专利名称：内燃机怠速调节方法及装置的制作方法
如果一台内燃机长时地在全负荷工况内工作，然后制动至怠速，则当怠速转速rpm(其通常受到调节)保持不变时就会产生发动机过热之问题。由于随之而出现的油温升高，因此尤其会发生油压过低，从而不能保证对发动机进行足够的润滑。
为了防止上述的及相似的不希望的情况，美国专利4,345,557公开了一种根据怠速转速控制对内燃机进行怠速调节的方法并且根据发动机冷却剂温度输入这种控制的理想数值，即转速rpm在高于预定的发动机或冷却剂温度的所谓升温怠速状态下增加。此时冷却作用扩大。
美国专利5,002,026公开了在正常工况下油温对怠速调节之作用。为了避免在设置油温传感器上的花费，油温是从其它变量中确定的。为了这一目的，需要确定时间段，在该时间段期间，冷却剂温度等于或大于临界温度。油温的数值大小是由该时间段与油温之间的预先给出关系而确定的，并且怠速转速作相应调整。然而该专利中并未公开与所述的升温怠速相结合的方法或措施确定油压大幅度地下降。
出于上述原因，本发明的目的在于提供一种当所谓的升温怠速工作状态发生时并且将产生危险性的低的油压时可以增加怠速转速的方法及装置。
利用本发明的方法及装置可满意控制热怠速工况。因此，本发明的方法及装置使得当油压下降至产生危险时可以增加怠速转速。当油温阈值被超过时，本发明特别是允许检测降低至将产生危险的程度的油压。这些都是在没有采用油温传感器的条件下完成的。
发动机在高转速或高负荷下工作用于增加油温是基本的。在这种情况下，高于油温阈值的增值可较好地根据由转速和发动机负荷形成的时间段估算出来，如果需要，可由发动机温度和/或进气温度形成的时间段估算出来。
在确定这个时间段时最好是使用该时间作为发动机超过极限转速的转速或极限负荷工作的时间。将该时间考虑为发动机以低于极限转速的转速或极限负荷而工作的时间也是非常有益的。
考虑到发动机的负荷状况，最好是所有在实际中发生的工况都由本发明可靠地覆盖住。这些工况包括山地驱动、拖挂工况等。
下面参照附图对本发明作出详细说明，其中
图1是本发明的装置的一个实施例之电路方框图；图2是与图1相关的流程图，并且示出本发明之方法的实施例按计算机程序的各步骤；图3示出本发明之装置的另一实施例；图4结合流程图表示本发明第二个实施例的方法；图5示出本发明之装置的第三实施例；图6结合流程图示出本发明之方法的第三实施例。
图1示出一控制单元10，该单元起触发作用(未示出)，比如燃油计量和点火调节以及用于调节至少是供给发动机的怠速空气的触发元件14。这一触发经输出线12及其它为了清楚起见而没有示出的输出线而产生。该控制单元10经输入线16至18分别连接到测量装置20至22上，以便检测发动机和/或机动车的工作变量。该控制单元10还经输入线24连接到一测量装置26上，用以检测发动机温度(冷却水温度)，并且该单元10经线28连接到测量装置30上，用以检测进气温度。该控制单元10还经线32连接到测量装置34上，用以检测发动机转速。
输入线路16至18通至理想值形成单元36，该单元36具有一与开关40相连的输出线38。
在优选实施例中，线路24、28及32中至少一条也是连接到理想值形成单元36的。线路42从开关40引向控制器44，发动机转速rpm经线路46供给该控制器44。线路12是该控制器44的输出线。线路24一方面引向阈值级48；另一方面又引向另一阈值级50。线路28也是一方面引向阈值级52而在另一方面又引向阈值级54。线路32引向阈值级56及阈值级58。阈值级56的输出线路132引接至或门130上，该或门130具有一依次引接至计数器64的增量输入端62上的输出线路60。
以上述同样的方式，阈值级58的输出线路138引接至或门136上，该或门带有引接至计数器64的减量输入端68上的输出线路66。计数器64的输出线路70一方面引接至阈值级72上而另一方面引接至另一阈值级74上。
阈值级52的输出线76，阈值级48的输出线78及阈值级72的输出线80全都引接至一个逻辑与门82上，该与门82具有一与起触发作用的元件88的置“1”输入端86相连的输出线84。
