten elektrischen Stellgröße in den Öffnungsquerschnitt korrekt durchzuführen, aufwendig konstruiert sein und eine möglichst genau reproduzierbare Kennlinie aufweisen.
  • Aber auch bei soweit wie möglich einwandfrei reagierendem Leerlaufsteller bleiben nicht vermeidbare Abhängigkeiten, beispielsweise an der Drosselklappe in der Leerlaufposition vorbeiströmende Leckluftmengen, eine Höhenabhängig- . keit des vom Leerlaufsteller ausgegebenen Öffnungsquerschnittes u. dgl.
  • Eine der Aufgaben vorliegender Erfindung besteht daher darin, eine Einrichtung zur Adaption einer Stellglied-Kennlinien zu schaffen, die die Bedingung erfüllt, daß die dem Stellglied zugeführte Ansteuersollgröße im wesentlichen gleich ist der durch die Wirkung des Stellglieds unter Einbeziehung von Randeinflüssen sich ergebenden Istgröße, angewendet auf den Leerlaufsteller bei einer Leerlaufstellerkennlinie also, daß die Luftmengen- oder Luftmassen-Sollgröße am Ausgang des Leerlaufdrehzahlreglers im wesentlichen gleich ist der der Brennkraftmaschine zugeführten oder von ihm angesaugten Luftmenge oder Luftmasse.
  • Ein Verfahren zur Lösung der Aufgabe ist für die benannten Vertragsstaaten Bundesrepublik Deutschland, Großbritannien und Frankreich (DE, GB, FR) bereits aus der nicht veröffentlichten Europäischen Patentanmeldung 84 108 796.8 (EP-A 136 449) mit der Priorität vom 21.9.1981 bekannt. Dort wird ein Verfahren zur Adaption des Kennlinienverlaufes eines kontinuierlich arbeitenden Stellglieds der Brennkraftmaschine in Verbindung mit einer Steuerung bzw. Regelung der Drehzahl einer Brennkraftmaschine im Leerlauffall über ein elektromechanisches Stellglied vorgestellt. Dabei wird die dem Stellglied zugeführte Ansteuergröße mit Hilfe von gespeicherten Werten multiplikativ bzw. durch Summation korrigiert und so eine adaptierte elektrische Stellgröße für das Stellglied gewonnen. Durch die multiplikative bzw. durch Summation erfolgende Korrektur der Ansteuergröße ist es möglich, den Offset bzw. die Steigung der Stellgliedkennlinie mit Hilfe der oben genannten gespeicherten Werte an die jeweilig herrschenden Bedingungen anzupassen. Diese gespeicherten Werte werden aus einem zusätzlichen Regelkreis gewonnen, welcher bei bestimmten Betriebsbedingungen aktiviert wird, die von der Ansteuergröße vorgegebene Solluftmenge bzw. -masse mit dem gemessenen Wert der Luftmasse bzw. -menge vergleicht und die gespeicherten Werte im Sinne einer geringeren Regelabweichung verändert. Die veränderten Werte werden zur weiteren Verwendung für die oben beschriebene Korrektur abgespeichert.
  • Für die in der Europäischen Patentanmeldung 84108796.8 nicht benannten Vertragsstaaten Österreich und Italien (AT, IT) beschreibt der Anspruch 1 das oben vorgestellte Verfahren, der Anspruch 7 beschreibt eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
  • Ferner ist aus der GB-2 084 353 ein mathematisches Verfahren aus dem Kraftfahrzeugbereich bekannt, das ein elektrisches Ansteuersignal eines Einspritzventils in seiner zeitlichen Länge additiv und multiplikativ korrigiert. Bei diesem diskontinuierlich arbeitenden Stellglied wird jedoch die eingespritzte Menge weder gemessen noch korrigiert, sondern ein Kennlinienfeld im Sinne einer Optimierung von Lambda = 1 korrigiert. Dabei ist die direkt beeinflußte Größe die eingespritzte Benzinmenge, während die gemessene Größe Lambda ist. Weiterhin werden aus dem Solleinspritzzeitsignal tp, an welchem die multiplikative und additive Korrektur vorgenommen wird, nicht durch einen Soll-/Istvergleich die Korrekturgrößen ermittelt, sondern aus einer Messung von Lambda.
