DE3311029A1

DE3311029A1 - Verfahren und vorrichtung zur regelung der leerlaufdrehzahl einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3311029A1
Application number: DE3311029A
Authority: DE
Inventors: Shigeo Tokyo Aono
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1982-05-11
Filing date: 1983-03-25
Publication date: 1983-11-17
Also published as: JPS6356416B2; DE3311029C2; US4501240A; JPS58195043A

Description

TER MttH · MULLtn

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Es sind Regelvorrichtungen zur Regelung der Leerlaufdrehzahl von Brennkraftmaschinen bekannt, bei denen eine Rückkopplungssteuerung der der Brennkraftmaschine unter Umgehung der Drosselklappe zugeführten Luftmenge anhand eines Signals erfolgt, das die Differenz zwischen der Ist-Leerlaufdrehzahl und einer Soll-Leerlaufdrehzahl angibt. Da bei einer solchen herkömmlichen Regelvorrichtung die Luftmenge lediglich auf der Grundlage der Differenz zwischen Ist- und Soll-Drehzahl unabhängig vondem Luft/ Kraftstoff-Verhältnis des der Brennkraftmaschine zugeführten Gemischs dosiert wird, kommt es zu Schwankungen der in dieser Weise geregelten Leerlaufdrehzahl entsprechend dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Wenn die Luftmenge um einen bestimmten Betrag erhöht wird, während der Brennkraftmaschine ein fettes Gemisch zugeführt wird, so steigt die Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine stark an, während andererseits im Fall eines mageren Gemisches die Leerlaufdrehzahl bei einer Erhöhung der Luftmenge um den gleichen Betrag nur mäßig ansteigt oder in einigen Fällen sogar abnimmt. Wenn umgekehrt die Luftmenge während der Zufuhr eines fetten Gemisches um einen bestimmten Betrag gesenkt wird, nimmt die Leerlaufdrehzahl stark ab, während bei

KJ einem mageren Gemisch die Leerlaufdrehzahl bei der Verringerung der Luftmenge um den gleichen Betrag nur wenig abnimmt.

Da bei der herkömmlichen Regelvorrichtung die Leerlaufdrehzahl ohne Berücksichtigung des Luft/Kraftstoff-Ver-

BAD ORiGiMAL INSPECTED

TER MEER -MÜLLER ■ STEINMEISTBR · ·' *WiVsan MOt'oVco. , Ltd.

hältnisses geregel- wird und folglich verhältnismäßig große Unterschiede zwischen der ;st-Drehzahl und der Soll-Drehzahl auftreten, kommt es zu momentanen Änderungen der Leerlaufdrehzahl, die sich in einem ungleichmäßigen Lauf der Brennkraftmaschine oder einem sogenannten Sägen oder Jagen der Maschine äußern. Die herkömmliche Regelvorrichtung hat somit den Nachteil, daß die Brennkraftmaschine keine zufriedenstellende LeerlaufStabilität aufweist.

Die Erfindung ist darauf gerichtet/ ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftmaschine zu schaffen, das die oben genannten Nachteile überwindet und eine stabile Regelung der Leerlaufdrehzahl gestattet. Insbesondere soll die Ansprechzeit bei Abweichen der Maschinendrehzahl von der gewünschten Soll-Drehzahl verkürzt und die Stabilität der Brennkraftmaschine bei Betrieb mit der Soll-Drehzahl verbessert werden.

Die Erfindung ergibt sich im einzelnen aus dem kennzeichnenden Teil des Verfahrensanspruchs 1 und des ersten Vorrichtungsanspruchs 7. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß wird bei der Steuerung der Luftmenge, die der Brennkraftmaschine unter Umgehung der Drosselklappe zugeführt wird, nicht nur die Differenz zwischen der Ist-Drehzahl und der unter anderem anhand der Kühlmitteltemperatur der Brennkraftmaschine ermittelten Soll-Drehzahl, sondern zusätzlich unter Berücksichtigung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Gemischs gesteuert.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt einen Drehzahlsensor, einen Maschinen-

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TER MEER · MÜLLER · STEINMEISVfc£-R-'· «Nissan MotW Co. , Ltd,

temperatur-Fühler, einen Sauerstoff-Sensor, eine Drehzahl-Ermittlungseinheit zur Berechnung der .Ist-Drehzahl, eine Solldrehzahl-Berechnungseinheit, einen Komparator zur Berechnung der Differenz zwischen der Ist- und der Soll-Drehzahl, eine Ermittlungseinheit zur Ermittlung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Gemischs, eine Ansaugluftmengen-Berechnungseinheit zur Berechnung eines Grundbetrages der Ansaugluftmenge anhand der Drehzahldifferenz und zur Korrektur des Grundbetrages anhand des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses und ein Dosierglied. zur Steuerung der Ansaugluftmenge.

In einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Regelvorrichtung einen Mikrocomputer, der die Funktionen der Drehzahl-Ermittlungseinheit, der Solldrehzahl-Berechnungseinheit, des Komparators, der Gemisch-Ermittlungseinheit und der Ansaugluftmengen-Berechnungseinheit übernimmt.

Im folgenden werden bevorzugte.Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Regelvorrichtung in Verbindung mit einer schematisch · dargestellten Vierzylinder-Brennkraft

maschine;

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm des wesentlichen Teils einer Berechnungsein-JO . hext der Regelvorrichtung aus Fig. 1;

Fig. i (A) zeigt ein Beispiel einer Wellenform des Brennstoff/Luft-Verhältnisses des der Brennkraftmaschine zugeführten JS . Gemisches;

BAD ORIGfϊν

ORIGINAL INSPECTED

TER MEER · MÜLLER · STEINME^Te-R ·* *NiVo2in Möt'or' Co . , Ltd,

Fig. 3 (B) zeigt die Wellenform eines Ausganqsignals S_f der Berechnungseinheit, das die eingespritzte Kraftstoffmenge steuert;
.

Fig. 3 (C) zeigt Wellenformen der Leerlaufdrehzahlen N, N¹ bei Steuerung mit Hilfe der erfindungsgemäßen bzw. einer herkömmlichen Steuervorrichtung; 10

Fig. 3 (D) zeigt die Wellenformen von Ausgangssignalen S und S¹ der erfindungsac ac

gemäßen bzw. einer herkömmlichen Regel vorrichtung, die die Ansaugluftmenge steuern;

Fig. 4 ist ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung der Schritte zur Festlegung der die Drosselklappe umgehenden Luft-

•-0 menge anhand der Maschinendrehzahl urui

-temperatur sowie des Kraftstoff/Luft-Verhältnisses.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Rege Ivorrichtung zur Regelung der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraft maschine ist in Fig. 1 dargestellt. Eine Vierzylinder-Brenn kraftmaschine 1 umfaßt ein Ansaugrohr 2 und einen Auspuffkrümmer 3.

Ein ürosselklappen-E³ositionssensor 5 ist mechanisch, mit einer Drosselklappe 4 verbunden und erzeugt ein Positionssignal 3 , das den üffnungsgrad der Drosselklappe angibt. Eine Bypass-Leitung 6 verbindet die stromaufwärtigen und stromabwärtigen Seiten der in dem Ansaugrohr 2 angeordneten Drosselklappe 4. In der Bypass-Leitung 6 ist ein Luftmengen-

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TER MEER · MÖLLER · STEINMEISTtFR _..* tfi_€'_s ^#an Motor.Cb. , Ltd.

Dosierglied 7 angeordnet. Das Dosierglied 7 umfaßt ein einzelnes elektromagnetisches Ventil oder eine Kombination aus einem elektromagnetischen Ventil und einem Vakuumventil und dient dazu, entsprechend einem Luftmengen-Steuersignal S die Luftmenge einzustellen, die den

ac

Zylindern der Brennkraftmaschine durch die Bypass-Leiturig zugeführt wird. . - -

Ein Fühler 8 zur Abtastung der Ansaugluftmenge (beispielsweise ein Luftmengenmesser) erzeugt ein Luftmengensignal S , das die den Zylindern der Brennkraftmaschine a

insgesamt zugeführte Luftmenge angibt.

An den Einlaßöffnungen der einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine ist jeweils ein Kraftstoff-Einspritzventil 9 zur Einspritzung einer Kraftstoffmenge entsprechend einem Einspritz-Steuersignal S^ angeordnet.

Ein Sauerstoff-Sensor (beispielsweise ein Zirkon-Sauerstoff-Sensor) ist in dem Auspuffkrümmer 3 angeordnet und erzeugt ein Gemisch-Signal S , das angibt, ob das Geraisch fett oder mager ist.

Der Sauerstoff-Sensor weist eine solche Charakteristik auf, daß der Spannungsabfall über dem Sensor sich abrupt ändert, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas sich relativ zu der Sauerstoffkonzentration der Umgebungsluft verändert, d.h., wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Gemisches über einen bestimmten kritischen 3Ü Wert ansteigt oder unter diesen Wert absinkt. Im einzelnenerzeugt der Sensor 10 ein hohes Spannungssignal (ungefähr 1 Volt), wenn das Gemisch fett ist und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis unter den kritischen Wert absinkt, und ein niedriges Spannungssignal (annähernd 0 Volt), wenn das 5 Gemisch mager ist und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis über dem kritischen Wert liegt. Wenn die relative Sauerstoff-

ORlG[MAL SsvfSPEGTSD

TER MEER · MÖLLER · STEINMEiSteiS.. * N'ie'sUn MOtoY-^b . , Ltd.

konzentration, die bei einem optimalen Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Gemisches vorliegt, mit diesem kritischen Wert zusammenfällt, ist es möglich, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis anhand der hohen oder niedrigen Spannungswerte des Signals des Sauerstoff-Sensors zu ermitteln. Im Falle eines fetten Gemisches liefert der Sensor ein hohes Spannungssignal (H), während er im Fall eines mageren Gemisches ein niedriges Spannungssignal (L) liefert.