阈值级50的输出线路90，阈值级54的输出线92及阈值74的输出线94全都引接至一个逻辑或门96上，该或门96带有一个引接至元件88的清零输入端100上的输出线路98。该元件88的输出线路102引接至开关40上。在该开关之第二位置(图中虚线所示)，该开关40将线路42与线路104相连。线路104从储存器106处引出，该储存器106用于储存在升温怠速状态期间的理想怠速转速(rpm)Ndeshot。
此外，线路108从线路70引出接至储存器单元110，在该储存单元中，计数器64的输出值在预定的时间点(由开关112标明)上储存。当开关在点火位置时，该永久储存的值经线路114输送至计数器64。
另外，设置有用于检测发动机负荷量的测量装置120。该测量装置可以是一个检测供给内燃机的空气质量或空气量，进气系统中的进气压力或节气门位置的测量元件。此外，以有利的方式，该负荷信号(基本喷射时间)TL的检测的设置能代替该测量装置120。该负荷信号依赖于发动机转速及上述变量中至少一个形成于控制单元10中。线路122将测量装置120连接至第一阈值级124及第二阈值级126上。阈值级124的输出线路128引接至或门130上，阈值级126的输出线路134引接至或门136上。
在图1所示的控制装置的正常工作状况下，理想值形成单元36依赖于供给它的工作变量构成怠速转速(rpm)的理想值Ndes。这些变量比如为变速器位置、蓄电池电压等，以及诸如发动机转速，冷却水温及进气温度这样的工作参数。怠速转速理想值Ndes是由控制器单元利用由启动定位装置14与实际转速比较来进行调节。例如，该控制器可是一个PID控制器。在所谓的升温怠速状态时，开关40在下述条件下切换到图中虚线所示位置并且根据为这一工作状态而提供的理想值调节怠速转速。
当油压下降至低值而带来危险时，则在升温怠速期间将开关转换更高的理想值位置。该更高的理想值在数值上比正常工作状态的转速理想值更大。在机油温度高于阈值的增量被计算出之时，机油压力下降带来的危险可检测到。
在图1所示的第一实施例中，当发动机以一个高于极限转速的转速和/或在更高的负荷状态(高于极限值的负荷测量值)下并且在发动机温度及(如果需要)进气温度高于预定极限值的条件下工作一预定时间时，然后形成转换信号。在最佳实施例中，发动机以低于极限转速和/或低于负荷极限值而工作的时间也作了考虑并且作为另一个依据对机油采取了冷却。
当电流供给(所谓的原始启动)切断后，当控制装置10开始投入使用时计数器64置于初始状态并且最好置为零值。该计数器的计数值在规定的时间间隔内(例如10秒)，当发动机实际转速超过在阈值级56中预定的极限值(例如为4,800rpm)时增加1。当发动机的实际转速低于在阈值级58中预定的极限值时，该计数器64的计数值在规定的时间间隔内(例如10秒)减1。该极限值最好与在阈值级56中预定的极限值完全相同。同时，负荷极限值在阈值级124和126中预先设置，例如该极限值为最大负荷(100％)的70％。如果负荷超过这一阈值，那么计数器64在预定的时间间隔内同样地递增，如果发动机负荷下降低于这极限值，则计数器64递减。按这种方式形成的计数值Z经线路70发送并在预定的时间点上永久地储存在储存器元件110中。对于内燃机的正常启动，永久存储在存储元件110中的计数值被加载到计数器64上。因此，储存的计数值总是开始点。
该计数值Z是根据发动机转速和发动机负荷对持续时间的量度。该持续时间取决于发动机之转速和/或负荷超过预定阈值的时间减小至发动机在极限值以下工作的时间。该持续时间定义了发动机以高负荷和/或高转速工作的时间的长度。在本申请内容里，应注意到该计数器值限制为最小值和最大值。
冷却水温度值Tmot’进气温度TANS及计数器值Z供给阈值级48、52及72并与预定的阈值比较。当特定的阈值被超过时，相应的信号通过线路76、78及80发送出去。如果三个工作变量都超过特定的预定阈值，那么逻辑与门82产生相应的信号通过线路84，该信号使元件88置1。相应地，元件88改变它在线路102上的输出信号电平并且引接至开关40的转换位置上。因此，当发动机温度及空气进气温度超过预定的阈值以及当转速rpm和/或负荷高于阈值达到一特定时间间隔，升温怠速的工作状态被检测出来，否则，将持续时间(在该时间内转速和/或负荷高于极限值)与阈值比较，该阈值取决于与时间有关的转速及负载的历史。例如，在一实施例中极限值为转速4800转/分，发动机温度为100℃，进气温度为60℃以及发动机负荷为70％。例如极限计数值在发动机连续以高转速或高负荷工作15分钟后达到，但当发动机以高转速和高负荷工作时，7.5分钟后即达到极限计数值。
