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Patent Searching and Data


Title:
PROCESS AND DEVICE FOR CONTROLLING THE AIR SUPPLY TO AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1991/005155
Kind Code:
A1
Abstract:
The proposal is for a process and device for controlling the air supply to an internal combustion engine of a motor vehicle in which filtered values for regulating the position of the setting component are generated from the predetermined values formed dependently upon operating parameters of the internal combustion engine and/or the motor vehicle as values to be filtered and the rate of change of the setting component position as dictated by the filtered values and those to be filtered, especially their difference, can be changed by acting on the filter characteristic or the transmission behaviour.

Inventors:
Schnaibel, Eberhard (Hochstetterstr. 1/5, Hemmingen, D-7241, DE)
Schneider, Erich (Storchenweg 4, Kirchheim, D-7125, DE)
Application Number:
PCT/DE1990/000699
Publication Date:
April 18, 1991
Filing Date:
September 12, 1990
Export Citation:
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Assignee:
ROBERT BOSCH GMBH (Postfach 30 02 20, Stuttgart, D-70442, DE)
Schnaibel, Eberhard (Hochstetterstr. 1/5, Hemmingen, D-7241, DE)
Schneider, Erich (Storchenweg 4, Kirchheim, D-7125, DE)
International Classes:
F02D11/10; F02D41/04; F02D41/08; F02D41/20; F02D41/26; (IPC1-7): F02D41/26
Domestic Patent References:
WO1989008775A1
WO1988002811A1
Foreign References:
EP0259544A1
DE3329800A1
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Claims:
Ansprüche
1. Verfahren zur Steuerung der Luftzufuhr zu einer Brennkraftma¬ schine eines Kraftfahrzeugs, über ein elektrisch betätigbares Stell¬ element, dessen Stellung zur Steuerung der Luftzufuhr regelbar ist, wobei aus Vorgabewerten oder Signalen als zu filternde Werte oder Signale zur Regelung der Stellelementstellung gefilterte Werte oder Signale erzeugbar sind und die Stellele entsstellung in Abhängigkeit dieser gefilterten Werte oder Signale durch ein entsprechendes An¬ steuersignal geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ände¬ rungsgeschwindigkeit der Stellelementstellung bzw. der Verlauf des AnsteuerSignals durch Beeinflussung der Filtercharakteristik oder des Übertragungsverhaltens nach Maßgabe der zu filternden und gefilterten Werte veränderbar ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ände rungsgeschwindigkeit der Stellelementstellung abhängig von der Dif¬ ferenz aus zu filterndem und gefiltertem Wert ist.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß Art und Stärke der Beeinflussung der Filtercharak¬ teristik oder des Übertragungsverhaltens bzw. die Filterwirkung ab¬ hängig von der Differenz aus zu filterndem und gefiltertem Wert ist, wobei die Filterwirkung sich gegensinnig zur Differenz ändert.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beein¬ flussung der Filterwirkung im Leerlaufzustand der Brennkraftmaschine vorgenommen wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Erzeugung der gefilterten Werte aus den zu filternden Werten in einem analogen oder digitalen Filter vorgenomen wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die zu filternden Werte in Abhängigkeit von Be¬ triebsparametern wie Drehzahl, Fahrpedalstellung, Motortemperatur, BatterieSpannung und/oder Leerlauferkennung stehen.
7. Vorrichtung zur Steuerung der Luftzufuhr zu einer Brennkraftma¬ schine eines Kraftfahrzeugs, mit einem elektrisch betätigbaren Stellelement, dessen Stellung zur Steuerung der Luftzufuhr regelbar ist, mit einer Einheit zur Bildung von Vorgabewerten oder Signalen, mit einer Einheit zur Erzeugung von gefilterten Werten oder Signalen aus diesen Vorgabewerten oder Signalen als zu filterndem Wert oder Signal zur Regelung der Stellelementstellung durch ein entsprechen¬ des Ansteuersignal, wobei die Stellelementstellung diesen gefilter¬ ten Werten oder Signalen folgend geregelt wird, dadurch gekennzeich¬ net, daß Mittel vorhanden sind, die die nderungsgeschwindigkeit der Stellelementstellung bzw. den Verlauf des Ansteuersignais durch Be¬ einflussung der Filtercharakteristik oder des Filterübertragungsver¬ haltens nach Maßgabe des zu filternden Wertes oder Signals und des gefilterten Wertes oder Signals veränderbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mit¬ tel zur Steuerung der nderungsgeschwindigkeit der Stellelement¬ stellung abhängig von der Differenz von zu filternden und gefilter¬ ten Werten die nderungsgeschwindigkeit der Stellelementstellung be¬ einflussen, wobei die Erzeugung der gefilterten Werte, die Filter¬ wirkung bzw. Filtercharakteristik oder Übertragungsverhalten abhän¬ gig von dieser Differenz veränderbar ist, derart, daß die Filterwir¬ kung sich gegensinnig zur Differenz ändert.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Beeinflussung der Änderungsgeschwindigkeit bei er¬ kanntem Leerlaufzustand aktivierbar sind.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß Mittel zur Bildung der Vorgabewerte oder der zu filternden Werte in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brenn¬ kraftmaschine oder des Kraftfahrzeugs wie Fahrpedalstellung, Dreh¬ zahl, Batteriespannung, Motortemperatur, etc. vorhanden sind.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß in einem analogen oder digitalen Filter die Er¬ zeugung der gefilterten Werte vorgenommen wird.
Description:
Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Luftzufuhr zu einer Brennkraftmaschine

