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DE3020618C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Regulieren der Drehzahl eines Fahrzeug-Brennkraftmotors - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Regulieren der Drehzahl eines Fahrzeug-Brennkraftmotors

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Publication number
DE3020618C2
DE3020618C2 DE3020618A DE3020618A DE3020618C2 DE 3020618 C2 DE3020618 C2 DE 3020618C2 DE 3020618 A DE3020618 A DE 3020618A DE 3020618 A DE3020618 A DE 3020618A DE 3020618 C2 DE3020618 C2 DE 3020618C2
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Germany
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speed
engine
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control signal
upper limit
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DE3020618A
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Shoji Yokohama Furuhashi
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Nissan Motor Co Ltd
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Nissan Motor Co Ltd
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Description

a) ein an den Motor angeschlossenes Getriebe befindet sich in einer von der Getriebeposition ,NEUTRAL« abweichenden Stellung,
b) die Motor-Drosselklappe ist geschlossen,
c) die Motordrehzahl liegt in einem vorgegebenen Bereich,
d) die Fahrzeuggeschwindigkeit liegt unter einem vorgegebenen Wert,
e) die Rückkopplungssteuerung arbeitet, und
daß in dem Fall, daß der vorgegebene Motorbetriebszustand erkannt wird, insofern in die Rückkopplungssteuerung eingegriffen wird, als der Steuersignalwert unter einen vorgegebenen oberen Grenzwert begrenzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des Steuersignals nach einer Exponentialfunktion vermindert wird, wenn der Wert des Steuersignals größer als der obere Grenzwert ist
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2. bei dem das Steuersignal einen Proportionalanteil mit einer verhältnisgleichen Steuerwirkung und einen Integralanteil mit einer integrierenden Steuerwirkung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Begrenzung des Steuersignals unter den vorgegebenen Grenzwert der Integralanteil des Steuersignals gelöscht wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der für das Vorliegen des vorgegebenen Motorbetriebszustands maßgebliche Drehzahlbereich zwischen 600 und 350 l/min, liegt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der für das Vorliegen des vorgegebenen Motorbetriebszustands als obere Grenze vorgegebene Wert der Fahrzeuggeschwindigkeit 12 km/h beträgt
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene obere Grenzwert des Steuersignals so bemessen 1st, daß eine auf eine Drehzahl von 800 bis 900 l/min, zugeschnittene Ansaugluftmenge eingeregelt wird.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch Fühleinrichtungen (24, 27, 28, 29) zur Ermittlung des vorgegebenen Motorbetriebszustands und durch einen Begrenzer zur Begrenzung des Steuersignals auf einen unterhalb des vorgegebenen oberen Grenzwerts liegenden Wert, wenn die Fühleinrichtungen den vorgegebenen Motorbetriebszustand erkennen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regulieren der Drehzahl eines Fahrzeug-Brennkraftmotors gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Nach jüngsten Erkenntnissen sollte die Motordrehzahl bereits im Leerlaufzustand genau kontrolliert werden, um die Abgase frei von Schadstoffen zu halten und den Treibstoffverbrauch zu senken. Unter diesem Gesichtspunkt wurden Verfahren zur rückgekoppelten Steuerung der Motor-Ansaugluftmenge entwickelt, mit deren Hilfe die Motordrehzahl näher an eine auf der Grundlage von Motorbetriebsbedingungen, insbesondere der Motortemperatur, bestimmte Bezugsdrehzahl herangebracht werden kann. Bei den bekannten Verfahren wird die Ist-Drehzahl durch Erhöhung der Ansaugluftmenge angehoben, wenn die Ist-Drehzahl den Sollwert unterschreitet, d. h, kleiner als die Bezugs-Drehzahl ist Umgekehrt wird die Ansaugluftmenge verringert wenn die Ist-Drehzahl oberhalb des
Sollwertes liegt
Ein Vorrichtungssystem zur Durchführung eines derartigen Verfahrens ist beispielsweise aus der DE-OS 19 61 438 bekannt Bei diesem Vorrichtungssystem wird die Ist-Drehzahl gemessen und mit dem Sollwert verglichen. Entsprechend der ermittelten Drehzahlabweichung wird ein Differenzsignal erzeugt, das die Grundlage für ein von einem Signalgenerator abgegebenes Steuersignal ist mit dem eine die Ansaugluftmenge beeinflussende Steuerventileinheit angesteuert wird.