应该提到，升温怠速的工作状态只能设置于起动阶段以外。为了提供限定的起动点，元件88在每次发动机起动时都清零。
如果冷却水温度，进气温度及计数器值这些工作变量下降到低于在阈值级50、54和74中预定的阈值，那么各自的阈值级在线路90、92和94上产生一信号电平。然后逻辑或门96在线路98上产生一输出信号。该输出信号引接至元件88的清零端并且当至少一个上述相同的工作变量下降到低于预定的阈值时使开关40转向实线所示位置然后可认为升温怠速工作状态结束。
在本领域内有经验的技术人员借助于其它的开关装置能实现图1所示实施例，并且能获得理想的功能。此外，按优选的方式，当转速和负荷下降低于极限值或上升超过极限值时，另外的实施例只需使这种增加或减少发生一次即可，而这一点与上述实施例不同，在上述实施例中这种增加或减少要发生两次。
图2示出了本发明的方法的一个实施例在计算机程序方面的流程图。流程图中所示的子程序在预定的时间点(例如每10秒)调用一次。当如图2所示的子程序起动后，在第一步骤200中相对于标识作出询问是否具备初始起动条件。如果具备起动条件，那么计数值Z根据步骤202置0。如果初始起动条件不具备，那么将储存的计数值Z在步骤201中装入。步骤201或202后，冷却水温度Tmot’发动机转速(rpm)Nact，进气温度TANS以及表示负荷的测量值LOAD在步骤204中读入。在下一个询问步骤206中作出询问是否实际发动机转速已超过了预定的阈值NO。如果超过了则在步骤208中计数器增加，即计数器加1，并且如果必要，在下一步骤210中，该计数字限制为其最大值Zmax。如果发动机转速等于或小于预定的阈值NO，则在步骤212中，该计数器值减少，也即计数值Z减1，并且在下一步骤214中，计数值Z限制为最小值Zmin(如果必要)。
之后，在询问步骤230中，检查负荷的测量值是否超过预定的极限值LOAD0。如果超过，则在步骤232中，计数值Z加1，并且如果需要，该计数值限定为其最大值。
在相反的情况中，计数在步骤234中减1并当需要被限制到其最小值。因此，在询问步骤216中，检查冷却水温是否超过阈值Tmot0，进气温度是否超过阈值TANSO及计数值是否大于计数阈值Z0，如果所有这些条件都同时得到满足，则在步骤218中，设置一个升温怠速工作状态的标记。在怠速转速控制程序中，导致发生这样的情况，即怠速转速理想值Ndcs由为这一工作状态而预定的理想值Ndcshot取代。
步骤218之后，计数值被永久地储存在步骤220中，然后该子程序结束。如果在步骤216中作出判断三个条件没有同时满足，则在步骤222中作出询问，询问冷却水温Tmot是否小于阈值(Tmot0-Δ1)或进气温度是否小于临界温度(TANSO-Δ2)或计数值Z是否小于预定的阈值(Z0-Δ3)。如果不是，则在内燃机之实际工作状态中没有任何改变，则程序可以继续作220步骤并且储存计数值Z。如果在步骤220中询问的条件之一得到满足，则在步骤224中检测升温怠速的工作状态的变动或怠速控制的正常工作状态，并且该升温怠速标记相应作改变或保持到当时为止所具有的值。这就导致怠速控制程序处于这样的情况，即怠速转速理想值Ndcs构成控制的基础。该怠速转速理想值Ndes取决于工作变量。步骤224后，计数值被储存起来而子程序结束。
根据这一实施例，随着达到或离开升温怠速工作状态，根据发动机转速、负荷、发动机温度及进气温度对升温怠速的工作状态作出检测。当发动机温度和进气温度及持续时间(在该持续时间转速和/或负荷高于预定极限值)每个都超过预定阈值时升温怠速工作状态出现。在每种情况中，该持续时间也被认为是转速和/或负荷高于这些变量的极限值的时间。当发动机温度或进气温度或该持续时间低于预定的阈值时，不对升温怠速工作状态作出检测或视为离开升温怠速工作状态。
另一最佳实施例中，图1中由虚线圈起的部分(级56、58、124和126及或门130和136)由图3中所示的方案替代。