Eine Abgas-Rückführungsleitung 11 verbindet das Ansaugrohr 2 mit dem Auspuffkrümmer 3. In der Rückführungsleitung 11 ist ein Rückführungs-Dosierglied oder EGR-Dosierglied 12 angeordnet, mit dem die Abgasmenge, die von dem Auspuffkrümmer durch die Rückführungsleitung in das Ansaugrohr der Brennkraftmaschine zurückgeführt wird, anhand eines Rückführungs-Steuersignals S einstellbar ist. Der Aufbau des Dosiergliedes 12 entspricht im wesentlichen dem des Luftmengen-Dosiergliedes 7.

Mit 13 ist eine Zündeinrichtung bezeichnet, die entsprechend einem Zündzeitpunkts-Signal S. eine hohe Zündspannung an jede einzelne der nicht gezeigten, den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine zugeordneten Zündkerzen liefert.

Ein Drehzahlsensor 14 (beispielsweise ein Kurbelwinkel-Sensor, der immer dann ein Signal liefert, wenn sich die Kurbelwelle um einen bestimmten Winkel gedreht hat) erzeugt ein die Maschinendrehzahl angebendes Drehzahlsignal S .

Ein Maschinentemperatur-Fühler 15 erzeugt ein Temperatursignal S_T, das die Kühlmitteltemperatur der Brennkraftmaschine angibt.

Eine Berechnungseinheit oder ein Mikrocomputer 16 nimmt

INSPECTED BAD ORIQINAL

TKR MEER · MÜLLER · STEINMEISTER..· N'i§sari - Motor-Cö . , Ltd.

verschiedene Signale wie etwa das Luftmengensignal· S ,

das Drosselklappen-Positionssignal S , das Drehzahlsignal S , das Temperatursignal S und das ein fettes oder mageres Gemisch anzeigende Gemisch-Signal S auf. Die Berechnungseinheit 16 berechnet verschiedene optimale Betriebsparameter der Brennkraftmaschine, beispielsweise die einzuspritzende Kraftstoffmenge, die Abgas-Rückführungsmenge und die Zeitpunkte der Kraftstoffeinspritzung und erzeugt verschiedene Steuersignale wie etwa das Einspritz-Steuersignal S- , das Rückführungs-Steuersignal S und das Zündzeitpunkts-Steuersignal S. ,

Die oben erwähnten Funktionen sind bereits als Funktionen einer elektronischen Steuerung für Brennkraftmaschinen bekannt. Zusätzlich hierzu regelt die Berechnungseinheit 16 die Leerlauf drehzahl der Brennkraftmaschine.- EJas heißt,, die Berechnungseinheit 16 stellt anhand des Drosselklap'pen-Positionssignals S. fest, ob ein Leerlaufzustand vorliegt oder nicht (im Leerlauf ist die Drosselklappe.vollständig geschlossen) und erzeugt in· Abhängigkeit von "de,m Drehzahlsignal S., dem Temperatursignal S^ und dem Gemisch-Signal

S das Luftmengen-Steuersignal S zum Einstellen der die r ac

Drosselklappe umgehenden Luftmenge.

Nachfolgend soll die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung näher erläutert werden.

Fig. 2 zeigt nur den hier wesentlichen Teil der Berechmingseinheit 16, der die erfindungsgemäße Regelung der Leerlauf-'•ii ireh/.ahl ic-r Maschine betrifft.

In Fig. 2 ist mit 17 eine Drehzahl-Ermittlungseinheit bezeichnet, die anhand des von dem Drehzahlsensor 14 ge-' lieferten Drehzahlsignals S die tatsächliche Drehzahl der Brennkraftmaschine berechnet und ein Ist-Drehzahlsignal N

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erzeugt. Eine Solldrehzahl-Berechnungseinheit 18 berechnet anhand des Temperatursignals S_, und anderer Sig nale, die Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine angeben, die in dem jeweiligen Betriebszustand optimale Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine und erzeugt ein Soll-Drehzahlsignal N . Die neben dem Temperatursignal S-, von der Berechnungseinheit 18 verarbeiteten Signale umfassen beispielsweise ein Anlaß-Signal, das die Betätigung eines Anlaß-Schalters 30 der Brennkraftmaschine anzeigt, und ein Klimaanlagen-Signal, das den eingeschalteten Zustand eines Klimaanlagen-Schalters 31 anzeigt. Die optimale Leerlaufdrehzahl beträgt normalerweise 600 1/min, wird jedoch auf einen höheren Wert eingestellt, falls die Kühlmitteltemperatur niedrig ist oder wenn die Maschine angelassen wird oder eine Zusatzeinrichtung (beispielsweise die Klimaanlage) eingeschaltet wird.

