SE518930C2 - Förfarande och anordning för styrning av en förbränningsmotors vridmoment - Google Patents

Description

min; ||»»| lO 15 20 'fx »ns » 1 i u i.. i i » i 518 930 2 Fördelar med uppfinningen Det uppfinningsmässiga förfaringssättet förbättrar åkkomforten och körförhållan- dena vid en förbränningsmotor vid till- och/eller frånkoppling av en belastning.

Därvid är det särdeles fördelaktigt att genom det uppfinningsmässiga förfarings- sättet förloppet för det av motorn avgivna vridmomentet vid till- och/eller från- koppling av belastningen förblir nära nog konstant, så att i det väsentliga ej upp- står något momentsprång och därmed också ingen varvtalsändring och inget ryck i fordonet.

Särdeles fördelaktigt är att genom påverkning av tändvinkeln en mycket snabb kompensation av belastningsändringen sker, och de systembetingade fördröj- ningarna vid vridmomentets inställning via lufttillförseln inte spelar någon roll längre.

Vidare är det fördelaktigt att trots påverkan av tändvinkeln vid till- och/eller från- koppling av belastningen förbränningsmotorn utanför övergångsdriftstillståndet kan drivas med eller åtminstone nära den förbrukningsoptimala tändvinkeln och därmed i ett område med hög verkningsgrad. Därmed får man den mycket stora fördelen med det uppñnningsmässiga förfaringssättet, att förbättringen i åkkom- forten ej drar med sig någon försämring av bränsleförbrukningen.

Särskilt stor betydelse har det uppfinningsmässiga förfaringssättet vid tillkoppling av belastningar, så att det på fördelaktigt sätt bara användes vid tillkopplingsför- loppet. Därutöver kan det på analogt sätt insättas för förbättring av den förhål- landevis ringa påverkan av åkkomforten vid frånkoppling av en belastning eller i förbindelse med andra lösningar vid frånkoppling, som t.ex. ett momentminskan- de tändningsingrepp parallellt med momentreducerande luftingrepp.

Ytterligare fördelar framgår av den följande beskrivningen av utföringsexempel jämte från de beroende patentkraven. 10 15 20 >.,>. ...in 518 930 3 u. u.

Ritningar Uppfinningen kommer nu att närmare förklaras i anslutning till de i ritningarna visade utföringsformerna. Därvid visar fig. 1 en översiktlig blockschemabild av ett styrschema för en förbränningsmotor, där det uppfinningsmässiga förfaringssättet framställes i ett föredraget utförings- exempel, under det att i fig. 2 och 3 det uppfinningsmässiga förfaringssättet närmare utlägges vid tillkopp- ling av en last, medelst ett tids- och flödesdiagram.

Beskrivning av utföringsformer Fig. 1 visar en översiktlig blockschemabild av en motorstyrning. Denna omfattar som väsentliga element med hänsyn till det uppfinningsmässiga förfaringssättet en tomgângsvarvtalsreglering med förstyrning och en elektrisk styrning av tändtid- punkten. Vidare kopplar motorstyrningen minst en belastning i enlighet med en motsvarande kravsignal. Av översiktlighetsskäl visas i fig. l bara de i samman- hang med det uppfinningsmässiga förfaringssättet vid tillkoppling av en belastning väsentliga elementen.

Fig. 1 visar en styrenhet 10, som via en utgångsledning 12 styr ett elektriskt manövrerbart inställningselement 14 för påverkan av lufttillförseln till förbrän- ningsmotorn. Inställningselementet kan därvid vara ett elektriskt manövrerbart spjäll, en elektriskt styrbar bypassventil eller ett elektriskt styrbart spjällanslag för inställning av tomgångsinställningen för spjället. Via en ytterligare utgångsledning 16 styr styrenheten 10 minst en tillkopplingsbar belastning 18, exempelvis en klimatiseringskompressor, en automatisk växel, en elektriskt styrbar koppling och/eller en elektriskt styrbar motorfläkt. En ytterligare utgângsledning 20 styr tändtidpunkten för de enskilda cylindrarna i motorn. Från en mätanordning 22 för avkänning av motorvarvtalet leder en ingångsledning 24 till styrenheten 10.