根据图3，设置一元件140，测量装置34测得的转速经线路32供给该元件140，并且由测量装置120经线路122对发动机负荷作出测量也供给元件140。该元件140包括一条转速—负荷极限特性曲线或者是极限特性表，比如负荷极限值作为转速的函数的特性或转速极限值作为负荷的函数的特性。从元件140的输出线路60接到计数器64的增1输入端62上；而线路66接到减1输入端68上。当特性曲线值或表值被供给的测量值超过时，计数器64增1，而当供给的测量值下降低于特性线值特性表值时，计数器64减1。
在元件140中，负荷极限值根据供给的测量值而指定给测得的转速(rpm)并且该负荷极限值与读入的发动机实际负荷比较。当极限值被超过时，计数器增1，当低于极限值时，计数器减1。另外，极限转速(rpm)值能根据负荷测量信号从特性曲线读出。当该极限转速值被超过时，计数器增1，当低于该极限值时，计数器64减1。在该实施例中计数值Z表示内燃机在高转速或在高负荷的工作点处工作的持续时间。发动机以具有低转速或低负荷的工作点工作的持续时间考虑为减法。
图4所示的流程图对应于图3所示的变换实施例。图2已示出了步骤并标有相同的标号在此不再赘述。
在图4之实施例中，步骤206及230至234能被取代，所以不检查单个的极限值，而是提供一极限特性曲线，并且当该极限特性线被超过或有一下降低于它时，计数器64递增或递减。为此在步骤204之后，基于测量的变量rpm(发动机转速)Nact和负荷LOAD，负荷极限值LOAD0在步骤300中从预定的特性曲线中读出。在下个询问步骤302中，从特性曲线中读出的该负荷极限值与负荷测量的变量LOAD比较。如果负荷测量变量超过该极限值，则根据步骤208计数器递增，如果负荷测量变量下降到低于负荷极限值，则根据步骤212，计数器递减。代替依据负荷值在步骤302中作出比较，而是提供另一优选实施例依据转速值作出比较。那么，根据实际转速和负荷测量变量，在步骤300中将转速极限值NO读出，并且该值形成在步骤302中比较的基础。如果实际转速超过该极限值，计数器递增，如果降低到低于该极限值，则计数器递减。
还在该实施例中，当发动机温度、进气温度及持续时间(它取决于发动机转速与负荷)超过预定极限值时对升温怠速作出检测。
图5和6示出本发明具有更进一步的优点的实施例。在图5中，总体电路方框图表示出图1虚线所圈部分的另一种替代结构。其中设置一后续计数器400，线路402及404连接至该计数器上，线路402从线路132上引出，而线路404从线路66引出。计数器400的输出线路406引接其具有一输出线路410的阈值级408上，经该输出线路410第一开关412和第二开关414驱动。该第一开关412连接至线路128中，该线路128为阈值级124的输出线路并且引接到一或门416上。线路132引接至或门416上并且该或门的输出线由参考号60标明。该第二开关414接至线路134上，该线路134为阈值级126的输出线路并且引接至一与门418上。线路138是与门418的第二输入线，其具有一线66作为其输出线。
当发动机转速已超过极限转速一预定时间时，其它的元件对发动机负荷对机油温度或机油压力的影响独立于发动机转速之外作出了考虑。当负荷阈值被超过(或门416)时，计数器64递增；而只在在两个阈值都被超过(与门418)时，计数器才递减。如果发动机转速超过元件56中预定的阈值，则一方面计数器64递增并且在另一方面计数器400也递增。如果计数器400的计数值达到在阈值级408中预定的极限值，则开关412和414由线路410产生的相应信号闭合并且考虑了负荷的影响。按这种方式，当负荷阈值在阈值级214中由负荷测量值超过时引起计数器64计数递增。这一增量是与转速特性无关的。如果负荷测量值下降到低于在阈值级126中预定的极限值时，则负荷测量值供给与门418。如果在此同时，发动机转速下降到低于元件58中预定的极限值，则相应的信号提供到导致计数器400的递减及计数器64的递减的线路66上。计数器400的阈值小于计数器64的阈值。