Ein Komparator 19 vergleicht das Ist-Drehzahlsignal N mit dem Soll-Drehzahlsignal N_Q und erzeugt ein Differenzsignal S , das der Drehzahldifferenz (N - N) entspricht.

Eine Gemisch-Ermittlungseinheit 20 stellt anhand des Gemisch-Signals des Sauerstoff-Sensors 10 fest, ob das der Brennkraftmaschine zugeführte Gemisch fett oder mager ist und erzeugt ein hohes logisches Signal (H), wenn das Gemisch fett ist und ein niedriges logisches Signal (L), wenn das Gemisch mager ist.

Eine Luftmengen-Berechnungseinheit 21 berechnet einen Grundbetrag der die Drosselklappe umgehenden Luftmenge und korrigiert den Grundbetrag unter Berücksichtigung des logischen H- oder L-Signals der Gemisch-Ermittlungseinheit 20.

vJenn das Differenzsignal S positiv ist, d.h., wenn die

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ermittelte tatsächliche Leerlaufdrehzahl N kleiner als die berechnete optimale Leerlaufdrehzahl N ist, stellt die Luftmengen-Berechnungseinheit 21 das Luftmengen-Steuersignal S auf einen Wert ein, der eine Erhöhung der unter Umgehung der Drosselklappe durch die Bypass-Leitung durchgelassenen Luftmenge bewirkt. Falls das Differenzsignal S_ß negativ ist, d.h., wenn die tatsächliche Leerlaufdrehzahl N über der berechneten idealen Leerlaufdrehzahl N liegt, stellt die Luftmengen-Berechnungseinheit 21 das Ausgangssignal S auf einen Wert

ac

ein, der eine Abnahme der die Drosselklappe umgehenden Luftmenge bewirkt.

In diesem Fall ist der Grundbetrag der die Drosselklappe umgehenden Luftmenge proportional zu der Differenz zwischen der Soll-Drehzahl N und der Ist-Drehzahl N oder zu dem

integrierten Wert der Differenz zwischen N und N oder zu der Summe aus dem Momentanwert und dem integrierten Wert dieser Differenz.

. -

Wenn die Gemisch-Ermittlungseinheit 20 ein hohes Signal H liefert, d.h., wenn das Gemisch fett ist, wird der Grund-, betrag der Luftmenge zu höheren Werten verändert, indem der Grundbetrag mit einem vorgegebenen positiven Faktor großer als 1 multipliziert wird oder indem zu dem Grundbetrag ein vorgegebener positiver Summand addiert wird.

Wenn dagegen die Gemisch-Ermittlungseinheit 20 ein niedriges Signal (L) erzeugt, d.h., wenn das Gemisch mager ist, wird der Grundbetrag :1er Luftmenge zu kleineren Werten hin korrigiert, indem der berechnete Grundbetrag mit einem vorgegebenen positiven Faktor kleiner als 1 multipliziert wird oder indem zu dem Grundbetrag ein vorgegebener, negativer Summand addiert wird.

Nachfolgend soll die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen

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TER MEER ■ MÜLLER · STEINME4&T.BR·' "«Nissan "Motor* Co . , Ltd.

- 15 Loerl auf drehzahl -R>v je Ivor richtung erläutert werden .

Wenn sich die Maschine im Leerlaufzustand befindet, so wird dies durch den Drosselklappen-Positionssensor 5 anhand der vollständig geschlossenen Stellung der Drosselklappe 4 abgetastet, und das Positionssignal S zeigt den Leerlaufzustand der Brennkraftmaschine an. Auf dieses Signal S berechnet die Berechnungseinheit die optimale Umgehungs-Luftmenge und liefert das dieser Luftmenge'entsprechende Steuersignal S an das Luftmengen-

ac

Dosierglied 7.

Im einzelnen berechnet die Drehzahl-Ermittlungseinheit anhand des Drehzahlsignals S des Drehzahlsensors 14

(z.B.: des Kurbelwinkel-Sensors) die Ist-Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine und erzeugt das entsprechende Ist-Drehzahlsignal N.

Die Solldrehzahl-Berechnungseinheit 18 berechnet anhand des Temperatursignals S des Temperaturfühlers 15, des

Anlaß-Signals des Anlaß-Schalters 30 und anhand des Klimaanlagen-Signals des Klimaanlagen-Schalters 31 die optimale Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine und erzeugt ein entsprechendes Soll-Drehzahlsignal N . 25

Der Komparator 19 vergleicht die Signale N und N und erzeugt das Differenzsignal S_D·

Die Geriisch-Ermitt luncfseinheit 20 ermittelt anhand des Gemisch-Signals S des Sauerstoff-Sensors 10, ob das gegenwärtig den Zylindern der Brennkraftmaschine zugeführte Gemisch fett oder mager ist, und speichert im Falle eines fetten Gemisches ein Η-Signal und im Fall eines mageren Gemisches ein L-Signal.