  • Durch die in der Europäischen Patentanmeldung 84108796.8 beschriebene Erfindung wird die Adaption der Stellgliedkennlinie erheblich verbessert, so daß auch bei größeren Exemplarstreuungen der Stellglieder bzw. deren Alterung auch im dynamischen Verhalten von Motoren bessere Abgaswerte zu erwarten sind.
  • Ausgehend von dem Verfahren nach der Europäischen Patentanmeldung 84 108 796.8 besteht nun als weitere Aufgabe, die Funktionsweise des oben vorgestellten Verfahrens durch eine gegenseitige Abstimmung von Offset- und Steigungsadaption zu verbessern.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale aus dem zweiten Teil in Verbindung mit den Merkmalen aus dem ersten Teil des Patentanspruchs 1 für die benannten Vertragsstaaten DE, GB und FR derart, daß eine Steigungsadaption jeweils nur nach einer vorausgegangenen Offset- Adaption erfolgen kann.
    • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Vorrichtungsanspruchs für die benannten Staaten Österreich und Italien haben demgegenüber den Vorteil, daß die Adaption an die (sich gegebenenfalls unter bestimmten Einflußgrößen verändernde) Kennlinie des Stellglieds sowie die Einbeziehung und insofern auch Ausregelung sonstiger Störgrößen so erfolgt, daß sich eine effektive Unabhängigkeit von der Stellerkennlinie ergibt, so daß es auch nicht mehr erforderlich ist, das jeweils verwendete Stellglied, angewendet auf die Leerlauf-Füllungsregelung, also den Leerlaufsteller, besonders aufwendig zu konstruieren. Durch die Erfindung ist es möglich, mit einfacheren Stellerausführungen zu arbeiten, wobei sich bei einer Luftmassenmessung eine vollständige Unabhängigkeit von der Höhe ergibt, auf welcher sich die Brennkraftmaschine jeweils befindet und bei der Luftmengenmessung jedenfalls die Abhängigkeit von der Höhe drastisch verringert ist. Die Erfindung sichert ferner eine Unabhängigkeit von der Leckluft, so daß Motoreinstellungen nicht mehr erforderlich sind und außerdem ergeben sich durch die erfindungsgemäße, während des gesamten Regelbetriebs erfolgende Adaption keine Beeinflussungen der eigentlichen Leerlauf-Füllungsregelung.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung möglich. Besonders vorteilhaft ist die Möglichkeit der verringerung der Iterationsschritte und somit eine schnellere Adaption dadurch, daß bei einer Steigungsadaption gleichzeitig nach einer Rechenvorschrift auch der Offsetintegrator nachgezogen wird, so daß die Drehung der Kennlinie um den letzten Arbeitspunkt eines gespeicherten Luftmengenistwerts, der beim vorherigen Öffnen der Drosselklappe abgespeichert worden ist, erfolgt und nicht um einen weiter wegliegenden Bezugswert.
  • Das ergänzte, erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs für die benannten Vertragsstaaten Bundesrepublik Deutschland, Großbritannien und Frankreich hat den Vorteil, daß Fehladaptionen, die unter Umständen durch eine mehrfach hintereinander erfolgende Steigungsadaption erfolgen können, dadurch vermieden werden, daß nach einer Steigungsadaption zunächst immer eine erfolgreiche Offsetadaption erst stattfinden muß, bevor eine neue Steigungsadaption freigegeben wird. Dabei läuft im übrigen der Offsetintegrator grundsätzlich immer dann, ist also freigegeben, wenn die Drosselklappe geschlossen ist, der Steigungsintegrator nicht läuft und eine vorgegebene Sperrzeit abgelaufen ist. Der Steigungsintegrator wird im übrigen nur dann sinnvoll freigegeben, wenn der aktuelle Luftmengenistwert größer als der beim Öffnen der Drosselklappe abgespeicherte Wert zuzüglich einer festlegbaren Luftmenge ist.
