DE69001728T2 - Method for controlling the idle speed of an internal combustion engine. - Google Patents
Method for controlling the idle speed of an internal combustion engine.Info
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf die Regelung der Drehzahl eines Motors im Leerlauf, und zwar eines Verbrennungsmotors, mit einem Leerlauf-Regelungsrechner, der ein Drosselklappen- Nebenstrom-Elektroventil steuert, um so die Füllung des Motors im Hinblick auf eine Regelung des Leerlaufs zu verändern, und zwar sowohl für Benzinmotoren mit Einpunkt-Einspritzung als auch mit Mehrpunkt-Einspritzung und mit einem Rechner, der sowohl die Benzineinspritzung steuert, um die gewünschte Anreicherung bei allen Drehzahlen zu gewährleisten als auch die Zündung und mit einem Drosselklappen-Nebenstrom-Elektroventil zur Veränderung der Füllung des Motors im Hinblick auf die Regelung des Leerlaufs.The invention relates to the control of the speed of an engine when idling, namely an internal combustion engine, with an idling control computer which controls a throttle valve bypass solenoid valve in order to change the filling of the engine with a view to regulating the idling, both for petrol engines with single-point injection and with multi-point injection and with a computer which controls both the petrol injection in order to ensure the desired enrichment at all speeds and the ignition and with a throttle valve bypass solenoid valve for changing the filling of the engine with a view to regulating the idling.
Es ist bekannt, daß bei derartigen Motoren die Forderung besteht, unterhalb der Drosselklappe ein erhebliches Einlaßvolumen bereit zustellen, um die Leistung zu verbessern. Dies bedeutet andererseits eine große Trägheit der Regelung, die beim Absenken auf den Leerlauf zu einem Motorstillstand führen kann. Dieser Nachteil wird noch durch das Vorhandensein weiterer Energieverbraucher verstärkt, wie z.B. eine Servolenkung, ein automatisches Getriebe, eine Klimaanlage, welche in unterschiedlicher Weise das Absenken der Motordrehzahl stören.It is known that with such engines there is a requirement to provide a significant intake volume below the throttle valve in order to improve performance. On the other hand, this means a great deal of inertia in the control system, which can lead to the engine stalling when the engine is reduced to idle. This disadvantage is further exacerbated by the presence of other energy consumers, such as power steering, an automatic transmission, and air conditioning, which in various ways interfere with the reduction in engine speed.
Im Hinblick auf diese Schwierigkeiten hat sich die Regelung des Leerlaufs durch Einwirkung auf das Elektroventil bisher auf eine Regelung beschrankt, die ein Proportionalglied und ein Integralglied aufweist, nicht jedoch ein Differentialglied, aufgrund der großen Schwankungen der Parameter bei der Rückkehr zum Leerlauf.In view of these difficulties, the control of the idle speed by acting on the solenoid valve has so far been limited to a control comprising a proportional element and an integral element, but not a differential element, due to the large variations in the parameters when returning to idle speed.
Außerdem ist es notwendig gewesen, zahlreiche Fühler einzusetzen, darunter einen Druckfühler für die Servolenkung sowie gegebenenfalls Zustandsfühler für das automatische Getriebe oder die Klimaanlage, um so auf den Rechner einzuwirken und als Folge davon das Ventil zu öffnen und einen Motorstillstand während des Betriebes dieser Verbraucher zu vermeiden. Eine derartige Anordnung ist schließlich kompliziert und im Betrieb unzuverlässig.In addition, it was necessary to use numerous sensors, including a pressure sensor for the power steering and, if necessary, status sensors for the automatic transmission or air conditioning, in order to influence the computer and, as a result, open the valve and To avoid engine downtime during operation of these consumers. After all, such an arrangement is complicated and unreliable in operation.