Vidare leder en ingângsledning 26 från minst ett element 28 till bildning av 10 15 20 ,.-1a mi.. 518 930 4 u u; kravsignalen för inkoppling av minst en belastning till styrenheten 10. En ytterligare ingångsledning 30 leder från en mätanordning 32 för avkänning av motorbelastningen, exempelvis en luftmasse- eller sugrörstrycksensor, till styr- enheten 10.

Alltefter typen av den tillkopplingsbara belastningen alstrar elementet eller elementen 28 en omkopplingssignal för inkoppling av en klimatiseringsanläggning (till klimatiseringskompressorn) i beroende av en betjäningsomkopplare eller en driftstryckssignal, etc., en kopplingssignal för insättning av en elektrisk koppling i beroende av ett kopplingskrav från föraren eller från valda driftsförhållanden, en kopplingssignal för styrning av en automatisk växel (t.ex. från parkeringsinställ- ning till neutralläge, från neutral- till drivläge, etc.) i beroende av ett motsvaran- de omkopplingskrav från föraren eller i beroende av valda driftsförhållanden och/eller en omkopplingssignal för inkoppling av en motorfläkt i beroende av en motsvarande inkopplingssignal och/eller eventuellt i beroende av driftsförhållan- den såsom motortemperaturen.

I styrenheten är anordnad en tomgångsvarvtalsreglerare 34, till vilken ledningen 24 jämte en ledning 36 från en börvärdesbildningsenhet 38 tillföres. Till den senare ledes vid det föredragna utföringsexemplet ingångsledningar 40-42 från icke visade mätanordningar för avkänning av driftsstorheter för motorn och/eller fordonet, såsom motortemperatur, fordonshastighet etc. Utgångsledningen 44 från tomgångsregleraren 34 leder till ett korrektionsställe 46, vars utgångsledning utgör ledningen 12. Vidare finns en första karakteristika respektive ett första datafált 48 som del av styrenheten lO. Till detta ledes ledningen 26 och valda ledningar 40-42. Utgångsledningen 50 leder till korrektionsstället 46. Vidare finns ett beräkningsblock 52, företrädesvis ett tidselement, till vilket från ledningen 26 ledningen 51 tillföres. Från beräkningsblocket 52 leder utgångsledningen l6 till belastningen 18. Till ett ytterligare datafält för bestämning av tåndtidpunkten ledes utgående från ledningen 24 en ledning 56 liksom ledningen 30. Utgångs- ledningen 58 från datafåltet 54 leder till ett korrektionsställe 60, vars utgångs- n nu .. 10 15 20 = :as mms »tt-r . . . ...30 . .. . . u o « nn . 518 930 5 ledning är ledningen 20. Till korrektionsstället 60 ledes ingångsledningar 62 och 63. Ingángsledningen 62 går från en reglerare 66, till vilken från ledningen 24 ledes ledningen 68 liksom från ledningen 36 ledes ledningen 70. I det föredragna utföxingsexemplet ñnns vidare en från reglerarens 66 utgångsledning till datafältet 48 ledande ledning 78. lngångsledningen 63 utgår från ett förstyrblock 65 för tändtidpunkten, till vilket vid det föredragna utföringsexemplet ledes en ledning 67 från ledningen 51 och en ledning 69 från ledningen 16. Förstyrblocket 65 innehåller en tabell respektive ett datafålt eller en -linje, där förändringen av tändtidpunkten i beroende av krav- och omkopplingssignal under belastnings- tillkoppling är inlagd.

Vid förbränningsmotorns drift bildas av börvärdesbildaren 38 i beroende av de tillförda driftsstorheterna ett börvårde för tomgångsvarvtalet. Detta sättes av regleraren 34 i förbindelse med det mätta motorvarvtalet, och i enlighet med en förutbestämd reglerstrategi, exempelvis PID, alstras en utgångssignal för in- ställning av lufttillförseln till motorn, vilket medför en tillnärmelse av ärvarvtalet till börvarvtalet. För förbättring av reglerdynamiken finns ett datafält 48, en så kallad förstyrning. Detta innehåller förutbestämda, ändringsbara karakteristikor, vilka för varje tillförd driftsstorhet innehåller ett åndringsvårde för lufttillförseln, dvs. ett korrektionsvärde för utgångssignalen från regleraren.