  • Die Erfindung eignet sich in ihrer Anwendung grundsätzlich zur Adaption beliebiger Stellgliedkennlinienverläufe, wird im folgenden aber für ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel angewendet auf das Stellgliedverhalten bei der Leerlauffüllungsregelung (LFR) für eine Brennkraftmaschine und genauer erläutert, daß sich hier auch ein bevorzugtes Anwendungsgebiet für die vorliegende Erfindung ergibt.
    • Zeichnung
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben und erläutert. Es zeigen Fig. 1 in Form eines Blockschaltbilds eine Leerlauf- Füllungsregelung mit Leerlaufdrehzahlregler und von diesem angesteuertem Leerlaufsteller und entsprechend einem Merkmal vorliegender Erfindung zwischengeschaltete Kennlinienadaptions-Block, Fig. 2 ebenfalls vorwiegend in Form eines Blockschaltbildes die Vorrichtung zur Kennlinienadaption in größerem Detail und Fig. 3 in Form eines Diagramms die Stellerkennlinie Luftmenge oder Luftmasse über der elektrischen Stellgröße T und die Auswirkungen der erfindungsgemäßen Adaption auf den Verlauf der Kennlinie.
    • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Bevor auf die Erfindung im folgenden eingegangen wird, wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß das in der Zeichnung dargestellte, die Erfindung anhand diskreter Schaltstufen angebende Blockschaltbild die Erfindung nicht beschränkt, sondern insbesondere dazu dient, die funktionellen Grundwirkungen der Erfindung zu veranschaulichen und spezielle Funktionsabläufe in einer möglichen Realisierungsform anzugeben. Es versteht sich, daß die einzelnen Bausteine und Blöcke in analoger, digitaler oder auch hybrider Technik aufgebaut sein können, oder auch, ganz oder teilweise zusammengefaßt, entsprechende Bereiche von programmgesteuerten digitalen Systemen, beispielsweise also Mikroprozessoren, Mikrorechner, digitale oder analoge Logikschaltungen u.dgl. umfassen können. Die im folgenden angegebene Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung ist daher bezüglich des funktionellen Gesamt- und Zeitablaufs, der durch die jeweils besprochene Blöcke erzielte Wirkungsweise und bezüglich des jeweiligen Zusammenwirkens der durch die einzelnen Komponenten dargestellten Teilfunktionen zu werten, wobei die Hinweise auf die einzelnen Schaltungsblöcke lediglich aus Gründen eines besseren Verständnisses erfolgen.
  • Die folgenden Erläuterungen beziehen sich speziell auf das Anwendungsbeispiel der Erfindung auf die Optimierung der Leerlauf-Füllungsregelung (LFR) bei einer Brennkraftmaschine (Otto-Motor) derart, daß die von einem Leerlaufdrehzahlregler ausgegebene Soll-Luftmenge QSoll über eine Stellerkennlinienadaption und den Leerlaufsteller in ein Qist umgesetzt wird, wobei gelten soll, daß QSoll ≅ Qist.
  • Entsprechend einem Grundgedanken vorliegender Erfindung erfolgt die Adaption an die dann in dem jeweiligen Zeitpunkt gerade vorliegende Kennlinie des Leerlaufstellers und die Leckluft nach einer bestimmten Strategie, die ein additives und/oder multiplikatives Eingreifen in die vom , (Leerlaufdrehzahl)-Regler ausgegebene Sollgröße zum Ziel hat. Auf diese Weise wird die sonst notwendige und übliche Grundeinstellung der Leckluft mit einem Zusatzbypass eliminiert (auch über der Lebensdauer).
  • In Fig. 1 ist der Leerlaufdrehzahlregler mit 10 und das von ihm über das System zur Kennlinienadaption 11 angesteuerte Stellglied als Leerlaufsteller mit 12 bezeichnet. Der Leerlaufsteller wirkt im vorliegenden Anwendungsfall auf den Öffnungsquerschnitt im Saugrohr einer Brennkraftmaschine 13 ein, insbesondere durch entsprechende Vergrößerung oder Verkleinerung eines Bypassquerschnitts oder auch durch motorische Verstellung der Drosselklappe.