Stand der Technik

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Luftzufuhr zu einer Brennkraftmaschine gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.

Ein derartiges Verfahren bzw. eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-OS 26 54 455 bekannt. Dort wird ein elektrischer Regler vorge¬ schlagen, der in Abhängigkeit eines vorgegebenen und eines gemes¬ senen Betriebsparameters des Kraftfahrzeugs ein Steuersignal zur Steuerung der Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine über eine Drossel¬ klappe erzeugt. Dabei ist in der Steuerleitung ein Verzöge- rungs- oder Filterelement vorgesehen, das bei Änderungen des vorge¬ gebenen Wertes einen sanften Übergang des gemessenen Parameterwertes auf den vorgegebenen Wert gewährleisten soll. Dieses Verzöge- rungs- oder Filterelement verzögert bei einer Änderung des vorge¬ gebenen Wertes, die größer als ein Schwellwert ist, das Steuersignal der Reglereinrichtung in seinem zeitlichen Verlauf, während bei Än¬ derungen unterhalb des Schwellwertes das Steuersignal unverändert zur Drosselklappe gelangt. Durch ein derartiges Vorgehen kann zwar

der gewünschte sanfte Übergang erzielbar sein, kleine Schwankungen bzw. Änderungen im vorgegebenen Wert wirken sich jedoch unbeeinflußt auf die Stellung der Drosselklappe und damit Drehzahl und Leistung der Brennkraftmaschine aus, was insbesondere im Leerlaufzustand eine Verschlechterung des Fahrkomforts zur Folge haben kann. Große Ände¬ rungen kommen dagegen lediglich verzögert zur Wirkung, was einen Verlust an Dynamik des Steuer-/Regelsystems bedeutet.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bzw. eine Vorrich¬ tung zur Steuerung der Luftzufuhr zu einer Brennkraftmaschine mit größtmöglicher Dynamik und verbessertem Fahrkomfort zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch die in den kennzeichnenden Teilen der unab¬ hängigen Patentansprüche beschriebene Vorgehensweise gelöst. Dabei wird die Änderungsgeschwindigkeit der Stellelementstellung bzw. das Ansteuersignal für das Stellelement zur Steuerung der Luftzufuhr durch Beeinflussung einer Filtercharakteristik bzw. des Übertra¬ gungsverhaltens eines Filters nach Maßgabe des zu filternden Wertes oder Signales und des gefilterten Wertes oder Signals veränderbar ist.

Aus der DE-OS 36 34 551 ist ein Verfahren zur Filterung des Last¬ signals bzw. der Grundmenge einer Kraftstoffzumessungseinrichtung bekannt. Dabei wird um das gemessene, unbeeinflußte Lastsignal ein Unempfindlichkeitsbereich gebildet, das gefilterte Signal mittels eines Fensterkomparators mit den Grenzen dieses Unempfindlichkeits- bereichs verglichen und die Filterwirkung abgeschaltet, wenn das ge¬ filterte Signal den Unempfindlichkeitsbereich verläßt.

