Stand der Technik
[0001] Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des Hauptanspruchs, insbesondere
zur Erfassung der Leerlaufposition der Drosselklappe einer Brennkraftmaschine.
[0002] Aus der DE-OS 24 42 373 ist eine elektrisch gesteuerte, intermittierend arbeitende
Kraftstoffeinspritzanlage mit einer Einspritzsignalerzeugung bekannt, die von der
Drehzahl und der Drosselklappenstellung ausgeht. Die Drosselklappenstellung wird dort
mittels eines Potentiometers erfaßt. Im Hinblick auf eine optimale Kraftstoffzumessung
ist es erforderlich, daß insbesondere im Bereich relativ kleiner Drosselklappenöffnungsvinkel
die Drosselklappenposition sehr exakt erfaßt wird. Z.B. muß zur Einstellung des Leerlaufs
eine Leerlaufstellung der Drosselklappe erkannt werden, wozu üblicherweise ein Leerlaufschalter
verwendet wird. Der Leerlaufanschlag unterliegt jedoch Änderungen sowohl durch Einstellung.der
Leerlaufdrehzahl, als auch durch mechanische Abnützung des Anschlages. Die . Leerlaufposition
der Drosselklappe muß jedoch innerhalb eines sehr kleinen Winkelbereiches von ca.
0,3° erkannt werden, da nur dort die Luftflüsse klein genug sind, um die Momentenänderung
beim Zu- und Abschalten des Kraftstoffes durch die Schubabschaltfunktion in erträglichen
Grenzen zu halten.
[0003] Aus der DE-OS 34 28 87.9 ist ein digitales Verfahren zur Leerlauferkennung bekannt,
bei dem die Schleiferbahn des als Potentiometer ausgebildeten Positionserfassungsorgans
in Inkremente unterteilt ist. Ein gespeicherter Grenzwert wird in Abhängigkeit gemessener
Werte mit einer bestimmten Zeitkonstanten nachgeführt. Zur Nachführung muß jedoch
ein konstanter Winkelhub zwischen Minimalwert und Maximalwert in Betracht gezogen
werden, wobei dann dieser gesamte Meßbereich nachgeführt wird. Insbesondere für nichtlineare
Potentiometer ist dieses Verfahren wenig geeignet.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das im oben angegebenen Stand der Technik
bekannte Verfahren so zu verbessern, daß bei hoher Genauigkeit und schneller Adaption,
auch bei irregulären Betriebsbedingungen und großen Winkeldifferenzen, ein Extremwert
isoliert adaptiert werden kann, ohne daß der entgegengesetzt liegende Extremwert einen
Einfluß ausüben könnte.
Vorteile der Erfindung
[0005] Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs
löst diese Aufgabe und hat den Vorteil, daß durch eine sehr geringe Hysterese und
sichere Erkennung der Leerlaufposition eine exakte Einstellung und Erkennung dieser
Position gewährleistet ist.
[0006] Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen
und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.
Zeichnung
[0007] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der
nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Übersichtsdarstellung
einer elektronisch gesteuerten Einspritzanlage, bei der als wichtigste Betriebskenngrößen
die Drosselklappenposition und die Drehzahl verarbeitet werden, Figur 2 als Ausführungsbeispiel
der Erfindung ein Flußdiagramm, Figur 3 verschiedene Beispiele einer irregulären Verschiebung
der Leerlaufposition und deren Korrektur und Figur 4 ein Flußdiagramm zur Erläuterung
der Wirkungsweise der Leerlauferkennung.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
[0008] Figur 1 offenbart die Grundstruktur einer elektrisch gesteuerten und vorzugsweise
intermittierend arbeitenden Kraftstoffeinspritzanlage, ausgehend von Signalen der
Drehzahl und des Drosselklappenstellungswinkels. Eine derartige Anordnung ist z.B.
aus der bereits eingangs erwähnten DE-OS 24 42 373 bekannt.