  • Dabei setzt sich die Luft, die die Brennkraftmaschine 13 letztendlich enthält, zusammen aus der Luft durch den Steller bzw. aus der Luft, die der Steller aufgrund seiner Ansteuerung durchläßt, und einer beispielsweise über die Drosselklappe strömende Leckluft-Restmenge. Durch die erfindungsgemäße Kennlinienadaption im Block 11 wird die vom Leerlaufdrehzahlregler 10 ausgegebene Solluftmenge QSoll oder mSoll so in eine elektrische Stellgröße r umgewandelt, daß mit dem Leerlaufsteller 12 eine Luftmenge (oder Luftmasse) eingestellt wird, die zusammen mit der Leckluft die gewünschte angesaugte Luftmenge Qist (oder Luftmasse mist) ergibt. Die Adaption erfolgt. dabei langsam nach Überprüfung von Betriebszuständen. In dem in Fig. 1 gezeigten DrehzahlRegelkreis stellt der Block 11 - Adaption und Steller - ein Proportionalglied mit Verstärkung 1 dar und hat damit keinen Einfluß auf die Stabilität. Das Steuergerät bildet die inverse Stellerkennlinie T = To + m - Q nach (s. Fig. 3).
  • Um die Kennlinienadaption durchzuführen, sind zwei Integratoren 11 für den Kennlinienoffset oder die Fußpunktverschiebung der Kennlinie und 12 für die Kennliniensteigung vorgesehen, wobei die jeweiligen Integratoren immer nur dann laufen, wenn durch bestimmte Betriebsbedingungen der jeweils von ihnen bewirkte Eingriff in die Kennlinienadaption freigegeben werden kann; daher sind jedem Integrator Freigabeglieder zugeordnet, dem Offset-Integrator 11 ein Freigabeglied FC1 und dem Steigungs-Integrator 12 ein Freigabeglied FG2.
  • Dementsprechend erfolgt der Eingriff des Steigungs-Integrators 12 auf die vom Leerlaufdrehzahlregler 10 ausgegebene Sollgröße multiplikativ über einen Multiplizierer M mit einem vorgegebenen Multiplizierfaktor, während die Offset-Korrektur vom Ausgang des Integrators I1 additiv an einem Summationspunkt S1 erfolgt.
  • Beide Integratoren 11 und 12 werden von einem zweiten Summations- oder Vergleichspunkt S2 ein Luftmengendifferenzsignal ΔQ zugeführt, welches der Abweichung der Sollgröße (Solluftmenge QSoll oder Solluftmasse mSoll) von der Istgröße (Luftmenge Qist oder Luftmasse mist) entspricht. Die Angaben Qist kann von einem Luftmengenmesser im Ansaugrohr abgeleitet oder auf sonstige, für sich gesehen bekannte Weise gewonnen sein.
  • Man kann daher die gewünschte Beziehung Qist = QSoll (oder auch bezogen auf die Luftmasse, was im folgenden nicht mehr weiter wiederholt wird) durch Verändern von zwei Parametern erzielen, nämlich durch Variation des Offsets K1 und durch Variation der Steigung K2. Um bestimmte Kennlinienanfangswerte sicherzustellen, sind den Integratoren 11 und 12 jeweils noch Summationspunkte S3 und S4 nachgeschaltet, denen Anfangswerte K10 für den Offset und K20 für die Steigung zugeführt werden.
  • Wesentlich ist, daß die Adaption an die gerade vorliegende Kennlinie des Leerlaufstellers und die Leckluft nach folgender Strategie erfolgt:
  • Der Integrator 11 für den Offset oder die Fußpunktverschiebung der Kennlinie läuft nur, wenn die Drosselklappe länger als eine vorgegebene Zeit T1 = f(n) geschlossen ist und die Drehzahl n des Motors sich in einem bestimmten Bereich, nämlich im Leerlaufbereich befindet. Dementsprechend ist das Freigabeglied FG1 für den Integrator 11 so ausgebildet, daß ihm ein Drosselklappensignal DK und der Istwert der Brennkraftmaschinendrehzahl n zugeführt ist und nur bei Vorliegen dieser beiden Bedingungen der Offset-Integrator 11 freigegeben ist und läuft.