Aus der DE-OS 27 51 125 ist ein System zur elektronischen Regelung der Drosselklappenposition einer Brennkraftmaschine in Abhängigkeit eines vom Fahrpedal vorgegebenen Werts bekannt. Zur Verbesserung des

Betriebsverhaltens der Brennkraftmaschine wird durch ein zwischen Lageregler und Drosselklappenansteuerung angeordnetes Filter eine Begrenzung der Änderungsgeschwindigkeit der Drosselklappenposition vorgenommen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorgehensweise hat den Vorteil, daß Laufruhe und Fahrkomfort des Kraftfahrzeugs insbesondere im Bereich des Leer¬ laufzustandes verbessert werden, da Änderungen kleinerer Amplitude und höherer Frequenz nicht zur Wirkung gelangen, wahrend das Steu- er-/Regelsystem Änderungen größerer Amplitude mit hoher Geschwindig¬ keit folgen kann. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß die er indungsgemäße Vorgehensweise es ermöglicht, die Verbesserungen ohne Eingriff in die Reglerstruktur zu erzielen.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen in Verbindung mit der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungs¬ beispiels.

Zeichnung

Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Steuerung der Luftzufuhr zu einer Brennkraftmaschine, während Figur 2 ein Flußdiagramm der erfindungsgemäßen Vorgehensweise darstellt. Figur 3 schließlich beschreibt beispielhaft einen typischen Zeitverlauf der auftretenden Signale.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

Figur 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 10 mit einer im Ansaugrohr 12 befindlichen Drosselklappe 14, die über eine mechanische Verbindung 16 drehtest mit einem elektrisch betätigbaren Stellglied 18 verbun-

den ist. Drosselklappe 14, mechanische Verbindung 16 und Stellglied 18 bilden das Stellelement 20 zur Steuerung der Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine. Ein Stellungsgeber 22 zur Erfassung der Stellung des Stellelements 20 ist ebenfalls Bestandteil des Stellelements. Das Stellelement 20 ist mit seiner Eingangsleitung 24 und über seine Ausgangsleitung 26 mit einem Motorsteuerungssystem 28 verbunden. Da¬ bei ist die Eingangsleitung 24 auf das Stellglied 18, die Ausgangs¬ leitung 26 auf den Stellungsgeber 22 geführt.

Das Motorsteuerungssystem 28, das neben der in Figur 1 dargestellten Steuerung der Luftzufuhr auch die Funktionen Kraftstoffzumessung und/oder Zündung durchführen kann, umfaßt einen Sollwertbildner 30, einen Lageregler 32, einen Filterbaustein 34, einen Differenzbildner 36 sowie eine Treiberstufe 38.

Dem Sollwertbildner 30 des Motorsteuerungssystems 28 werden über dessen Eingangsleitungen 40, 42 - 44 von Meßwertaufnehmern 46, 48 - 50 Meßsignale von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine und des Kraftfahrzeugs zugeführt. Bei den Meßwertaufnehmern 46 - 50 kann es sich z. B. um einen Fahrpedalstellungsgeber, der dem Sollwert- bildner 30 ein die Fahrpedalstellung repräsentierendes Signal zu¬ führt, um einen LeerlaufSchalter des Fahrpedals bzw. der Drossel¬ klappe, um einen Fahrgeschwindigkeitsgeber, um einen Motortempera¬ turfühler, einen Batteriespannungsmesser und/oder einen Drehzahl¬ fühler handeln. Der Ausgang 52 des Sollwertbildners ist auf eine Vergleichsstelle 54 geführt, deren zweiter Eingang mit der Ausgangs¬ leitung 26 des Stellelements 20 verknüpft ist und deren Ausgang 55 auf den Lageregler 32 geführt wird. Dessen Ausgangsleitung 56 ver¬ bindet einerseits den Lageregler 32 mit dem Filterbaustein 34, an¬ dererseits mit dem Differenzbildner 36. Der Ausgang 58 des Filter¬ bausteins 34 wird auf die Treiberstufe 38 sowie auf einen zweiten