Das Dokument EP-A-223 430 (Honda) beschreibt ein vereinfachtes Verfahren zur Regelung des Leerlaufs eines Benzin- Einspritzmotors mit einem Nebenstrom-Luftventil der Drosselklappe, daß durch einen zerhackten Strom angesteuert wird, dessen zyklisches Öffnungsverhältnis von einem Rechner erhalten wird unter Verwendung einer linearen Formel mit einem konstanten Glied, einem Tntegralglied und einem Proportionalglied. Der Rechner verwendet außerdem ein Differentialglied, das erhalten wird durch direkte Berechnung der Ableitung nach der Zeit der Periode zwischen zwei oberen Totpunkten.Document EP-A-223 430 (Honda) describes a simplified method for controlling the idle speed of a petrol injection engine with a bypass throttle air valve controlled by a chopped current whose cyclic opening ratio is obtained by a computer using a linear formula with a constant term, an integral term and a proportional term. The computer also uses a differential term obtained by directly calculating the derivative with respect to time of the period between two top dead centres.
Dieses Verfahren ermöglicht jedoch noch keine optimale Regelung des Leerlaufs, insbesondere deshalb, weil die Luftmenge unterhalb der Drosselklappe nicht berücksichtigt wird.However, this method does not yet allow for optimal control of the idle speed, in particular because the air quantity below the throttle valve is not taken into account.
Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Steuerung des Leerlaufs eines derartigen Motors zu schaffen, das durch Einsatz des vorhandenen Rechners zur Steuerung des Luftventils verwirktlicht wird und das die oben genannten Nachteile vermeidet unter Vereinfachung der Anordnung, insbesondere durch Vermeidung der Vielzahl von Fühlern, bei gleichzeitiger Verbesserung der Sicherheit der Betriebsweise und der Leistungen.The aim of the invention is to provide a method for controlling the idling of such an engine, which is implemented by using the existing computer for controlling the air valve and which avoids the above-mentioned disadvantages by simplifying the arrangement, in particular by avoiding the multitude of sensors, while at the same time improving the safety of operation and performance.
Erfindungsgemäß wird das zyklische Öffnungsverhältnis des Luftventils, das bisher durch Addition einer Konstanten eines Integralgliedes und eines Proportionalgliedes erhalten wird, durch Hinzufügen eines Differentialgliedes verändert, das direkt aus der Ableitung nach der Zeit der Periode zwischen zwei oberen Totpunkten berechnet wird und das geeignet gefiltert und multipliziert wird mit einem als Funktion der verschiedenen Parameter variablen Verstärkungsfaktor.According to the invention, the cyclic opening ratio of the air valve, which was previously obtained by adding a constant of an integral element and a proportional element, is modified by adding a differential element which is calculated directly from the derivative with respect to the time of the period between two top dead centers and which is suitably filtered and multiplied by a gain factor which is variable as a function of the various parameters.
Die Filterung erfolgt durch Berechnung, und zwar nicht nach der Zeit, sondern nach den oberen Totpunkten, wobei bei jedem oberen Totpunkt die Rohableitung berechnet wird, indem die Differenz zwischen der gemessenen Periode und der vorhergehenden Periode mit einem Maßstabfaktor multipliziert wird, wonach die gefilterte Ableitung berechnet wird, indem der vorhergehende Wert der Ableitung um einen bestimmten Bruchteil der Differenz zwischen der Rohableitung und diesem vorhergehenden Wert erhöht wird.The filtering is done by calculation, not by time but by top dead centres, where at each top dead centre the raw derivative is calculated by multiplying the difference between the measured period and the previous period by a scale factor, after which the filtered derivative is calculated by increasing the previous value of the derivative by a certain fraction of the difference between the raw derivative and that previous value.
Außerdem wird die variable Verstärkung errechnet, indem das Produkt gebildet wird aus mehreren Gliedern, die aus Tabellen entnommen werden, und zwar jeweils als Funktion eines Parameters.In addition, the variable gain is calculated by forming the product of several terms taken from tables, each as a function of a parameter.