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Die Luftmengen-Berechnungseinheit 21 berechnet anhand des gegenwärtig vorliegenden Differenzsignals S den Gründbetrag der den Zylindern unter Umgehung der Drosselklappe zuzuführenden Luftmenge, korrigiert den Grundherr trag entsprechend dem H- oder L-Signal und erzeugt das Luftmengen-Steuersignal S für das Dosierglied 7. , _ä

ac ' ^:

Wenn die Ist-Drehzahl N unter der Soll-Drehzahl N liegt, liefert die Luftmengen-Berechnungseinheit 21 ein Steuersignal zur Erhöhung der Luftmenge, und wenn die Ist-Leerlaufdrehzahl N über der Soll-Leerlaufdrehzahl N liegt, liefert die Berechnungseinheit 21 ein Steuersignal zum Senken der Ansaugluftmenge. Ferner wird im Falle eines fetten Gemisches der Grundbetrag der Ansaugluftmenge ent-5 sprechend einem vorgegebenen Faktor oder negativen Summanden verringert, während im Fall eines mageren Gemisches der Grundbetrag entsprechend einem vorgegebenen Faktor oder positiven Summanden erhöht wird. Somit wird die den Zylindern unter Umgehung der Drosselklappe zugeführte j Luftmenge auf der Grundlage von zwei Parametern, nämlich ler Leerlaufdrehzahl und der Gemischzusammensetzung geregelt. Hierdurch wird es ermöglicht, die Ansprechzeit bei Abweichen der Leerlaufdrehzahl von dem Idealwert zu verkürzen und die Stabilität der Leerlaufdrehzahl im Sollzustand zu erhöhen.

Figuren 3 (A bis D) zeigen Wellenformen des zeitlichen Verlaufs verschiedener Signale.

) Fig. MA) veranschaulicht Änderungen des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-ses des Gemisches. Es wird angenommen, daß dieses Verhältnis sich sinusförmig ändert.

Fig. 3(B) zeigt das Signal S_f zur Steuerung eines Grunds^ri botraqes der in die 'ylinder der Rrennkraftmaschine einzu-

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l.»

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spritzenden Kraftstoffmenge. Dieser Grundbetrag wird im wesentlichen anhand des durch den Luftmengenmesser 8 erzeugten Luftmengensignals S festgelegt. Wie aus der

Zeichnung hervorgeht, wird die einzuspritzende Kraftstoffmenge bei einem fetten Gemisch linear verringert und bei einem mageren Gemisch linear erhöht.

In Fig. 3(C) zeigt die durchgehende Kurve die zeitliche Veränderung der durch die erfindungsgemäße Regelvorrichtung geregelten Maschinendrehzahl N, während die gestrichelt dargestellte Kurve den Drehzahlverlauf bei Regelung mit Hilfe einer herkömmlichen Regelvorrichtung zeigt. Es ist zu erkennen, daß bei der erfindungsgeinäßen Regelung die Leerlaufdrehzahl N weniger schwankt als die Leerlaufdrehzahl N' bei der herkömmlichen Regelung. Die Amplitude der Drehzahl N ist kleiner als die der Drehzahl N¹, und zudem ist die Regelfrequenz bei N kleiner als bei N' (die Periode von N ist größer als die von N¹)·

Fig. 3(D) zeigt in einer durchgezogenen Linie das in der 2ü erfindungsgemäßen Regelvorrichtung erzeugte Luftmenqen-

Steuersignal S und in einer gestrichelten Linie ein entac

sprechendes Steuersignal S' einer herkömmlichen Vorrichtung. Wie in dieser Figur zu erkennen ist, sind die Schwankungen des Steuersignals S (Erfindung) kleiner als die

ac

des Steuersignals S¹ (Stand der Technik), d.h., Amplitude

clC

und Frequenz von S sind kleiner als die Amplitude und Frequenz von S* (das Signal S hat eine größere Periode

clC äC

als das Signal S¹ ).

ciC

Da das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zwischen den Zeitpunkten t₁ und t-j in Fig. 3 (D) oder zwischen den Zeitpunkten t-, und t. einem fetten Gemisch entspricht, wird der Betrag der die Drosselklappe umgehenden Luftmenge durch Absenkkung der Amplitude des Luftmengen-Steuersignals S

WOt=OJt- Λ,Ο . , ULU.

für das Stellglied 7 verringert. Zur Verringerung der Amplitude des Steuersignals S wird das Verstärkungsverhältnis eines das Signal S verstärkenden Verstärkers reduziert, oder die Zeitkonstante einer von dem Signal

ft

S durchlaufenen Integrationsschaltung wird erhöht,

oder die Multiplikationskonstante in einem von dem Signal S durchlaufenen Multiplizierer wird verringert, ac

Da zwischen den Zeitpunkten t_ und t-, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis. einem mageren Gemisch entspricht, wird zwischen diesen beiden Zeitpunkten die die Drosselklappe umgehende Luftmenge durch Steigerung der Amplitude des an das Stellglied 7 gelieferten Steuersignals S erhöht.

ac

Die Erhöhung der Amplitude des Signals S erfolgt ent-

ac

sprechend den oben aufgezeigten Möglichkeiten, indem das Verstärkungsverhältnis erhöht, die Zeitkonstante gesenkt bzw. die Multiplikationskonstante erhöht wird.