Med hänsyn till tillkopplingsbara belastningar, såsom en klimatiseringsanlägg- ning, en automatisk växel, en elektriskt styrbar koppling och/eller en fläkt, avges i beroende av föreliggandet av en kravsignal för inkoppling av någon av dessa tillsatsbelastningar den därtill svarande och lufttillförselhöjande signalen från datafåltet 48. Detta leder via korrektionsstållet 46 till en påverkan av lufttillför- seln, varvid lufttillförselns ändring skall just kompensera det genom den till- kopplade belastningen ytterligare erfordrade vridmomentet. Styrningen av tändtidpunkten sker på känt sätt på basis av ett förprogrammerat datafålt (54) i beroende av det aktuella driftstillståndet. Detta representeras genom det mätta motorvarvtalet och motorbelastningen, exempelvis luftmassaströminen eller u uno a: 10 15 20 ..,»| til.) 518 930 6 sugrörstrycket. Det förprogrammerade datafältet inställer därvid tändvinkeln med hänsyn till en förbrukningsoptimering av motorn. Motorn drives därför i regel med denna optimala tändtid, åtminstone i dess närhet, där motorn med minimal förbrukning alstrar maximalt vridmoment. Motorn arbetar alltså med hög verk- ningsgrad.

Det är önskvärt att det av motorn avgivna vridmomentet även vid övergång för lastökning respektive -frånkoppling är väsentligen konstant och motorn vid över- gángstillständet styres så att motorn kompenserar för den ytterligare belastningen respektive den minskade belastningen. Detta uppnås genom det uppfinningsmäs- siga förfaringssättet. Grundtanken är därvid att före den egentliga belastnings- ökningen, beroende av kravsignalen respektive före den egentliga belastnings- minskningen i beroende av fränkopplingssignalen motorns driftspunkt ändras i riktning mot försämring av verkningsgraden, för att sedan vid till- respektive frånkoppling av belastningen genomföra en vridmomentkompensation och under respektive efter avslutandet av övergångstillståndet förskjuta driftspunkten för motorn på nytt i riktning mot en förbättring av verkningsgraden.

Rent konkret genomföres vid tillkoppling av belastningen med uppträdandet av kravsignalen (ledning 26) vid konstant vridmoment en uppåtstyrning av luften (datafált 48, korrektionsställe 46) under motsvarande återtagande av tändtid- punkten (vid det föredragna utföringsexemplet genom återtagning via förstyr- blocket 65, understött genom regleraren 66 för utjämning av möjliga varvtals- /vridmomentsavvikelserL efter avslutande av detta förlopp (tidsvillkor i blocket 52) belastningen inkopplad (ledning 16) och genom den nödvändiga höjningen av motormomentet tändtidpunkten åter ställd till sitt ursprungliga värdeintervall (vid det föredragna utföringsexemplet genom återtagning via förstyrblocket 65 , understött genom regleraren 66 för utjämning av möjliga varvtals-/vridmoment- avvikelser). l0 15 20 »».|| mm: 518 930 ÉÜ: 7 Pä motsvarande sätt sker vid frånkoppling av belastningen vid uppträdande av en frånkopplingssignal (respektive vid frånvaro av kravsignalen) till en början en liten uppåtstyrning av tillsatsluften vid motsvarande återtagning av tändtidpunkten vid konstant vridmoment respektive konstant varvtal, för att genom tändtidpunk- ten åstadkomma en ingreppsmöjlighet i riktning mot en momenthöjning. Efter detta förlopps avslutande frånkopplas belastningen, lufttillförseln minskas, och under övergången möjliga varvtals- respektive momentavvikelser bortregleras via tändtidpunkten. Därefter återställes det ursprungliga driftstillståndet genom styr- ning av tändtidpunkten till värdet enligt datafältet 54 under inställning av luften.