[0009] Eine Brennkraftmaschine 10 erhält Ansaugluft über ein Ansaugrohr 11 mit einer Drosselklappe
12 und besitzt . eine Abgasleitung 13. Ein Drehzahlsensor 14 erfaßt die Augenblicksdrehzahl
der Kurbelwelle und bestimmt zusammen mit der Position α der Drosselklappe 12 ein
Einspritzsignal t
p für ein dem Ansaugrohr 11 zugeordnetes Einspritzventil 15. In ein Steuergerät 16
für die elektronische Kraftstoffeinspritzung werden in der Regel außer der Drehzahl
und der Drosselklappenposition noch weitere Betriebskenngrößen, wie z.B. die Temperatur
und der Lambda-Wert eingespeist. Dies ist mit weiteren Eingängen des Steuergeräts
16 angedeutet.
[0010] Die PositionoC der Drosselklappe 12 wird dabei über ein Potentiometer 17 erfaßt und
als Meßwert M dem Steuergerät 16 zugeführt. Über der gesamten Schleiferbahn des Potentiometers
17 fällt dabei die Betriebsspannung des Potentiometers von z.B. 5 Volt ab. Unterteilt
man die Schleiferbahn in Inkremente, dann ergeben sich im Falle von 8 Bit über der
gesamten Schleiferbahn 256 Inkremente. Da der mechanische Verstellbereich der Drosselklappe
12 innerhalb des Verstellbereichs des Potentiometers liegen muß, ergibt sich für den
mechanischen Drosselklappenanschlag A (Leerlaufposition) ein bestimmtes Datenwort,
das einer sehr kleinen Spannung, bzw. einer geringen Anzahl von Inkremten entspricht.
In Figur 3 entspricht der mechanische Anschlag A neun Inkrementen. Durch mechanische
Verschiebung des Potentiometers relativ zur Drosselklappe, durch Alterung, durch Abnutzung
der Anschläge und durch weitere Fehlereinflußgrößen kann sich die Leerlaufposition
der Drosselklappe verschieben. Durch ständige Adaption soll auf rein elektronische
Weise immer die exakte Leerlaufposition erkannt werden können.
[0011] Die Wirkungsweise der Adaption soll im folgenden anhand der Figuren 2 und 3 erläutert
werden. Der Start 20 des Adaptionsverfahrens erfolgt nach Einschalten der Versorgungsspannung
(z.B. Zündschloß), nach erfolgtem Start der Brennkraftmaschine und nachdem die Motortemperatur
eine bestimmte Schwelle überschritten hat. Dies stellt den Beginn eines Betriebszyklus
dar, der durch Abschaltung der Brennkraftmaschine bzw. der Versorgungsspannung beendet
wird. Danach erfolgt eine Initialisierung 21, bei der vier Speicherzellen bzv. Register
F, H, G und I auf den Wert 0 gesetzt werden. Schließlich wird im Verfahrensschritt
22 der gespeicherte Wert der Leerlaufposition S
LL um ein Inkrement erhöht. Jetzt erfolgt der Abfrageschritt 23, mit dem festgestellt
wird, ob der im Augenblick vorliegende Meßwert M größer als der gespeicherte Leerlaufwert
SLL ist.
[0012] Trifft diese Bedingung zu, so wird im Abfrageschritt 24 geprüft, ob dieser Meßwert
M außerhalb.eines Teilkorrekturbereichs liegt, der durch den Wert S
LL einerseits und S
LL+2 andererseits begrenzt wird. Trifft dies zu, ist also die Bedingung M > S
LL+2 erfüllt, so wird im Schritt 25 das Register F auf den Wert 1 gesetzt und nach einer
Verzögerungszeit von 10 ms in einer Programmschleife wieder zum Abfrageschritt 23
zurückgekehrt. Der Takt für die Abfrage des Meßwerts M wird im Verfahrensschritt 26
vorgegeben. Die Schleife 23 bis 26 wird nun solange durchlaufen, bis der Meßwert M
in den Korrekturbereich fällt.