Wie ferner in Fig. 3 (D) zu erkennen ist, steigt oder fällt das Luftmengen-Steuersignal S sprungartig zu den

a c

Zeitpunkten, an denen das Luft-Brennstoffverhältnis. zwischen fett und mager wechselt oder an denen die Leerlaufdrehzahl N die optimale Drehzahl N übersteigt oder unterschreitet.
25

Zum Vergleich ergibt sich bei dem Steuersignal S¹

■. * ■ac

der herkömmlichen Vorrichtung nur dann ein abrupter Anstieg oder Abfall, wenn die Leerlaufdrehzahl N¹ unter oder über den optimalen Wert N absinkt oder ansteigt, wie durch gestrichelte Linien in Fig. 3 dargestellt ist.

Bei der obigen Beschreibung v/urde davon ausgegangen, daß die erfindungsgemäße Regelvorrichtung zahlreiche getrennte Einheiten oder Baugruppen umfaßt. Es ist jedoch auch mög-•;5 lieh, die erfindungsgemäße Regelvorrichtung mit Hilfe eines

Mikrocomputers zu verwirklichen, der eine Zentraleinheit, einen .iur-Lese-Speicher, einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff, einen Taktgeber und dergleichen umfaßt. In diesem Fall sind die Drehzahl-Ermittlungseinheit 17, die SoIldrehzahl-Berechnungseinheit 18, die Gemisch-Ermittlungsei'nheit 20, der Komparator 19 und die Luftmengen-Berechnungseinheit 21 sämtlich in dem Mikrocomputer implementiert, und die oben beschriebenen Vorgänge, Berechnungen und/oder Operationen laufen in der gleichen oder in ähnlicher Weise in dem Mikrocomputer ab. Das heißt, ein Teil der erfindungsgemäßen Funktionen werden statt durch entsprechende Hardware durch arithmetische Operationen entsprechend einem, geeigneten Programm in dem Mikrocomputer ausgeführt.

.

Fig. 4 veranschaulicht in einem Flußdiagramm die Verfahrensschritte bei der Regelung der Leerlaufdrehzahl der Maschine entsprechend einem Programm, das in der nunmehr iurrh oinen Mikrocomputer gebildeten Berechnunqseinhelt i-i· 1 oder 2 gespeichert ist.

Wenn der Drosselklappen-Positionssensor 5 einen Leerlaufzustand der Brennkraftmaschine abtastet, liefert er ein Signal S,, das die vollständig geschlossene Stellung der 5 Drosselklappe 4 anzeigt, an den Mikrocomputer 16.

Auf das Positionssignal S. beginnt die Programmsteuerung mit dem sequentiellen Ablesen des Drehzahlsignals S des Drehzahlsensors 14 (Kurbelwinkel-Sensor) und des gegenwärtigen Kühlmitteltemperatur-Signals S„ des Temperaturfühiers 15 und berechnet die gegenwärtige I.st-Leerlauf-.1rohi'.ihl N (Block 1). Wie bereits erwähnt wurde, wird in diesem Schritt mit Vorteil zusätzlich geprüft, ob der Anlaß-Schalter 30 ein Anlaß-Signal und/oder der Klimaanlagen-Schalter 31 ein Klimaanlagen-Signal liefert. Anhand des Temperatursignals S , des Anlaß-Signals und/

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TER MEER · MÜLLER . STEINMEISTER' *NiS3an MotorCo., Ltd.

oder des Klimaanlagen-Signals berechnet das Programm, sequentiell die optimale Leerlaufdrehzahl N der Brennkraftmaschine und speichert diesen Wert in dem Speicher (Block 2) .

Die ermittelte Ist-Leerlaufdrehzahl N wird mit der gespeicherten optimalen Leerlaufdrehzahl N verglichen (Block 3). Wenn die Ist-Drehzahl N kleiner als die Soll-Drehzahl N ist, wird ein Luftmengen-Steuersignals S

O clC

proportional zu der Differenz zwischen Ist- und Sollwert erzeugt, durch das die den Zylindern der Brennkraftmaschine unter Umgehung der Drosselklappe zugeführte Luftmenge erhöht wird (Block 4). Im nächsten Schritt liest der Computer das für das Luft/Brennstoff-Verhältnis repräsentative Gemisch-Signal S des Sauerstoff-Sensors 10 und stellt fest, ob das Gemisch (oder der Kraftstoff) fett oder mager ist (Block 5).