Bei den herkömmlichen Regelverfahren treten jedoch folgende Probleme auf:
Wenn das Fahrzeug mit einer von der Neutralstellung abweichenden Getriebestellung fährt und durch Betätigung der Bremse abgebremst wird, sinkt die Motordreh-
so zahl entsprechend der Fahrgeschwindigkeit unter den der Regelung zugrundegelegten Sollwert. Die rückgekoppelte Regelung bewirkt daher eine Erhöhung der Ansaugluftmenge, die jedoch wegen des vorliegenden Bremsvorganges nicht zu einer Erhöhung der Motord rehzahl führt, so daß die rückgekoppelte Regelung zu einer weiteren Erhöhung der Ansaugluftmenge führt Folglich arbeitet der Motor jetzt gegen die Bremse, vermindert die Bremswirkung und erhöht den Bremsweg des Fahrzeugs in unerwünschter Weise.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren zum Regulieren der Motordrehzahl und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens so weit zu verbessern, daß eine erzwungene Abnahme der Drehzahl unter den für die Drehzahlregu lierung maßgeblichen Sollwert nicht zu einer uner wünschten Erhöhung der Motor-Ansaugluftmenge führt Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Hauptanspruchs 1 und des ersten Vorrichtungsanspruchs 7 gelöst
Ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß im Falle eines vorgegebenen Motorbetriebszustandes die Wirkung der Rückkopplungssteuerung insoweit eingeschränkt wird, als das für die Bemessung der Ansaugluftmenge maßgebliche Steuersignal derart begrenzt wird, daß es einen vorgegebenen oberen Grenzwert nicht überschreiten kann. Das Vorhandensein des vorgegebenen Motorbetriebszustamis wird nach bestimmten Kriterien, nämlich der Getriebeposition, der Drosselklappenstellung, dem gegenwärtigen Drehzahl- und Fahrgeschwindigkeitsbereich und der Steuerungsart (Rückkopplung) ermittelt Diese Kriterien sind derart festgelegt daß der vorgegebene Betriebszustand genau dann vorliegt wenn eine Angleichung der Ist-Drehzahl an die anhand anderer Kriterien, beispielsweise der Motortemperatur ermittelte Soll-Drehzahl nicht sinnvoll oder nicht Μ möglich ist beispielsweise weil das Fahrzeug mit eingelegtem Gang ausrollt und abgebremst wird.
Durch die Begrenzung des Steuersignals unter einen oberen Grenzwert ist erreicht daß in solchen Situationen die Ansaugluftmenge nicht übermäßig erhöht wird.
Dies hat den Vorteil, daß das Fahrzeug mit eingelegtem Gang ausrollen kann, ohne daß die Drehzahlregelung die allmähliche Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit verhindert Ferner kann das x Fahrzeug durch Betätigung des Bremspedals abgebremst werden, ohne daß der Motor unter erhöhtem Kraftstoffverbrauch und erhöhter Schadstoffimission gegen die Bremse arbeitet und den Bremsweg verlängert.
Vorzugsweise erfolgt die Begrenzung des Steuersignalwertes nach einer Exponentialfunktion, wenn der Steuersignalwert den oberen Grenzwert überschreitet Ferner kann das Steuersignal einen Proportionalanteil und einen Integralanteil umfassen. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn eine in der Begrenzungseinrichtung enthaltene Substraktionsstufe den Integralanteil von dem Steuersignal abzieht
Vorzugsweise übernimmt die Funktion der Begrenzungseinrichtung und der Rückkopplungssteuerung ein programmierbarer Mikrocomputer.
Nachstehend wird ein die Merkmale der Erfindung aufweisendes Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 eine schematische Übersicht zu einem Μ erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel und
Fig.2 ein Flußdiagramm zu einem Operationsprogramm einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Gemäß F i g. 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Drehzahlregulierung einem Brennkraftmctor mit K elektronischer Treibstoffeinspritzung zugeordnet Die Zylinder des Motors 1 erhalten Luft von einem Luftreiniger 2 über einen Luftstrommesser 3, eine Drosselkammer 4 und die verschiedenen Zweige eines Ansaugluftkanals 5. In dem Luftkanalzweig jedes w Zylinders befindet sich ein Einspritzventil 6 zur Treibstoffeinspritzung. Die Ansaugluftmenge wird mittels einer in der Drosselkammer angeordneten und mit einem Gaspedal verbundenen Dorsselklappe 7 kontrolliert. Im Leerlauf ist die Drosselklappe 7 fast vollständig geschlossen, und ein durch einen Leerlaufkanal 8 angesaugter Luftstrom kann durch eine darin befindliche Leerlaufstellschraube 9 verändert werden. Gleich zeitig fließt Ansaugluft durch einen die Drosselklappe 7 umgehenden Bypaß-Kanai 10 und wird darin gesteuert durch ein in dem Bypaß-Kanal angeordnetes Leerlaufsteuerventil 11.