[0013] Ist somit die Bedingung des Abfrageschritts 24 nicht mehr erfüllt, so wird im Abfrageschritt
27 geprüft, ob der Registerwert des Registers H > 2 ist. Zu diesem Zeitpunkt ist diese
Bedingung nicht erfüllt, so daß nunmehr im Abfrageschritt 28 geprüft wird, ob das
Register F den Wert 1 aufweist, was jetzt zutrifft. Nun wird im Abfrageschritt 29
geprüft, ob der Meßwert M bereits zuvor schon einmal aufgetreten ist (M
i = M
i-1). Da dies nicht der Fall ist, wird das Register H im Schritt 30 auf den Wert 0 gesetzt
- der Wert 0 liegt zu diesem Zeitpunkt ohnehin vor - und zum Abfrageschritt 23 nach
der vorgegebenen Taktzeit zurückgekehrt. Nun erfolgt ein erneuter Durchlauf der Schritte
23, 24, 27, 28 und 29, sofern die entsprechenden Bedingungen noch vorliegen. Im Abfrageschritt
29 wird jetzt festgestellt, daß der Meßwert M schon einmal auftrat, so daß jetzt im
Verfahrensschritt 31 das Register H um den Wert 1 inkrementiert wird. Danach wird
im Verfahrensschritt 32 das Register F auf den Wert 0 gesetzt und nach der vorgesehenen
Taktzeit zum Abfrageschritt 23 zurückgekehrt.
[0014] Liegt der gleiche Meßwert M jetzt immer noch vor., so werden die Schritte 24, 27,
28 durchlaufen, wobei im Abfrageschritt 28 festgestellt wird, daß das Register F nicht
mehr den Wert 1 aufweist, so daß über die Verfahrensschritte 32 und 26 zum Abfrageschritt
23 zurückgekehrt wird. Solange sich der Meßwert M nicht ändert, wird die beschriebene
Schleife ohne Änderungen durchlaufen, bis der Meßwert M über den Wert S
LL+2 ansteigt (Abfrageschritt 24) wodurch im Verfahrensschritt 25 das Register F wieder
auf den Wert 1 gesetzt wird. Nunmehr wird diese Schleife 23, 24, 25, 26 solange durchlaufen,
bis der Meßwert M die Bedingung des Abfrageschritts 24 nicht mehr erfüllt.
[0015] Zur weiteren Inkrementierung des Registers H im Verfahrensschritt 31 ist es erforderlich,
daß die Bedingung des Abfrageschritts 29 erfüllt ist, daß also der erfaßte Meßwert
M bereits vorher identisch erfaßt wurde. In diesem Fall kann das Register H um 1 auf
nunmehr den Wert 2 inkrementiert werden.
[0016] Um die Bedingung des Abfrageschritts 27 (H > 2) zu erfüllen, ist es somit erforderlich,
daß nacheinander die Schleife 1 (23, 24, 25, 26), die Schleife 2 (23, 24, 27, 28,
29, 30, 26), die Schleife 3 (23, 24, 27, 28, 29, 31, 32, 26) und danach nochmals im
doppelten Wechselspiel die Schleife 1 und die Schleife 3 durchlaufen werden. Wenn
also mit anderen Worten der Meßwert M viermal identisch nachgewiesen wird, wobei zuletzt
dreimal jeweils.dazwischen mindestes ein Meßwert auftreten muß, der die Abfragebedingung
24 erfüllt, dann wird im Verfahrensschritt 33 dieser Meßwert M als neuer Leerlaufwert
S
LL gespeichert. Da danach im Verfahrensschritt 30 das Register H wieder auf den Wert
0 gesetzt wird, muß der gesamte Verfahrensablauf wiederholt werden, um den Wert S
LL erneut zu verändern. Es wird dabei von der Überlegung ausgegangen, daß ein Meßwert,
der mehrmals in identischer Weise in der Nähe des gespeicherten Leerlaufwerts auftritt,
der tatsächliche Leerlaufwert sein muß.