Bei magerem Gemisch wird eine erhöhende Korrekturkonstante (Faktor oder Summand) ausgewählt, und das Steuersignal S

and somit- ii.e Ansaugluftmenge wird erhöht (Block 6). Bei magerer. Gemisch wird eine verringernde Korrekturkonstante (Faktor kleiner als 1 oder negativer Summand) ausgewählt und die Amplitude des Luftmengen-Steuersignals S und damit die Ansaugluftmenge wird gesenkt (Block 7)

Wenn in Block 3 festgestellt wird, daß die Ist-Drehzahl N über der Soll-Drehzahl N liegt, wird ein Luftmengen-Steuersignal S proportional zu der Differenz zwischen ac

ist- und Sollwert erzeugt, durch die die den Zylindern unter Umgehung der Drosselklappe zugeführte Luftmenge gesenkt w.i r\! (Block H). Tm nächsten Schritt liest der Computer das für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis repräsentative Signal S des Sauerstoff-Sensors 10 und stellt fest, ob das Gemisch (der Kraftstoff) fett oder mager ist

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TER MEER · MÜLLER · STEINMSfeTER * '.. "Nl-oSart. <^vt< JtcTr Co., Ltd

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(Block 9). Bei einem mageren Gemisch wird eine erhöhende Korrekturkonstante (Faktor größer als 1 oder positiver Summand) ausgewählt, und die Amplitude des Luftmengen-Steuersignals S und damit die Ansaugluftmenge wird erhöht (Block 10). Im Fall eines fetten Gemisches wird eine verringernde Korrekturkonstante (Faktor kleiner als 1 oder negativer Summand) ausgewählt und das Luftmengen-Steuersignal S und damit die Ansaugluftmenge wird gesenkt (Block 11).
10

Das so berechnete und korrigierte Luftmengen-Steuersignal S wird zum Einstellen der die Drosselklappe 4 umgehenden

Luftmenge an das Luftmengen-Stellglied 7 übertragen.

In dem obigen Beispiel wurde lediglich der Fall betrachtet, in dem zur Regelung der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine die Ansaugluftmenge gesteuert wird. Es ist jedoch auch möglich, zusätzlich gleichzeitig die in die Zylinder der Maschine einzuspritzendenKraftstoffmengen (deren Grundbetrag anhand der durch den Luftmengenmesser 8 abgetasteten Luftmenge bestimmt wird), den Zündzeitpunkt und/oder die Abgasrückführung zu steuern.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, wird bei der 5 erfindungsgemäßen Regelvorrichtung zur Regelung der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine bei der Regelung der Leerlaufdrehzahl die den Zylindern der Brennkraftmaschine unter Umgehung der Drosselklappe zugeführte Luftrnenqo in'or Berücksichtigung des Luft/Kraftstoff-Verhältnissc; (tettes oder mageres Gemisch) gesteuert. Auf diese Weise ist es möglich, die Schwankungen der Leerlaufdrehzahl der Maschine zu verringern, d.h., die Ansprechzeit bei der Korrektur der Drehzahl und die Stabilität der Drehzahl auf dem Sollwert zu verbessern.

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Claims

TER MEER-MULLER-STEINMEISTER

PATENTANWÄLTE — EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

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WG82360/255(2)/YM St/Wi/la

NISSAN MOTOR COMPANY, LTD. No. 2, Takara-cho, Kanagawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa-ken, Japan

Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftmaschine

Priorität: 11. Mai 1982, Japan, No. 57-77535

PATENTANSPRÜCHE

MJ Verfahren zur Reqelung der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftmaschine, das die folgenden Verfahrensschritte umfaßt:

-'Abtasten der Leerlaufdrehzahl,

BAD ORIGINAL

ORIGINAL INSPECTED

- Abtasten der Maschinentemperatur,

- Berechnen der optimalen Leerlaufdrehzahl anhand der abgetasteten Maschinentemperatur und Speichern des

•j optimalen Drehzahlwertes, .. ·" ■ ''"

- Vergleichen des abgetasteten Drehzahlwertes mit dem berechneten und gespeicherten optimalen Drehzahlwert, und

- Erhöhen der die Drosselklappe der Brennkraftmaschine umgehenden Ansaugluftmenge, falls die abgetastete Leerlaufdrehzahl der Brenkraftmaschine unterhalb der optimalen Drehzahl liegt und Verringern der Ansaugluftmenge, falls die abgetastete Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine oberhalb des optimalen Drehzahlwertes liegt,

dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich abgetastet wird, ob das der Brennkraftmaschine zugeführte Kraft-

..->'. .5toff-l.uftqomisch fett oder mager 's*- und bei magerem Gemisch die anhand des Drehzahlvergleichs ermittelte Ansaugluftmenge auf einen größeren Wert erhöht, bei einen-, fetten Gemisch die ermittelte Ansaugluftmenge auf einen kleineren Wert verringert wird.
2. Vorfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Ermittlung des vorläufigen Wertes für die Ansaugluftmenge anhand der abgetasteten Ist-Drehzahl und der berechneten Soll-Drehzahl der Wert

i^r-' für d ι ο Ariaaugluf tmenqe proportional ⁷.u der Differenz zwischen der Ist- und Soll-Drehzahl verändert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Ermittlung des vorläufigen