Storleken av uppåtstyrningen för lufttillförseln bestämmes vid ett fördelaktigt utföringsexempel genom signaltypen och/eller signalstorleken (t.ex. dess nivå) för kravsignalen på basis av förutbestämda tabeller, karakteristikor och/eller -fält Vid ett föredraget utföringsexempel anordnas en anpassning av uppåtstyrningen för tillsatsluften före tillkopplingen av belastningen, i beroende av storleken av regleringens ingrepp på tändtidpunkten under övergångstillståndet. Dess korrige- rande utgångssignal, särskilt avvikelsen mellan den inställda tändtidpunkten och det optimala värdet för datafaltet 54 efter laststegringens avslutning, utgör en storhet för luftförstyrningsvärdets avvikelse från idealvärdet. Vid detta idealvärde inställes efter övergångstillståndets avslutande under inreglering av datafältständ- tidpunkten just momentändringen. Korrigerande påverkningar av tändtidpunkten bestämmes alltså inom ramen för anpassningen, och luftförstyrvärdet anpassas motsvarande.

Regleranordningen 66 för tändtidpunkten utför alltefter utförandet en varvtals- reglering, en vridmomentreglering eller en belastningsreglering (luftmasse-, luftmängds-, tryckreglering). Ätertagningen respektive återställningen av tändtidpunkten i beroende av krav- respektive kopplingssignal kan åstadkommas på olika sätt. Vid det föredragna utföringsexemplet ändras tändtidpunkten i båda fallen i enlighet med förutbe- 10 15 20 mia; my.. 518 930 šïïíïï; 8 stämda tidsfunktioner, vilka kan vara lika eller olika. Vid ett annat fördelaktigt utföringsexempel insåttes respektive en språngartad förändring av tåndtidpunkten eller en kombination av tidramp och språng. Vidare kan det vara fördelaktigt att genomföra tändtidpunktsförställningen uteslutande via regleraren 66, dvs. avstå frân förstyrblocket 65.

Vid ett särdeles fördelaktigt, enkelt utföringsexempel avstår man från regleringen av tändtidpunkten och utför i stället bara en styrning av tändtidpunkten, varvid enligt förutbestämda tidsfunktioner tändtidpunkten återtages med kravsignalen parallellt med luftuppstyrningen och densamma återföres vid inkopplingen av belastningen till dess optimala värde.

Vidare uppvisar det uppfinningsrnässiga förfaringssättet de nämnda fördelarna icke blott vid tomgång utan även utanför tomgångsintervallet. Där reduceras efter krav på belastningsökning tändtidpunkten, det därigenom minskade vridmomentet utjämnas genom påverkan av lufttillförseln antingen via en tomgångsinställare eller via ett elektriskt styrbart spjäll, därefter inkopplas belastningen och tändtid- punkten âterställes. Härigenom kommer även under färd exempelvis det cykliska kopplandet av en klimatiseringsanläggnings kompressor att effektivt kompenseras och negativa verkningar på åkkomforten att undvikas. Samma sker också vid frånkoppling av belastningen.

I fig. 2 och 3 visas ett föredraget utföringsexempel av det uppfinningsmässiga förfaringssättet vid tillkoppling av en belastning.

Fig. 2 visar därvid tidsdiagram för krav- och kopplingssignalen för belastningen (fig. 2a), lufttillförseln till motorn (fig. 2b), tändtidpunkten (fig. 2c) samt det av motorn avgivna vridmomentet (fig. Zd) vid tillkoppling av belastningen.