[0017] Wird beim Abfrageschritt 23 festgestellt, daß der Meßwert M kleiner als der gespeicherte
Leerlaufwert 8LL ist, so kann hieraus sofort geschlossen werden, daß dieser Meßwert
M dem tatsächlichen Leerlaufwert zumindest näher kommt, als dies der gespeicherte
Leerlaufwert tut. Die Abfrage, ob sich dieser Meßwert in der Nähe des gespeicherten
Leerlaufwerts befindet, ist daher überflüssig. Im Abfrageschritt 34 wird daher sofort
geprüft, ob der Speicherinhalt des Registers G > 2 ist, was zu diesem Zeitpunkt nicht
zutrifft. Im Abfrageschritt 35 wird danach festgestellt, daß der erfaßte Meßwert M
zuvor noch nicht aufgetreten ist, so daß über die Verfahrensschritte 36, 37 die Register
G und I auf den Wert 0 bzw. den Wert 1 gesetzt werden und über den Verfahrensschritt
26 wieder zum Abfrageschritt 23 zurückgekehrt wird. Im nächsten Durchlauf wird nach
den Abfrageschritten 23, 34, 35, im Verfahrensschritt 38 das Register G inkrementiert,
da jetzt im Abfrageschritt 35 festgestellt wurde, daß der Meßwert M bereits schon
einmal aufgetreten ist. Die Schleife 23, 34, 35, 38, 26 wird nun solange durchlaufen,
bis das Register G den Wert 3 erreicht, immer vorausgesetzt, der Meßwert M bleibt
in identischer Weise erhalten. Jetzt wird im Verfahrensschritt 39 dieser mehrmals
aufgetretene Meßwert M als neuer Leerlaufwert S
LL gespeichert und danach das Register G wieder auf den Wert 0 und das Register I wieder
auf den Wert 1 gesetzt.
[0018] In Figur 3 soll der Meßwert dem Leerlaufanschlagwert A entsprechen. Der gespeicherte
Leerlaufwert ist jeweils doppelt schraffiert dargestellt, während die beiden rechts
daran anschließenden Inkremente, die einfach schraffiert dargestellt sind, den rechts
vom Leerlaufwert befindlichen Teil des Korrekturbereichs darstellen.
[0019] In Zeile a entspricht der gespeicherte Leerlaufwert dem Wert 5. In diesem Betriebszyklus
kann somit lediglich die Schleife 23, 24, 25, 26 durchlaufen werden. Im darauffolgenden
Betriebszyklus erhöht sich zwar der gespeicherte Leerlaufwert im Verfahrensschritt
22 um ein Inkrement (Zeile b), jedoch wird auch jetzt wiederum die Schleife 23, 24,
25, 26 durchlaufen.
[0020] In dem in Spalte c dargestellten dritten Betriebszyklus ist die Bedingung 24 nicht
mehr erfüllt, d.h., der Meßwert befindet sich jetzt im Korrekturbereich. Tritt nunmehr
- wie beschrieben - ein gleicher Meßwert M viermal in identischer Weise auf, dann
wird dieser Meßwert als neuer Leerlaufwert S
LL im gleichen Betriebszyklus gespeichert, wie dies in Spalte d dargestellt ist. Im
darauffolgenden vierten Betriebszyklus wird zunächst wiederum der neue Leerlaufwert
im Verfahrensschritt 22 inkrementiert, wie dies in Spalte e dargestellt ist. Im Abfrageschritt
23 wird jetzt festgestellt, daß der Meßwert kleiner als der gespeicherte Leerlaufwert
ist, so daß gemäß obigen Ausführungen nach viermaligem identischen Auftreten dieser
Meßwert als neuer Leerlaufwert gespeichert wird, wie dies in Spalte f dargestellt
ist.