  • Für den Eingriff durch den Integrator 12, der multiplikativ eine Kennlinienverdrehung (Steigungsänderung) betrifft und daher erheblich stärker auf die elektrische Ausgangsstellgröße T als Eingangssignal für den Leerlaufsteller einwirkt, gilt, daß dieser Integrator nur dann freigegeben ist, wenn die Drosselklappe eine vorgegebene Zeitspanne T2, die beispielsweise 100 ms betragen kann, geschlossen ist, wobei für T2 die folgende Beziehung gilt
    Figure imgb0001
    wodurch es möglich ist, ein Überschwingverhalten und eine entsprechende Fehlereinführung des Luftmengenmessers auszublenden, und ferner QSoll größer ist als der letzte Wert QSoll vor dem Öffnen der Drosselklappe. Das heißt, daß der momentane Adaptions-Arbeitspunkt für den Integrator 12 auf der Kennlinie über dem Adaptions-Arbeitspunkt liegen muß, der durch den Eingriff des Offset-Integrators 11 erreicht worden ist.
  • Betrachtet man den in Fig. 3 dargestellten Verlauf der Stellerkennlinie Q = f(τ), der von der Batteriespannung, der Wichtungstemperatur, Differenzdruck, Leckluft u.dgl. abhängt, wobei der in der Zeichenebene linke, schraffierte Kennlinienknickverlauf lediglich der Vollständigkeit halber bei einem Leerlaufsteller angegeben ist und als Notlaufkennlinie durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen auch nicht beeinflußt wird, dann erkennt man bei ① zunächst die Modellkennlinie im Ausgangszustand, bei @ die Kennlinie nach Adaption Offset und bei @ nach Adaption Steigung: identisch mit der tatsächlichen Stellerkennlinie. Als erster Adaptionsschritt erfolgt dann die Arbeitspunktverlagerung durch Offset, wie durch den Pfeil A angegeben, es ist offensichtlich, daß der zweite Schritt des multiplikativen Steigungseingriffs (Pfeil B) nicht in einem Arbeitspunkt realisiert werden darf, der unterhalb des Offset-Arbeitspunkts liegt, da sich in diesem Fall eine umgekehrte, also gerade nicht gewünschte Wirkung ergibt. Die Steigungsadaption erfolgt immer in Arbeitspunkten oberhalb des Offset-Arbeitspunktes.
  • Dementsprechend sind die Bedingungen für den Freigabeblock FG2 des Steigungsintegrators 12 ergänzend so ausgelegt, daß die Steigung nur adaptiert wird bei Luftmengendurchsätzen, die größer sind als beispielsweise ein minimaler Luftmengendurchsatz, wie er sich für den eindeutigen Leerlauffall ergibt.
  • Bevorzugt wird zur Gewinnung dieser Bedingungen daher so vorgegangen, daß im Moment des Öffnens der Drosselklappe die momentanen QSoll- oder mSoll-Werte abgespeichert werden, wozu ein Speicherblock SB vorgesehen ist, dem ein Drosselklappensignal DK und der QSoll-Wert zugeführt wird; diese Abspeicherung entspricht dann dem letzteren Arbeitspunkt, an welchem durch den Offset-Integrator 11 adaptiert worden ist. Zur Freigabe der Steigungsadaption wird dann jeweils überprüft, ob der jetzt angeforderte Luftmengenwert (QSoll; mSoll) größer ist als der jeweils zuletzt abgespeicherte Wert und erst dann kann die Freigabe erfolgen; der die beiden Sollwerte vergleichende Block ist in Fig. 2 mit VG bezeichnet.