Das Leerlaufsteuerventil 11 umfaßt einen in dem Bypaß-Kanal 10 angeordneten Ventilkörper 12, eine Unterdruckkammer 15 und eine darin angeordnete und mit dem Ventilkörper 12 verbundene Membran 13. Gegen die Kraft einer Feder 14 bestimmt der Unterdruck in der Kammer 15 den öffnuiigsquerschnitt des Ventilkörpers IZ In einer Unterdruckleitung 16, weiche die Unterdruckkammer 15 mit einer in Strömungsrichtung hinter der Drosselklappe 7 gelegenen Stelle des Ansaugluftkanals 5 verbindet ist ein Druckregelventil 17 angeordnet Die Unterdruckkammer 15 ist ferner durch eine Luftleitung 18, in der ein Magnetventil 19 angeordnet ist mit einer in Strömungsrichtung vor der Drosselklappe 7, aber hinter dem Luftreiniger 2 gelegenen Stelle des Ansaugluftkanals 5 verbunden. Durch den Öffnungsgrad des Magnetventils 19 wird die Luftzufuhr und damit die Größe des Unterdrucks in der Unterdruckkammer 15 reguliert, und auf diese Weise wird der Öffnungsgrad des Leerlaufventils 11 gesteuert
Das Magnetventil 19 wird zum Beispiel durch einen Mikrocomputer 20 gesteuert der einen Mikroprozessor (CPU) 21, einen Speicher 22 und eine Schnittstelleneinheit 23 umfaßt Die Schnittstelleneinheit erhält Eingangsdaten von verschiedenen Fühlern oder Signalgebern, zum Beispiel die von einem Fühler 24 ermittelte Drehzahl des Motors 1 in Digitalform. (In der Praxis werden von einem die Winkelposition einer Kurbelwelle abtastenden Fühler als Winkelpositions- Bezugssignal ein Kalibrierimpulssignal und ein Bezugsimpulssignal an die Schnittstelleneinheit 23 geleitet) Die Motor- bzw. Kühlwassertemperatur wird von einem als Thermistor ausgebildeten Temperaturfühler 25 in analoger Form ermittelt und ein entsprechendes analoges Temperatursignal nach Umwandlung in einem Analog/Digitalwandler 26 in Digitalform der Schnittstelleneinheit 23 zugeführt. In ähnlicher Weise erhält die Schnittstelleneinheit 23 von einem Drosselklappenschalter 27 ein EIN/AUS-Signal in bezug auf eine ganz geschlossene Position der Drosselklappe 7, ein EIN/AUS-Signal von einem Getriebepositionsschalter 28 in bezug auf eine Neutral-Stufe eines an den Motor angeschlossenen Getriebes und ein EIN/AUS-Signal von einem eine bestimmte Fahrgeschwindigkeit ermittelnden Geschwindigkeitsschalter 29. In F i g. 1 ist der Drosselklappenschalter 27 als Analogfühler mit einem veränderlichen Widerstand dargestellt, dessen Ausgang über einen Analog/Digitalwandler 30 digital umgesetzt wird, jedoch kann diese Anordnung durch den zuvor erwähnten EIN/AUS-Schalter ersetzt werden.
Die gewünschten Drehzahlen Ro (l/min) in Abhängigkeit von den jeweiligen Motorbetriebsbedihgungen wie beispielsweise der Motortemperatur sind vorher in dem Speicher 22 abgespeichert worden. Der Mikroprozessor 21 ermittelt aus Signalen wie dem AuJgangssignal des Temperaturfühlers 25 den Motorbetriebszustand, liest dazu die entsprechende Soll-Drehzahl RD aus, findet die Ist-Drehzahl RA aus dem Ausgangssignal des Drehzahlfühlers 24 und errechnet die Abweichung AR = RA - Rd Aus der Ist-Drehzahl RA und der Abweichung AR errechnet der Mikroprozessor 21 den Wert eines Steuersignals, mit dem das Nutzimpulsverhältnis eines das Magnetventil 19 ansteuernden Impulssignals verändert wird. Das Nutzimpulsverhältnis
bestimmt das Verhältnis zwischen offenen (EIN) und geschlossenen (AUS) Positionen des mit hoher Schaltfolge arbeitenden Magnetventils 19, und auf diese Weise wird die Luftzufuhr zur Unterdruckkammer 15 gesteuert. Entsprechend wird der Öffnungsgrad des Leerlaufsteuerventils 11 verändert und die durch den Bypaß-Kanal 10 strömende Luft reguliert. So wird durch Beeinflussung der Ansaugluftmenge die Motordrehzahl rückgekoppelt gesteuert und die Ist-Drehzahl an die Soll-Drehzahl angepaßt. Falls erwünscht, kann das Steuersignal einen Proportionalanteil mit Proportionalwirkung und einen Integralanteil mit integrierender Wirkung umfassen.
In Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der Schalter oder Fühler 27, 28, 29 und von anderen Informationen, wie über den Stand der Treibstoffzufuhr, entscheidet der Mikroprozessor 21, ob die Rückkopplungssteuerung durchgeführt wird oder nicht Rückkopplungssteuerung wird nur bei einer ausdrücklich positiven Entscheidung durchgeführt, sonst wird mit offenem Regelkreis gesteuert
Der Mikrocomputer 20 führt einen Begrenzungsvorgang aus, er begrenzt im Fall eines bestimmten vorgegebenen Motorbetriebszustands den Wert des Steuersignals unter einen vorgegebenen oberen Grenzwert.
Das in F i g. 2 in Form eines Flußdiagramms dargestellte Programm wird beispielsweise mit jeder Motorumdrehung einmal durchgeführt In dem Programm gemäß F i g. 2 wird in einem Schritt 31 zunächst entschieden, ob der Wert des Steuersignals zu begrenzen ist oder nicht Als Entscheidungsgrundlage für Schritt 31 werden die derzeitigen Motorbetriebsbedingungen bspw. dahingehend überprüft ob folgende Bedingungen erfüllt sind:
a) Getriebestellung nicht in Getriebeposition ,NEUTRAL«,
b) Drosselklappenschalter EIN (Drosselklappe ganz geschlossen),
c) Motordrehzahl liegt in einem vorbestimmten Bereich (2. B. 600 bis 350 l/min),
d) die Fahrgeschwindigkeit unterschreitet einen vorgegebenen Wert(z. B. 12 km/h) und
e) die Rückkopplungssteuerung ist in Betrieb.
Bei Erfüllung dieser Bedingungen lautet die Antwort für Schritt 31 »JA«, folglich wird die Begrenzungsoperation durchgeführt Damit geht das Programm zu einem Schritt 32 über, wo entschieden wird, ob ein zeitweilig in dem Speicher gespeicherter Wert des Steuersignals größer als ein oberer Grenzwert (der beispielsweise einer Ansaugluftmenge für einen Drehzahlbereich von 800 bis 900 l/min entspricht) ist
Bei Antwort »NEIN« in Schritt 31 oder 32 springt das Programm zu einem Schritt 39, wo der gespeicherte Wert in einen Akkumulator des Mikroprozessors "21 übertragen wird. Dann springt das Programm zu einem Schritt 40, wo der Akkumulator-Inhalt als Steuersignal ausgegeben wird, & h, der gespeicherte Wert wird als Ausgangssignal abgegeben.
Bei Antwort »JA« in Schritt 32 erfolgt mit einem Schritt 33 die Berechnung der Abweichung zwischen dem gespeicherten Wert und dem oberen Grenzwert Danach wird in Schritt 34 die Abweichung durch den Wert 8 dividiert, beispielsweise durch Verschieben der Abweichung um drei Bits nach rechts, und in einem Schritt 35 subtrahiert das Programm das Ergebnis von Schritt 34 von dem gespeicherten Wert und speichert das Substraktionsergebnis in dem Speicher als neuen Speicherwert, welcher den alten Wert ersetzt. Sollte in Schritt 34 das Teilungsergebnis kleiner als eins sein, dann ist in jedem Fall das Ergebnis gleich dem Wert Eins zu setzen.
Zur Erhaltung eines stabilen Motorlaufs wird der Wert des Steuersignals laufend über die Schritte 33 bis 35 vermindert. Lücken und schroffe Negativsprünge im Wert des Steuersignals würden den Motorlauf stören. Außerdem wird der Wert des Steuersignals im Verlauf der Schritte 33 bis 35 exponential vermindert, um es rasch an den oberen Grenzwert anzugleichen, falls es weit über diesem liegen sollte.