Eingang des Differenzbildners 36 geführt. Eine weitere Signalleitung 60 verbindet Differenzbildner 36 mit Filterbaustein 34, während die Eingangsleitung 24 des Stellelements 20 als Ausgangsleitung des Mo¬ torsteuerungssystems 28 die Treiberstufe 38 mit dem Stellelement 20 verbindet. Eine dritte Eingangsleitung 62 verknüpft den Filterbau¬ stein 34 mit einem Meßwertaufnehmer 64, der zur Feststellung be¬ stimmter Betriebszustände, insbesondere des Leerlaufzuεtands, dient. Ist der jeweilige Betriebszustand von den Meßwertaufnehraern 46, 48 bis 50 erfaßbar, so entfällt Aufnehmer 64 und Leitung 62 ist gege¬ benenfalls mit dem/den entsprechenden Aufnehmern 46 bis 50 verbunden.

Der Sollwertbildner 30 bildet in Abhängigkeit seiner Eingangssignale einen Vorgabewert bzw. -signal für die Stellung des Stellelements 20. Handelt es sich bei dem Motorsteuerungssystem 28 um ein Steu¬ erungssystem mit der Funktion Leerlaufregelung, so findet die Aus¬ gabe des Vorgabewertes über die Ausgangsleitung 52 nur im, z. B. über einen LeerlaufSchalter in der Drosselklappe oder im Fahrpedal, erkannten Leerlaufzustand statt. Bei einem elektronischen Gaspedal¬ system wird der Vorgabewert zum einen in Abhängigkeit der Fahrpe¬ dalstellung, zum anderen im Leerlaufzustand entsprechend der Leer¬ laufregelung gebildet.

Die vom Stellungsgeber 22 ermittelte Position des Stellelements 20 wird in der Vergleichsstelle 54 mit dem Vorgabewert verglichen und über die Leitung 55 ein Differenzsignal zwischen Vorgabe- und Ist¬ wert an den Lageregler 32 abgegeben, der in Abhängigkeit dieses Dif¬ ferenzsignals über seine Ausgangsleitung 56 einen Vorgabewert für die Stellung des Stellelements 20 erzeugt.

Im Filterbaustein 34, der über die Verbindungsleitung 62 in bestimm¬ ten, durch den Meßwertaufnehmer 64 festgestellten Betriebszuständen,

insbesondere dem Leerlaufzustand, aktivierbar ist, wird der Vorgabe¬ wert des Lagereglers 32 als der zu filternde Wert bzw. Signal und Eingangssignal des Filterbausteins 34 durch eine analoge oder digi¬ tale Filteranordnung in seinem zeitlichen Verlauf abhängig von dem über die Verbindungsleitung 60 anliegenden Ausgangssignal des Dif¬ ferenzbildners 36 beeinflußt. Im einfachsten Fall handelt es sich bei dem Filterbaustein 54 um einen Tiefpaß analoger Ausführung mit veränderbaren Zeitkonstanten oder digitaler Ausführung mit veränder¬ baren Filterkonstanten.

Die Filterwirkung bzw. -Charakteristik oder Übertragungsverhalten des Filterbausteins 34 wird vom Differenzbildner 36 bestimmt. Dieser bildet in Abhängigkeit der Differenz zwischen dem zu filternden Wert (Vorgabewert des Reglers) auf der Leitung 56 und dem Filterausgangs¬ signal als gefiltertem Signal auf der Leitung 58 ein die Größe der Differenz anzeigendes Ausgangssignal, das über die Leitung 60 an den Filterbaustein 34 abgegeben wird. Dabei wird die Filtercharakteri¬ stik derart eingestellt, daß mit zunehmender Größe der Differenz die Filterkonstanten derart verändert werden, daß die Wirkung des Fil¬ terbausteins 34 auf den zeitlichen Verlauf des zu filternden Wertes (Vorgabewertes) mit zunehmender Differenz abnimmt. Das Filteraus¬ gangssignal bildet dabei das Ansteuersignal des Stellgliedes, dessen zeitlicher Verlauf bzw. Änderungsgeschwindigkeit durch das oben dar¬ gestellte, erfindungsgemäße Verfahren bestimmt wird.