[0021] Wie die Spalten g und h zeigen, wird bei Unterschreitung des gespeicherten Leerlaufwerts
durch den Meßwert im gleichen Betriebszyklus noch eine neue Festlegung des gespeicherten
Leerlaufverts vorgenommen, unabhängig wie groß die Abweichung vom bisherigen Leerlaufwert
ist.
[0022] Als Alternative zum Verfahrensschritt 22 kann zu Beginn eines Betriebszyklus der
gespeicherte Leerlaufwert statt um ein Inkrement um eine Anzahl von Inkrementen erhöht
werden, die der maximal möglichen Leerlaufstellung der Drosselklappe während des Aufwärmens
der Brennkraftmaschine entsprechen. Diese Anzahl von Inkrementen entspricht dabei
beispielsweise einer Winkelstellung von 20°. In diesem Fall entfällt natürlich die
Motortemperatur als Startbedingung im Verfahrensschritt 20. Zu Beginn des Warmlaufs
stellt sich der Drosselklappenvinkel auf einen hohen Leerlaufwert ein, der dann mittels
der Verfahrensschritte 34 bis 39 erfaßt und eingespeichert wird. Wenn dann mit zunehmender
Motortemperatur der Leerlaufvinkel langsam bis zum Anschlag zurückgeht, folgt der
gespeicherte Leerlaufwert durch ständige Adaption diesem sich verändernden Wert. Für
die Leerlauferkennung sollte dabei mindestens ein erfolgreich abgeschlossener Adaptionsvorgang
abgewartet werden.
[0023] In Figur 4 ist die logische Entscheidung im Steuergerät 16 erläutert, ob die Leerlaufstellung
vorliegt oder nicht. Dazu wird im Abfrageschritt 40 abgefragt, ob der augenblicklich
vorliegende Meßwert M kleiner als der um drei Inkremente erhöhte gespeicherte Leerlaufwert
S
LL ist, also ob der Meßwert innerhalb eines schraffierten Bereichs gemäß Figur 3 liegt.
Trifft dies nicht zu, so wird im Verfahrensschritt 41 keine Leerlaufstellung erkannt.
Trifft die Bedingungen dagegen zu, so wird im Abfrageschritt 42 geprüft, ob das Register
I den Wert 1 beinhaltet. Dies ist nur dann der Fall, wenn wenigstens ein Meßwert zuvor
erkannt wurde, der unterhalb dem Leerlaufwert S
LL liegt (siehe Verfahrensschritte 35 und 37). Dieser Abfrageschritt 42 ist zur sicheren
Erkennung des Leerlaufs erforderlich, wenn im Verfahrensschritt 22 zu Beginn eines
Betriebszyklus eine Erhöhung des gespeicherten Leerlaufwerts S
LL um einen großen Betrag erfolgt ist, der über der Leerlaufstellung während des Warmlaufs
liegt. Wurde dagegen gemäß Figur 2 der gespeicherte Leerlauf S
LL nur um ein Inkrement erhöht, so kann der Abfrageschritt 42 entfallen. Im Verfahrensschritt
43 erfolgt dann bei Vorliegen der Bedingung des Abfrageschritts 40 und gegebenenfalls
des Abfrageschritts 42 die Erkennung der Leerlaufstellung.
[0024] Sofern durch die Meßwerte der Drosselklappenstellung im Steuergerät 16 die Werte
einer Kennlinie oder eines Kennfeldes angewählt werden, beispielsweise zur Festlegung
der Einspritzzeit, so muß nach einer Adaption, also nach einer Verschiebung der Leerlaufstellung
gegenüber dem ursprünglich eingegebenen Wert natürlich auch eine entsprechende Verschiebung
der Kennlinie bzw. des Kennfeldes erfolgen. Der jeweils neu festgelegte und gespeicherte
Leerlaufwert wird in einem nichtflüchtigen bzw. gepufferten Speicher festgehalten
und steht bei einem erneuten Start der Brennkraftmaschine wieder sofort zur Verfügung.