3" Wertes für· die Ansaugluftmenqe anhand der Ist- und SoIl-

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[jrt?h/.ahlen der Wert für die Ansan-jluftironqa proportional ?.u einem integrierten Wert der Differenz zwischen !stund Soll-Drehzahl verändert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Berechnung des vorläufigen Wertes für die Ansaugluftmenge anhand der Ist- und Soll-Drehzahlen der Wert für die Ansaugluftmenge proportional zu einer Summe aus der momentanen Differenz zwischen Ist- und Soll-Drehzahl und dem integrierten Wert dieser Differenz verändert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn ze ichnet, daß der vorläufige Wert für die Ansaugluftmenge bei der Korrektur entsprechend der Gemischzusammensetzung durch Multiplikation mit einem vorgegebenen positiven Faktor größer als 1 erhöht bzw. durch Multiplikation mit einem vorgegebenen positiven Faktor kleiner als 1 verringert wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der vorläufige Wert für die Ansaugluftmenge bei der Korrektur entsprechend der Gemischzusammensetzung durch Addition eines vorgegebenen positiven Summanden bzw. durch Addition eines vorgegebenen negativen Summanden erhöht oder verringert wird.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit

- einem Drehzahlsensor zur Erzeugung eines Drehzahlsignal0,

- einem Maschinentemperatur-Fühler zur Erzeugung eines

Temperatursignals,

ORIGINAL INSPECTED

ORIGINAL

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- einer auf das Geschwindigkeitssignal ansprechenden Drehzahl-Ermittlungseinheit zur Berechnung der Drehzahl der Brennkraftmaschine und zur Erzeugung eines entsprechenden Ist-Drehzahlsignals,

- einer das Temperatursignal aufnehmenden Solldrehzahl-Berechnungseinheit zur Berechnung einer optimalen Drehzahl der Brennkraftmaschine und zur Erzeugung eines entsprechenden Soll-Drehzahlsignals,

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- einem die Ist- und Soll-Drehzahlsignale aufnehmenden Komparator zur Berechnung der Differenz zwischen Istund Soll-Drehzahl und zur Erzeugung eines entsprechenden Differenzsignals,

-. einer das Differenzsignal aufnehmenden Luftmengen-Berechnungseinheit zur Ermittlung eines Grundwertes für die der Brennkraftmaschine unter Umgehung der Drosselklappe zugeführte Ansaugluftmenge, welche Berechnungs-

.20 einheit die Ansaugluftmenge erhöht, wenn die Ist-Drehzahl unter der Soll-Drehzahl liegt, und senkt, wenn die Ist-Drehzahl über der Soll-Drehzahl liegt, und

- einem in.einer Bypass-Leitung parallel zu der Drosselklappe der Brennkraftmaschine angeordneten Luftmengen-Dosierglied zur Steuerung der dem Zylinder der Brennkraftmaschine zugeführten Ansaugluft entsprechend einem Luftmengen-Steuersignal der Luftmengen-Berechnungseinhe.it,

dadurch qekenn ze ichnet, daß die Vorrichtung einen in dem Abgaskanal der Brennkraftmaschine angeordneten Sauerstoff-Sensor (1¹¹) zur Erzeugung eines für Uas Luft/ Kraftstoff-Verhältnis des der Brennkraftmaschine zugeführten Gemisches repräsentativen Gemisch-Signals, das angibt,

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ob das Gemisch fet:* oder mager ist, und eine auf das Signal des Sauerstoff-Sensors (10) ansprechende Gemisch-Ermittlungseinheit (20) zur Unterscheidung zwischen fettem und magerem Gemisch und zur Erzeugung eines Signals entsprechend fettem Gemisch oder eines Signals entsprechend magerem Gemisch umfaßt und daß die Berechnungseinheit (20) den Grundwert der Ansaugluftmenge anhand der Signale der Gemisch-Ermittlungseinheit (20) derart korrigiert, daß der Grundwert bei fettem Gemisch gesenkt und bei magerem Gemisch erhöht wird.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl-Ermittlungseinheit (17), die Solldrehzahl-Berechnungseinheit (18), der Komparator (19), die Gemisch-Ermittlungseinheit (20) und die Luftmengen-Berechnungseinheit (21) durch einen Mikrocomputer (16) gebildet sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, g e k e η n-ζ c i c h net iurch einen Anlaß-Schalter (30) zur Erzeugung eines einen Anlaß-Vorgang der Brennkraftmaschine anzeigenden Signals, das zur Korrektur der Soll-Drehzahl der Brennkraftmaschine an die Solldrehzahl-Berechnungseinheit (18) übertragen wird, und durch einen Klimaanlagen-Schal ter (31) zur Erzeugung eines den Betrieb einer Klimaanlage anzeigenden Signals, das ebenfalls zur Korrektur der Soll-Drehzahl an die Solldrehzahl-Berechnungseinheit (18) übertragen wird.

BADORtGlNAL ORIGINALINSPECTED