Vid en tidpunkt TO erhåller motorstyrningen kravsignalen för tillkoppling av belastningen. Detta leder fr.o.m. tidpunkten TO till en förutbestämd uppstyrning »nu a» vasa: mi.. 10 15 20 .o :nu »in u» .25 u t . . i '30 . 518 930 9 av lufttillförseln till motorn under samtidig momentreducerande omställning av tändtidpunkten. Denna första fas av det uppfinningsmässiga förfaringssättet är därvid så dimensionerad, att verkningarna av luftuppstyrningen och tändpunkts- reduceringen kompenserar varandra i vridmomentet för motorn. Det av motorn avgivna vridmomentet förblir därför väsentligen konstant. Ändringen av tändtid- punkten sker därvid utgående från den förbrukningsoptimalt inställda tändtid- punkten före tidpunkten T0 och korrigeras för konstanthållning av vridmomentet via en varvtals-, belastnings- eller momentreglering. Efter avslutandet av upp- styrningen av lufttillförseln vid tidpunkten Tl inkopplas belastningen efter slutet av ett förutbestämt tidsintervall efter uppträdandet av kravsignalen och/eller vid avslutandet av luftuppstyrningen (vid väsentligen konstant luftstyrsignal). Den därvid nödvändiga höjningen av det vridmoment som motorn skall alstra åstad- kommes genom omställningen av tändtidpunkten fr.o.m. tidpunkten Tl till sitt förbruksoptimala värde, utan att i idealfallet behövs någon ändring av lufttillför- seln. Genom korrektion av tändtidpunktsändringen inom ramen för en varvtals-, belastnings- eller momentreglering styres även vid faktisk tillkoppling av be- lastningen till ett väsentligen konstant, av motorn avgivet vridmoment.

Vid det föredragna utföringsexemplet förinställes den vid tidpunkten TO genom- förda uppstyrningen av lufttillförseln på så sätt, att den tändtidpunktsförskjutning som skall ske vid tidpunkten Tl, just ger det för drift av den ytterligare förbruka- ren erforderliga vridmomentet. Eftersom denna förutbestämda tillordning kan ändra sig under driften av fordonet, finns vid det föredragna utföringsexemplet en anpassning av detta uppstyrningsvärde. Eftersom inställningen av tändtidpunkts- regleraren efter avslutningen av övergången utgör avvikelsen för det genom luft- tillförseln vid optimal tändtidpunkt inställda vridmomentet från idealvärdet, så kommer i beroende av avvikelsen för den inställda tändtidpunkten från det opti- mala luftuppstyrningen att korrigeras, så att tändtidpunkten svarar mot den opti- mala. Om efter uppkopplingsförloppets avslutning den optimala tändtidpunkten är inställd, så sker en anpassning av luftstyrvärdet på sätt som framgår av känd teknik, respektive på basis av tomgångsregleraren. 10 15 20 surr: | ø n ø n: 518 930 10 Fig. 3 visar ett flödesschema, vilket ger hänvisningar till förverkligandet av det ovan beskrivna, uppflnningsmässiga förfaringssättet. Den i fig. 3 visade program- delen inledes med uppträdandet av kravsignalen. I det första steget 100 höjes i beroende av kravsignalen språngartat eller enligt en förutbestämd tidsfunktion svarande mot det förutbestämda uppstyrningsvärdet luftförstyrningen, och tänd- tidpunkten (Zzp) sänkes. I det därpå följande steget 102 bildas skillnaden mellan bör- och ärvarvtalen och genomföres eventuellt en korrektion av tändtidpunkten Zzpkorr i beroende av skillnaden. Stegen 100 och 102 leder därvid till det vid tidpunkten TO visade ingreppet i lufttillförseln och tändtidpunkten, som håller vridmomentet konstant. I steget 104 prövas huruvida luftuppstyrningen är klar.