图6示出依计算机程序而表示的本发明的方法的另一个实施例的流程图。在步骤204后，在步骤500中作出询问是否第二计数值T达到其最大值Tmax。如果没有达到，则根据步骤206，发动机实际转速与预定的阈值NO比较，并且当实际发动机转速小于阈值时，计数器64按步骤212减1。如果实际转速超过阈值NO，则计数器T按步骤502增1，并且计数器64在下一步骤208中增1。如果计数值T在步骤500已达到其最大值，则在步骤504中作出询问，是否发动机转速已超过阈值NO或者是否负荷测量值已超过临界负荷值LOAD0。如果超过了，则按步骤208，计数值Z增1，如果上述回答是否定的(也即两个条件都不满足)，则计数值T在步骤506中减1并且计数值Z在步骤212减1。本实施例的其它进一步的后继功能如参见图2所作出的描述的一样。
因此，在该实施例中，描述了当发动机转速超过极限转速一预定时间时的解决方案。此外，负荷的影响是这样考虑的，即当超过负荷阈值时，计数值Z增1，而与超过转速阈值无关。而计数器减1只有在负荷和转速两者都下降到低于负荷阈值和转速阈值时才发生。
在每种情况中，最好是只在离开升温怠速工作状态后的下一个怠速循环中调节怠速转速理想值Ndes，所以在怠速循环中驾驶人员注意不到转速之变化。
此外，最好在每种情况下相互独立地确定计数器24的递增速度和递减速度。在一最佳实施例中，例如递减速度大于递增速度。
在最佳实施例中，还引入了计数器递增和递减之间的滞后效应。为这个目的，转速和负荷的极限值或用于判断超过及低于它的极限特性曲线设置为不同的值。按这一方式，递增和递减之间来回频繁转换得到了避免。作为一个原则，用于判断超过的极限值在量上选择得大于用于判断低于的极限值。
此外，在最佳实施例中，没有必要考虑发动机的温度和/或进气温度。
应该懂得上述说明是对本发明的优选实施例作出的，并且在不脱离本发明之精神实质及所附权利要求所限定的保护范围之情况下所作出各种改变及修改，但均属本发明之保护范围。
权利要求
1.一种内燃机怠速调节的方法，该方法包括以下步骤当发动机变热时增加发动机怠速速度；根据发动机转速和负荷决定热机的工作状态。
2.如权利要求1所述方法，其中发动机的工作状态是在超过机油温度阈值，而此时机油压力有可能降低时决定的。
3.如权利要求2所述方法，其中高于所述机油温度阈值的增量是根据发动机转速和负荷决定的。
4.如权利要求3所述方法，其中高于所述机油温度阈值的增量还可根据发动机温度和/或进气温度决定。
5.如权利要求4所述方法，其中高于所述机油温度阈值的增量是在发动机温度超过预定极限值时假定。
6.如权利要求5所述方法，其中高于所述机油温度阈值的增量还在进气温度和持续时间超过预定极限值时假定，所述持续时间是发动机以高于极限转速的发动机转速工作或在高于负荷极限值的条件下工作的时间持续期。
7.如权利要求6所述方法，其中计数器的计数根据发动机转速递增或递减以确定所述时间持续期。
8.如权利要求7所述方法，其中为确定所述时间持续期所述计数器递增或递减的速度是彼此独立确定的。
9.如权利要求7所述方法，其中在递增和递减之间有滞后效应存在。
10.如权利要求1所述方法，其中当时间持续期超过预定期限期时假设所述工作状态被达到，此时所述时间持续期是发动机在高于预定的转速—负荷工作条件下工作的时间持续期。
11.如权利要求10所述方法，其中假定所述工作状态还在发动机温度和进气温度超过特定极限值时达到。
12.如权利要求1所述方法，其中负荷对机油温度的影响只有在发动机转速超过极限值一预定时间持续期时才作考虑。
13.如权利要求12所述方法，其中当负荷超过负荷极限时，计数器的计数递增与发动机转速超过转速极限值无关，但所述计数器的所述计数只有在所述的两个极限值都被超过时才递减。
14.如权利要求5所述方法，其中在决定所述时间持续期时，将转速低于极限转速或发动机的负荷条件低于负荷临界条件或发动机工作点是在极限特性曲线以下的时间持续期减去。
15.一种内燃机怠速调节的装置，该装置包括当发动机变热时，用于增加发动机怠速速度的控制装置；依据发动机转速和负荷，用于决定热发动机工作状态的装置。
全文摘要
一种内燃机怠速调节的方法及其装置，当发动机变热时其怠速转速增加。当机油温度超过使机油压力能变得非常低的阈值时，会出现发动机发热。根据发动机温度，进气温度(如必要)，发动机转速及发动机负荷，就可确定是否超过机油温度阈值。
文档编号F02D41/04GK1128837SQ95117310
公开日1996年8月14日 申请日期1995年9月19日 优先权日1994年9月19日
发明者C-D·努瑟, P·亨克尔曼, M·利舍夫 申请人:罗伯特-博希股份公司