Insbesondere wird das erste Glied, welches die Veränderungen des Leerlaufs berücksichtigt bis auf das Vorzeichen und einen Faktor dadurch berechnet, daß die vorher ermittelte Ableitung mit dem Quadrat der Leerlaufdrehzahl multipliziert wird, wobei das Ergebnis Eingang in eine Tabelle findet, aus welcher der Korrekturfaktor für den Leerlauf entnommen wird.In particular, the first term, which takes into account the changes in idling speed up to the sign and a factor, is calculated by multiplying the previously determined derivative by the square of the idling speed, with the result being entered into a table from which the correction factor for idling speed is taken.
Ein zweites Korrekturglied der Frequenz der Schwingungen wird ebenfalls mittels einer Tabelle errechnet, in die eine Zuwachsfunktion eingeht, die um einen ersten Wert angewachsen ist und auf einem Maximum gehalten wird, wenn die Funktion der Veränderung des vorher berechneten Leerlaufs die Bandbreite verläßt, die einem entsprechenden Hysteresewert beidseits der Null-Linie entspricht und um einen zweiten Wert bei jedem oberen Totpunkt verringert wird mit einem Grenzwert.A second correction term for the frequency of the oscillations is also calculated using a table that includes an increment function that is increased by a first value and is kept at a maximum when the function of the variation of the previously calculated idle speed leaves the bandwidth that corresponds to a corresponding hysteresis value on both sides of the zero line and is reduced by a second value at each top dead center with a limit value.
Ein drittes Glied ist schließlich eine Funktion der Wassertemperatur und wird ebenfalls mittels einer Tabelle berechnet als Funktion der gemessenen Wassertemperatur.Finally, a third term is a function of the water temperature and is also calculated using a table as a function of the measured water temperature.
Weitere Besonderheiten der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Beispiels zur Durchführung des Verfahrens hervor, unter Bezugnahme auf die beigefügten Kurven; es zeigen:Further features of the invention will become apparent from the following description of an example for carrying out the procedure, with reference to the attached curves; they show:
Fig. 1 die Veränderungen des Gliedes der Variation des Leerlaufs als Funktion der Zeit und als Funktion der Anzahl der oberen Totpunkte undFig. 1 the changes in the term of the variation of the idling as a function of time and as a function of the number of top dead centers and
Fig. 2 ebenfalls als Funktion der Anzahl der oberen Totpunkte den Wert der Zuwachsfunktion.Fig. 2 also shows the value of the increase function as a function of the number of top dead centers.
Erfindungsgemäß wird das zyklisches Öffnungsverhältnis R des Luftventils errechnet durch den AusdruckAccording to the invention, the cyclic opening ratio R of the air valve is calculated by the expression
R = C + TI + TP + TDR = C + TI + TP + TD
bei dem die drei ersten Glieder die üblichen Glieder sind, d.h. eine Konstante C, ein Integralglied TI und ein Proportionalglied TP und TD, das erfindungsgemäß hinzugefügte Differentialglied ist.in which the first three terms are the usual terms, i.e. a constant C, an integral term TI and a proportional term TP and TD, which is the differential term added according to the invention.
Dieses Differentialglied TD wird direkt berechnet unter Zuhilfenahme der Ableitung D nach der Zeit der Periode P zwischen zwei oberen Totpunkten sowie geeigneter Filterung und Multiplikation mit einem variablen Verstärkungsfaktor G als Funktion der verschiedenen Parameter, so daß man erhältThis differential element TD is calculated directly using the derivative D with respect to the period P between two top dead centers, as well as appropriate filtering and multiplication by a variable gain factor G as a function of the various parameters, so that one obtains
TD = G x D.TD = G x D
Erfindungsgemäß erfolgt die Filterung nicht bezüglich der Zeit, sondern bezüglich der Anzahl der oberen Totpunkte. Zu diesem Zweck wird bei jedem oberen mit i bezeichneten Totpunkt die Rohableitung B errechnet, indem mit einem Faktor b der Abstand zwischen der Periode Pi (Anzahl der Zeitimpulse, die zwischen zwei oberen Totpunkten gezählt werden) und der vorhergehenden Periode Pi-1, die vorher gespeichert wurde, multipliziert wird, so daß man erhältAccording to the invention, the filtering is not carried out in terms of time, but in terms of the number of top dead centers. For this purpose, the raw derivative B is calculated for each top dead center, designated i, by multiplying by a factor b the distance between the period Pi (number of time pulses counted between two top dead centers) and the previous period Pi-1, which was previously stored, so that one obtains
B = b(Pi-Pi-1)B = b(Pi-Pi-1)
Andererseits wird die gefilterte Ableitung zum Zeitpunkt i errechnet ausOn the other hand, the filtered derivative at time i is calculated from
Di = Di-1 + a (B-Di-1)Di = Di-1 + a (B-Di-1)
d.h. durch Vergrößerung des vorhergehenden Wertes des gefilterten Wertes Di-1 um einen Bruchteil a des Abstandes zwischen der Rohableitung und diesem vorhergehenden Wert.i.e. by increasing the previous value of the filtered value Di-1 by a fraction a of the distance between the raw derivative and this previous value.