In dem nach Schritt 35 folgenden Schritt 36 wird entschieden, ob das Subtraktionsergebnis (der neue Speicherwert) kleiner als der obere Grenzwert ist Bei Antwort »NEIN« geht das Programm direkt, bei Antwort »JA« über einen Schritt 37 zu einem Schritt 38 vor. In dem Schritt 37 wird der gespeicherte Wert gleich dem oberen Grenzwert gemacht und ein Integralanteil mit integrierender Wirkung wird Null, falls ein solcher beteiligt ist
Begründung
1. Wird der gespeicherte Wert kleiner als der obere Grenzwert (»JA« in Schritt 36), dann wird der gespeicherte Wert dem oberen Grenzwert angeglichen, damit er nicht zu klein wird.
2. Da bei der Rückkopplungssteuerung die Ist-Drehzahl nicht erhöht werden kann, verringert sich nicht die Abweichung von dem gewünschten Wert Dies führt zu einer laufenden Erhöhung des Integralanteils in dem gespeicherten Wert aufgrund der integrierenden Wirkung. Wenn die Anordnung von der Begrenzungsoperation mit einem zu weit erhöhten Integralanteil im Steuersignal zum normalen Rückkopplungssteuerbetrieb zurückkehrt besteht die Gefahr eines sprunghaften Anstiegs der Drehzahl. Um diese Möglichkeit zu verhindern, wird der Integralanteil subtrahiert und nur der Festanteil übriggelassen.
Mit Schritt 38 wird der neue Speicherwert in den Akkumulator übertragen, und mit Schritt 40 wird der Inhalt des Akkumulators als Ausgangssteuersignal abgegeben.
Somit führt das Programm entsprechend dem Flußdiagramm von F i g. 2 die begrenzenden Operationen durch, nachdem es entschieden ist den gespeicherten Wert auf den oberen Grenzwert zu vermindern und auf diesem Wert zu halten, falls der gespeicherte Wert größer als der obere Grenzwert ist Somit wird verhindert daß der gespeicherte Wert größer als der obere Grenzwert wird, falls der gespeicherte Wert kleiner als der obere Grenzwert ist (von Anfang an oder als Ergebnis der Begrenzungsoperation).
Erfind'jngsgemäß wird eine unerwünschte Abschwächung des durch die Rückkopplungssteueranordnung verursachten Bremseffektes dadurch verhindert, daß im Fall eines vorbestimmten Motorbetriebszustands der Wert des Steuersignals zur Beeinflussung der Ansaugluftmenge unter einen oberen Grenzwert beschränkt wird. Durch die Erfindung wird so eine unerwünschte Bremswegverlängerung beim Abbremsen eines Fahrzeugs verhindert das Fahrzeug kann eher zum Stillstand gebracht werden.
Desweiteren kann der Wert des Steuersignals nach einer Exponentialfunktion vermindert werden, um ihn somit schneller und harmonischer an den oberen Grenzwert anzugleichen, falls dieser Wert weit über dem oberen Grenzwert liegen sollte.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentansprüche:
    ί. Verfahren zum Regulieren der Drehzahl eines Fahrzeug-Brennkraftmotors, in dessen Verlauf die Motordrehzahl gemessen, ein von der Differenz zwischen der gemessenen Drehzahl und einer vorgegebenen Bezugsdrehzahl abhängiges Steuersignal erzeugt und im Rahmen einer rückgekoppelten Steuerung der Motordrehzahl eine dem Motor zugeführte Ansaugluftmenge entsprechend diesem Steuersignal eingeregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorgegebener Motorbetriebszustand ermittelt wird, bei dem folgende Bedingungen erfüllt sind:
    zeichnet daß zu den Fühleinrichtungen ein die Getriebe-Neutralstellung ermittelnder Neutralschalter (28), ein die Schließstellung der Drosselklappe ermittelnder Drosselklappenschalter (27) und ein Geschwindigkeitsschalter (29), der eine unterhalb des vorgegebenen Wertes liegende Fahrzeuggeschwindigkeit feststellt gehören.
    9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8. dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzer durch einen Mikrocomputer (20) gebildet ist der auf die Durchführung der Begrenzungsoperation programmiert ist
DE3020618A 1979-05-31 1980-05-30 Verfahren und Vorrichtung zum Regulieren der Drehzahl eines Fahrzeug-Brennkraftmotors Expired DE3020618C2 (de)

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