Die Beeinflussung der Filterwirkung bzw. der Filtercharakteristik oder des Übertragungsverhaltens des Filters kann dabei nahezu stetig oder in einer oder mehreren Stufen in Abhängigkeit von vorgegebenen Bereichen der Differenzgröße erfolgen.

Das gefilterte Ausgangssignal wird über die Ausgangsleitung 58 an die Treiberstufe 38 des Motorsteuerungssystems 28 abgegeben und dient als Ansteuersignal zur Betätigung des Stellelements 20 über

die Ausgangsleitung 24 des Motorsteuerungssystems 28 und bestimmt somit u.a. die Änderungsgeschwindigkeit von Stellelement 20 bzw. der Drosselklappe 14, wobei der zeitliche Verlauf des Ansteuersignais die Änderungsgeschwindigkeit bestimmt.

Der erfindungsgemäße Gedanke ist prinzipiell nicht auf die beschrie¬ bene Position des Filters und Differenzbildners im Motorsteuerungs¬ system beschränkt. Das Filter mit Differenzbildner kann auch in der Ausgangsleitung 24, in der Leitung 52 des Sollwertbildners oder in der Leitung 54 zwischen Vergleichsstelle und Lageregler eingefügt werden.

Figur 2 beschreibt anhand eines Flußdiagramms die Realisierung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise in einem Rechner. Nach dem Start des dargestellten Programmteils wird in einem Block 100 die Initia¬ lisierung der Fil ' terkonstanten C vorgenommen. Im Funktionsblock 102 wird nun der vom Regler ausgegebene Vorgabewert als der zu fil¬ ternde Wert gemessen und der gefilterte Wert im Block 104 aufgrund des gemessenen Vorgabewertes und der im Initialisierungsschritt ge¬ ladenen Filterkonstanten berechnet. Danach wird in Block 106 die „ Differenz zwischen zu filterndem und gefiltertem Wert ermittelt, worauf im Block 108 die Filterkonstanten C als Funktion der im Block 106 ermittelten Differenz korrigiert werden. Dies kann z. B. anhand einer Tabelle oder einer vorgegebenen Funktion durchgeführt werden. Nach Abarbeitung des Blocks 108 beginnt der Durchlauf des Programmteils mit Block 102 erneut.

Unter Filterkonstanten C kann es sich im Rahmen des erfindungs¬ gemäßen Gedankens um eine einzelne Konstante (Tiefpaß) oder um mehrere Konstanten eines höherwertigen Filters handeln.

In Figur 3 ist beispielhaft ein typischer Verlauf des stufenweise sich verändernden des zu filternden (durchgezogene Linien) und gefilterten Wertes (gestrichelte Linien) für kleine Änderungen des zu filternden Wertes (Figur 3a) und für große Änderungen des zu fil¬ ternden Wertes (Figur 3b) dargestellt. Dabei bezeichnen die horizon¬ talen Achsen die Zeit, die vertikalen Achsen den Signalpegel des zu filternden bzw. gefilterten Wertes.

Figur 3a zeigt Änderungen kleiner Amplitude und höherer Frequenz des zu filternden Wertes. Bei kleinen Differenzen zwischen zu filterndem und gefiltertem Wert ist die Wirkung des Filters stark, so daß die Änderungen im zu filternden Wert nicht bzw. kaum auf das Ansteuer¬ signal des Stellelements 20 und somit auf die Stellung der Drossel¬ klappe durchschlagen. Im Gegensatz dazu wird in Figur 3b ein dynami¬ scher Betriebsfall vorgestellt. Die Änderung im zu filternden Wert hat eine große Amplitude, der gefilterte Wert reagiert auf diese Än¬ derung schnell und verlangsamt seine Anstiegsgeschwindigkeit abhän¬ gig von der Differenz zwischen zu filterndem und gefiltertem Wert durch entsprechende Variation der Filterwirkung. Die Stellungsän¬ derung der Drosselklappe nimmt einen dem gefilterten Wert entspre¬ chenden Verlauf.

Neben der Differenzbildung ist es im Rahmen des erfindungsge äßen Gedankens möglich, eine Divisions-, Multiplikations- oder Additions- operation zur Ableitung eines die Filterwirkung beeinflussendes Signals zu verwenden.