Andererseits wird gemäß der Erfindung der variable Verstärkungsfaktor G berechnet, indem das Produkt aus mehreren Korrekturgliedern gebildet wird, die aus Tabellen entnommen werden, und zwar jeweils als Funktion eines Parameters.On the other hand, according to the invention, the variable gain factor G is calculated by forming the product of several correction terms taken from tables, each as a function of a parameter.
Das erste dieser Glieder ist ein Korrekturglied als Funktion des Leerlaufs CR. Es wird mittels einer Tabelle errechnet, z.B. an neun Punkten als Funktion eines mit DN bezeichneten Variationsfaktors des Leerlaufs, welcher wiederum berechnet wird ausThe first of these terms is a correction term as a function of the idle speed CR. It is calculated using a table, e.g. at nine points as a function of a variation factor of the idle speed designated DN, which in turn is calculated from
DN = - D x Nx/kDN = - D x Nx/k
wobei N die Motorleerlaufdrehzahl ist und k ein gewählter Faktor wie b, so daß die praktischen Variationen in bestmöglicher Weise die verwendeten Speicherkapazitäten verwenden und x ein Kontrollwert ist. Es ist außerdem vorteilhaft als Wert von k eine Potenz von 2 zu wählen, um so die Division durch eine einfache Bit-Verschiebung zu ersetzen oder noch einfacher, ein Byte hoher Wertigkeit zu wählen.where N is the engine idle speed and k is a chosen factor such as b so that the practical variations make the best possible use of the memory capacities used and x is a control value. It is also advantageous to choose a power of 2 as the value of k so as to replace the division by a simple bit shift or, even simpler, to choose a high-significance byte.
Das zweite Glied ist vorzugsweise ein Frequenz-Korrekturglied CF, das ebenfalls aus einer Tabelle ermittelt wird als Funktion einer Zuwachsfunktion F, welche die Anzahl und die Amplitude der Schwingungen des Gliedes DN darstellt.The second element is preferably a frequency correction element CF, which is also determined from a table as a function of an increment function F, which represents the number and amplitude of the oscillations of the element DN.
Die Fig. 1 und 2 zeigen die Anwendung einer derartigen Variation, wobei man die verschiedenen Zuwächse den verschiedenen Abweichungen von den Kurven -h, +h durch die Funktion DN erkennt sowie den erneuten Beginn dieser Funktion nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit.Figures 1 and 2 show the application of such a variation, where one can see the different increases in the different deviations from the curves -h, +h through the function DN as well as the restart of this function after a given time has elapsed.
Schließlich wird noch ein dritter Korrekturwert CD für die Temperatur mittels einer Tabelle als Funktion der direkt gemessenen Wassertemperatur TE ermittelt.Finally, a third correction value CD for the temperature is determined using a table as a function of the directly measured water temperature TE.
Schließlich wird der Verstärkungsfaktor G errechnet durchFinally, the gain factor G is calculated by
G = CR x CF x CT.G = CR x CF x CT.