  • Diese Bedingung kann hilfsweise auch durch die Überlegung ersetzt werden, daß eine Steigungsadaption immer dann freigegeben werden kann, wenn die momentane Drehzahl sich oberhalb einer gewissen Drehzahl befindet, also beispielsweise die folgende Bedingung erfüllt ist n > nLL + 500 min-1, weil angenommen werden kann, daß bei höherer Drehzahl auch ein Arbeitspunkt auf die Kennlinie eingenommen wird, der über dem Leerlaufpunkt liegt, so daß man sich auf dem richtigen Kennlinienabschnitt befindet. Ein solcher Fall einer erhöhten Drehzahl tritt beispielsweise nach einem Gasstoß oder im Schub auf. Es muß aber erwähnt werden, daß diese Überlegung nur hilfsweise gelten sollte und die Speicherung der Sollwerte vor dem Öffnen der Drosselklappe unbedingten Vorzug hat.
  • Auf einen Umstand ist noch einzugehen. Noch vor dem Multiplizierer M ist ein weiterer Summationspunkt S4 vorgesehen, an welchem von der Sollgröße QSoll eine Luftmenge Qo abgezogen wird. Diese Maßnahme dient der Optimierung des Arbeitsbereiches. Dabei sollte der Wert von 00 nicht größer sein als die minimal auftretende Solluftmenge QSoll, so daß die zum Multiplizierer M gelangende Größe nach dem Summationspunkt S4 vorzugsweise immer größer als O ist. Durch diese Addition mit einem negativen Wert von Qo gelingt es, den Drehpunkt der Kurve oder Kennlinie möglichst nahe an den Arbeitspunkt zu legen. Geht man von einem wünschenswerten Idealfall aus, in welchem der zugeführte ao-Wert genau auf dem Arbeitspunkt liegt, dann gelingt es nämlich, mit nur lediglich einem Iterationsschritt, nämlich einmal Offset-Einstellung und einmal Steigungs-Einstellung, die Kurve zu adaptieren und darzustellen. Aber auch wenn der Drehpunkt durch die Abweichung des Qo-Wertes vom direkten Arbeitspunkt tiefer liegt, kommt man doch insgesamt mit weniger Iterationsschritten aus.
  • Entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung vorliegender Erfindung zur Verbesserung der Adaption des Stellglied-Kennlinienverlaufs dahingehend, daß eine Verringerung der Iterationsschritte und somit eine schnellere Adaption erreicht bzw. auch Fehladaptionen in der Weise vermieden werden können, daß nicht beispielsweise mehrmals hintereinander die Steigung adaptiert wird, ohne daß zwischenzeitlich eine Offset-Adaption stattfindet, besteht ferner noch darin, daß:
    • der Offset-Integrator 11 immer dann läuft, also freigegeben ist, wenn die Drosselklappe geschlossen ist, wenn der Steigungsintegrator 12 nicht läuft und die Sperrzeit T2 abgelaufen ist;
    • daß der Steigungsintegrator 12 nur dann läuft, wenn Qist + Qsp + ΔQ ist, wobei Qsp der beim Öffnen der Drosselklappe jeweils abgespeicherte Wert und ΔQ eine festlegbare Luftmenge ist;
    • daß nach einer Steigungsadaption zunächst eine erfolgreiche Offset-Adaption stattfinden muß, d.h. QSoll = Qlst, bevor eine neue Steigungsadaption stattfinden kann;
  • und daß ferner bei einer Steigungsadaption gleichzeitig nach einer bestimmten Rechenvorschrift auch der Offset-Integrator 11 nachgezogen wird, wodurch es gelingt, eine Drehung der Kennlinie um den letzten Arbeitspunkt Qsp und nicht um 00 zu erreichen. Man kann auf diese Weise im günstigsten Fall (wenn T1 sehr groß ist) die Anzahl der erforderlichen Interationsschritte auf einen Schritt verringern.