Detta fastställes exempelvis genom förändringen av den till motorn tillförda luften och/eller på basis av ett tidvillkor. Om luftuppstyrningen ej är klar, så upprepas programdelen med steget 100 vid ändring av lufttillförseln och/eller tändtidpunk- ten enligt en tidsfunktion, med steget 102 vid språngartad omställning av lufttill- förseln och tändtidpunkten. Om luftuppstyrningen är klar, sä avges enligt steget 106 en omkopplingssignal och lasten tillkopplas. I därpå följande steg 108 åter- ställes tändtidpunkten Zzp enligt en förutbestämd tidsfunktion eller språngartat till datafältvärdet Zzpopt och korrigeras därvid enligt steg l10 genom en reglering av motorvarvtalet till ett börvärdesvarvtal, för att hålla det vridmoment som skall avges konstant. I det därpå följande steget 112 frågas om uppkopplingsförloppet är avslutat. Detta sker genom ett tidsvillkor eller genom prövning om tändtid- punktsingreppet är väsentligen stationärt. Om så ej är fallet, upprepas tändtid- punktsregleringen vid tidsmässig omställning av tändtidpunkten med steg 108 eller vid sprángartad ändring med steg 110. Om uppkopplingsförloppet är avslutat, så användes vid ett fördelaktigt utföringsexempel enligt steget 114 avvikelsen för den inställda tändtidpunkten från den förbrukningsoptimala, vilket kommer till uttryck i reglerkorrektionsvärdet Zzpkorr, för korrektion av uppstyrningsvärdet för luft- tillförseln och lufttillförseln inställes på sådant sätt, att den optimala tändtidpunk- ten kan intagas. Därefter avslutas programdelen. n. u»

Claims (8)

10 15 20 25 518 930 11 u o ø | no Patentkrav

1. Förfarande för styrning av en förbränningsmotors vridmoment, med en styr- enhet (10), som påverkar åtminstone lufttillförseln (QL) till motorn jämte dess tändtidpunkt (ZW), med minst en motorn i beroende av minst en kravsignal (LAST) belastande ytterligare belastning (18), varvid före den ytterligare belast- ningen en omställning av lufttillförseln (QL) och tändtidpunkten (ZW) utföres i riktning mot en försämring av motorns verkningsgrad, varvid det av motorn avgivna vridmomentet (M) förblir väsentligen konstant, och lufttillförseln (QL) till motorn omställes i momenthöjande riktning, under det att tändtidpunkten (ZW) omställes i momentreducerande riktning, varvid den ytterligare belastningen (18) tillkopplas vid en inställning av motorn med försämrad verkningsgrad och den genom belastningstillkopplingen uppkomna vridmomentändringen i det väsentliga kompenseras genom styrning och/eller reglering av tändtidpunkten (ZW).

2. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att höjningen av lufttillförseln dimensioneras så att den genom belastningsändringen nödvändiga vridmomentändringen just färdigställes.

3. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att vid belast- ningsändringen en ändring av tändtidpunkten sker till dess utgängsvärde.

4. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att moment- eller varvtalsavvikelser kompenseras genom korrektion av tändtidpunkten inom ramen för en varvtals-, belastnings- eller momentreglering.

5. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att värdet för lufttillförselns ändring korrigeras i proportion till avvikelsen mellan den inställda tändtidpunkten och den tändtidpunkt som skall inställas efter belastningsändring- C11. 10 15 20 518 930 12 c u n | uu

6. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att inställningen av tändtidpunkten utanför driftstillstándet för belastningsändring inställes till ett förbrukningsoptimalt värde eller i dess närhet, så att motorn arbetar med hög verkningsgrad.

7. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att belastnings- ändringen vid till- respektive fránkoppling av tillkopplingsbara belastningar, såsom en klimatiseringsanläggning, en automatisk växel, en elektroniskt styrbar koppling och/eller en elektrisk motorfläkt.

8. Anordning för styrning av en förbränningsmotors vridmoment, med en styr- enhet (10), som påverkar åtminstone lufttillförseln till motorn och dess tändtid- punkt, med minst en ytterligare belastning (18) som belastar motom i beroende av minst en kravsignal (LAST), varvid styrenheten (10) omfattar medel (100), som före tillkoppling av den ytterligare belastningen (18) genomför en omställ- ning av lufttillförseln (QL) och tändtidpunkten (ZW) i försämrande riktning för motorns verkningsgrad, varvid det av motorn angivna vridmomentet (M) förblir väsentligen konstant och lufttillförseln (QL) till motorn omställes i momenthöjan- de riktning och tändtidpunkten (ZW) i momentsänkande riktning, styrenheten (10) har medel (106) som inkopplar den ytterligare belastningen (18) vid en inställning av motom med försämrad verkningsgrad samt omfattar medel (108, 110) som kompenserar den genom den av inkopplingen av den ytterligare belastningen åstadkomma vridmomentförändringen. gg. i? ä _