Das heißt, daß die Verwendung des herkömmlichen Rechners für das erfindungsgemäße Verfahren eine große Vereinfachung der gesamten Anordnung ermöglicht, da die zahlreichen Zustandsfühler und der Fühler für den Druckregler der Servolenkung entfallen.This means that the use of the conventional computer for the method according to the invention enables a great simplification of the entire arrangement, since the numerous status sensors and the sensor for the pressure regulator of the power steering are eliminated.
Andererseits erhält man eine große Vereinfachung für die Eichung der Parameter, da die einmal festgelegten Parameter eine Art allgemein gültigen Wert haben. Nur die Tabelle für die Korrektur der Temperatur CT muß an die Art des Motors und den Zylinderinhalt angepaßt werden.On the other hand, the calibration of the parameters is greatly simplified, since the parameters, once defined, have a kind of universal value. Only the table for the correction of the temperature CT must be adapted to the type of engine and the cylinder capacity.
Schließlich erzielt man einen großen Wirkungsgrad wegen der nachstehend aufgezählten Gründe:Finally, a high level of efficiency is achieved due to the following reasons:
- Das Vorhandensein des Differentialgliedes TD in der Berechnung von R vermeidet zum Großteil die schädliche Einwirkung des Volumens unterhalb der Drosselklappe (auch Plenum-Effekt genannt),- The presence of the differential element TD in the calculation of R largely avoids the harmful effect of the volume below the throttle valve (also called plenum effect),
- die Korrektur des variablen Verstärkungsfaktors G als Funktion von DN berücksichtigt die Reibungsmomente, denen der Motor unterworfen ist und ermöglicht aufgrund der Korrekturtabelle als Funktion des Leerlaufs CR über verschiedene Verstärkungen zu verfügen, einerseits während der Rückkehr zum normalen Leerlauf und während der Rückkehr zum mit Schwierigkeiten behafteten Leerlauf, insbesondere, wenn ein Verbraucher dem Motor Leistung entnimmt und damit das Risiko des Motorstillstands zunimmt und andererseits während des Anstiegs des Leerlaufs und den Abbremsmanövern mit eingelegtem Gang,- the correction of the variable gain G as a function of DN takes into account the frictional moments to which the engine is subjected and, thanks to the correction table as a function of the idle speed CR, makes it possible to have different gains, on the one hand during the return to normal idle and during the return to difficult idle, in particular when a user draws power from the engine, thus increasing the risk of the engine stalling, and on the other hand during the increase in idle and during braking manoeuvres with the gear engaged,
- der Einfluß des Korrekturgliedes für die Frequenz CF auf den Verstärkungsfaktor ermöglicht eine Veränderung der Differentialkorrektur in kritischen Fällen, z.B. bei Schwingungen mit großer Amplitude und hoher Frequenz und vermeidet den Nachteil starker Schwankungen der Einspritzung nach dem Abschalten bei Bremsmanövern sowie Motorinstabilitäten. Unter diesen Bedingungen bewegt sich die Zuwachsfunktion F möglicherweise bis an die obere Grenze und bewirkt damit eine Verringerung der Verstärkung, während im Gegenteil im stabilen Zustand diese Funktion abnimmt, möglicherweise bis zum unteren Grenzwert, welches in der Tabelle dem größten Verstärkungsfaktor entspricht,- the influence of the frequency correction term CF on the gain factor allows a variation of the differential correction in critical cases, e.g. in the case of vibrations with a large amplitude and high frequency, and avoids the disadvantage of strong fluctuations in the injection after switching off during braking manoeuvres and engine instabilities. Under these conditions, the increase function F possibly up to the upper limit and thus causes a reduction in the gain, while on the contrary in the steady state this function decreases, possibly up to the lower limit, which corresponds to the largest gain factor in the table,
- der Korrekturfaktor CD als Funktion der Wassertemperatur ermöglicht es schließlich auf die verschiedenen Motoren einzugehen sowie auf die Nichtlinearität des Luftventils und auf die unterschiedliche Empfindlichkeit der Motoreinstellung je nach Temperatur.- the correction factor CD as a function of the water temperature finally makes it possible to take into account the different engines as well as the non-linearity of the air valve and the different sensitivity of the engine setting depending on the temperature.
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