[0025] Selbstverständlich ist das beschriebene Verfahren nicht auf die Erfassung der Leerlaufposition
einer Drosselklappe beschränkt, sondern ist prinzipiell zur Erfassung einer Endstellung
eines beliebigen beweglichen Teils geeignet, das sowohl lineare, wie auch nichtlineare
Bewegungen ausführen kann. Des weiteren ist die Erfindung nicht nur auf die Erfassung
einer Anfangsposition eines solchen beweglichen Teils beschränkt, sondern kann auch
zur Erfassung der Endposition, bzw. jeder Extremvertposition verwendet werden. Schließlich
sind prinzipiell neben Potentiometern auch andere Positionserfassungsorgane, wie z.B.
optische, induktive und kapazitive Systeme verwendbar.
[0026] Liegt beim ersten Betriebsbeginn noch kein gespeicherter Extremwert vor oder trat
eine Störung oder Löschung dieses Extremwerts ein, so kann vorzugsweise eine Initialisierungsadaption
vorgesehen werden, die beispielsweise dadurch eingeleitet wird, daß ein bestimmter
Steuergeräte-Pin an Masse gelegt wird. Dadurch kann das Steuergerät erkennen, daß
eine Initialisierungsadaption vorgenommen werden soll. Während dieser Betriebsart
wird der jeweils auftretende kleinste Meßwert als Leerlaufwert interpretiert. Die
Adaption unterliegt dabei außer einer Plausibilitätsprüfung keiner stationären oder
dynamischen Beschränkung. Die Plausibilitätsprüfung kann beispielsweise darin bestehen,
ob die erfaßten Meßwerte innerhalb eines Bereichs liegen, der überhaupt als Extremwertposition
in Frage kommt.
1. Verfahren zur Erfassung einer Extremvertposition eines beweglichen Teils durch
ein Positionserfassungsorgan, insbesondere zur Erfassung der Leerlaufposition der
Drosselklappe einer Brennkraftmaschine, wobei ein der Extremwertposition entsprechender
gespeicherter Wert (Extremwert) bei Erfassung abweichender gemessener Werte korrigiert
wird und wobei der Bewegungsbereich des beweglichen Teils innerhalb des durch das
Positionserfassungsorgan, erfaßbaren Bereichs liegt, dadurch gekennzeichnet, daß ein
Korrekturbereich um den Extremwert definiert wird,' daß nach Erfassung einer festgelegten
Anzahl identischer Meßwerte in diesem Korrekturbereich während eines Betriebszyklus
ein solcher Meßwert als neuer Extremwert gespeichert wird und daß der gespeicherte
Extremwert zyklisch um einen vorgegebenen Wert von der äußeren Position veg verändert
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturbereich von
der äußersten, durch das Positionserfassungsorgan (17) erfaßbaren Position über den
gespeicherten Extremwert bis zu einer festgelegten Zahl von Inkrementen hinter diesem
Extremwert reicht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einem
Teil des Korrekturbereichs, vorzugsweise dem der äußersten Position abgewandten Teil
ab dem gespeicherten Extremwert, identische Meßwerte nur dann erfaßt werden, wenn
jeweils dazwischen Meßwerte außerhalb des.Korrekturbereichs erfaßt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zyklische Veränderung
des gespeicherten Extremwerts vor jedem Betriebszyklus erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung jeweils
ein Inkrement beträgt.
6. Verfahren nach Anspruch 4 zur Erfassung der Stellung der Drosselklappe einer Brennkraftmaschine,
dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung jeweils eine einem Winkel entsprechende
Anzahl von Inkrementen beträgt, der wenigstens dem in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine
erforderlichen Leerlauf-Drosselklappenwinkel entspricht.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
durch ein Schaltsignal eine Initialisierungsadaption einschaltbar ist, während der
der jeweils kleinste auftretende Meßwert als Extremwert interpretiert und gespeichert
wird.