  • Um diese Maßnahmen jeweils für sich und/oder bevorzugt insgesamt bei der erfindungsgemäßen Leerlauffüllungsregelung einsetzen zu können, ist entsprechend Fig. 2 ein zusätzlicher Funktions-Schaltungsblock SB vorgesehen, der gleichzeitig auch die beiden Integratoren gegeneinander verriegelnde Funktionen übernehmen kann und dem Eingangssignale vom Ausgang des Speicherblocks SB (über den Vergleicher VG) bezüglich des beim letzten Öffnen der Drosselklappe abgespeicherten Werts Qsp sowie die Ausgangssignale der beiden Integratoren und/oder der diesen zugeordneten Freigabeschaltungen zugeführt sind. Der Funktionsblock wirkt dann bevorzugt auf die Freigabeschaltungen mit entsprechenden Ausgangssignalen und stellt hierdurch sicher, daß entsprechend den weiter vorn genannten Maßnahmen der Offset-Generator über sein Freigabeglied FG1 immer dann freigegeben ist, wenn dies der obengenannten Bedingung entspricht, wobei entsprechend zusätzlich benötigte Eingangssignale noch zugeführt werden und auch der Steigungsintegrator nur dann freigegeben wird, wenn der aktuelle Qlst-Wert größer, mindestens aber gleich ist dem beim Öffnen der Drosselklappe abgespeicherten Wert und einer festlegbaren Luftmenge, denn durch die Steigungsadaption ergibt sich schnell ein relativ starker Eingriff auf die Ausgangsstellgröße, der nur zugelassen werden kann, wenn die genannte Bedingung erfülllt ist.
  • Schließlich ist der Funktionsblock FB so ausgebildet, daß er eine gegenseitige Verriegelung der Freigaben von Offset-Integrator und Steigungsintegrator bewirkt, so daß verhindert wird, daß durch Steigungsänderungen stark adaptiert wird, ohne daß zwischenzeitlich aufgrund einer Offset- Adaption der Fußpunkt bzw. Drehpunkt der Kennlinie eine Anpassung erfährt. Hierbei ist weiter vorn schon darauf hingewiesen worden, daß sich die Erfindung insbesondere auch zur Realisierung unter Einsatz von Rechenschaltungen, Mikroprozessoren, Kleinrechnern u.dgl. eignet, wobei insbesondere die zuletzt noch genannten Maßnahmen Bedingungen darstellen, die sich durch eine entsprechende Programmgestaltung bei Einsatz eines Mikroprozessors o.dgl. gut angeben und abarbeiten lassen.

Claims (8)

1. Verfahren in Verbindung mit einer Steuerung bzw. Regelung der Drehzahl einer Brennkraftmaschine im Leerlauffall über ein elektromechanisches Stellglied, zum Steuern der angesaugten Luftmenge oder Masse mittels einer Adaption eines Kennlinienverlaufes des kontinuierlich arbeitenden Stellgliedes der Brennkraftmaschine durch Umwandlung der vom Steuer- bzw. Reglerausgang dem Stellglied (12, LL-S) zugeführten Ansteuerungsgröße (QSoll, mSoll) in eine adaptierte elektrische Stellgröße (τ) für das Stellglied, in dem die Ansteuerungsgröße (QSoll, mSoll) multiplikativ bzw. durch Summation mit mindestens einem, den Offset- bzw. die Steigung der Stellgliedkennlinie beeinflussenden gespeicherten Wert (11, I2) verknüpft wird, wobei die gespeicherten Werte ein Ausgangssignal je eines Regelkreises darstellen, welcher bei bestimmten Betriebsbedingungen aktiviert wird und der aus einem Vergleich der Ansteuerungsgröße (QSoll, msoll) mit einem Istmeßwert des Luftmassen- oder Luftmengenmessers das Ausgangssignal erzeugt, mit dem wenigstens einer der gespeicherten Werte (11, 12) im Sinne einer geringeren Regelabweichung verändert wird, wobei am zeitlichen Ende der bestimmten Betriebsbedingung der so veränderte Wert abgespeichert wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verriegelung von Offset- und Steigungsadaption in dem Sinne stattfindet, daß nach jeder Steigungsadaption zunächst eine Offset-Adaption (QSoll = QIst) stattfindet, bevor eine neue Steigungsadaption freigegeben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei jeder Steigungsadaption gleichzeitig auch der Offset-Integrator (11) nachgezogen wird, derart, daß die durch die Steigungsadaption jeweils bewirkte Kennliniendrehung um den jeweils letzten Arbeitspunkt (beim letzten Drosselklappenöffnen abgespeicherten Wert Qsp) erfolgt..
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