DE1805047C3 - Elektronische Regeleinrichtung für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Regeleinrichtung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen Dieselmotor, mit einem Stellglied zur Beeinflussung der der Brennkraftmaschine pro Arbeitszyklus zugeführten Kraftstoffmenge und mit einem einen Gleichspannungsverstärker mit einem ersten und einem zweiten Eingang und ein zwischen dem Ausgang und dem ersten Eingang des Gleichspannungsverstärkers liegendes Rückkopplungsnetzwerk enthaltenden Regler zur Abgabe eines von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine abhängigen Ausgangssignals.
Aus der US-PS 32 95 316 ist eine Einrichtung bekannt, mit der ein Überschwingen einer Regeleinrichtung beim Übergang von einer ersten Drehzahl auf eine zweite Drehzahl einer Gasturbine verhindert werden soll. Diese Einrichtung eignet sich nicht zur Regelung einer Brennkraftmaschine nach einem bestimmten Kennli-

ss nienfeld, da die Stellung eines die Einspritzmenge bestimmenden Stellgliedes nicht auf die Regeleinrichtung zurückgeführt ist.

In der nicht vorveröffentlichten DT-OS 17 51 611 ist eine Regeleinrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine beschrieben, die einen Gleichspannungsverstärker aufweist, der ein Stellglied zur Beeinflussung der der Brennkraftmaschine pro Arbeitszyklus zugeführten Kraftstoffmenge ansteuert. Auch bei der Anordnung nach der DT-OS 17 51 611 ist nicht du: Stellung der Regelstange auf den Regler zurückgeführt, sondern der Strom, welcher über das Stellglied fließt. Die Rückführung des Stromes ist aber für eine genaue Regelung unzureichend, da der Strom noch keine Aussage über

die Stellung des Stellgliedes liefern kann, da noch mindestens zwei Umsetzungen dieses Signals erforderlich sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Regeleinrichtung für eine Brennkraftmaschine zu entwickeln, die sicher und zuverlässig arbeitet und eine genaue Dosierung des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffes erlaubt Die Regeleinrichtung soll einfach und damit kostengünstig in ihrem Aufbau sein.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Regler in einem Drehzahlregelkreis angeordnet ist und als Sollwert ein die Stellung eines Beschleunigungshebels charakterisierendes Signal und als Istwert ein der Drehzahl der Brennkraftmaschine entsprechendes Signal erhält, wobei der Sollwert dem zweiten Eingang und der Istwert dem ersten Eingang des Gleichspannungsverstärkers zugeführt ist und wobei das Rückkopplungsnetzwerk zur Nachbildung der gewünschten Regelkennlinie dient, und daß diesem Drehzahlregelkreis ein Regelkreis mit euiem zum Stellglied gehörenden und eine Regelstange betätigenden Stellungsregler unterlagert ist, dem als Sollwert das Ausgangssignal des Drehzahlreglers und als Istwert ein der Stellung der Regelstange entsprechendes Signal zugeführt ist.

Weitere Vorteile der Erfindung und diese weiter ausgestaltende Einzelheiten ergeben sich in Verbindung mit den Unteransprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus der Zeichnung.

Es zeigt

F i g. 1 die Anordnung der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung,

F i g. 2 die schematische Darstellung eines Drehzahlmcßgliedes,

Fig.3 die schematische Darstellung eines anderen Drehzahlmeßglicdes,

F i g. 4 die schematische Darstellung eines Reglers,

Fig. 5 die Darstellung eines Reglers und seines Rückkopplungsnetzwerkes,

Fig.6 einen Regler mit nachgeschaltetem hydraulischem Stellglied.

In Fig. 1 ist eine Brennkraftmaschine mit 10 bezeichnet. An dieser Brennkraftmaschine 10, die als Regelkreisglied integrales Verhalten zeigt, greift die Störgröße ζ an, die z. B. durch die Belastung der Maschine gebildet wird. Infolge dieser Störgröße ζ ändert sich die Drehzahl n, die mit Hilfe eines Drehzahlmeßgliedes 11 ermittelt wird. Als Ausgangsgröße liefert das Drehzahlmeßglied 11 eine der Drehzahl η der Brennkraftmaschine 10 proportionale Spannung U_n. Diese Spannung U_n wird an den Regler 12 angelegt. Ebenfalls wird an den Regler 12 eine Spannung Ux angelegt, die mit Hilfe eines mechanisch elektrischen Wandlers 13 aus der Stellung des Beschleunigungshebels 14 bzw. des Gaspedales abgeleitet wird. Der Regler 12 verarbeitet die dem Istwert (Drehzahl n) und dem Sollwert (Stellung des Beschleunigungshebels 14) entsprechenden Spannungen U_n und U(X und gibt an das Stellglied 15 ein entsprechendes Signal. Durch dieses Signal wird die nicht dargestellte Regelstange einer Einspritzpumpe 16 verstellt, wodurch die pro Hub einzuspritzende Kraftstoffmenge und damit die Drehzahl der Brennkraftmaschine 10 verändert wird. Unter Umständen kann es aus Stabilitätsgründen zweckmäßig sein, wie mit unterbrochenen Linien angedeutet, die Ausgangsgröße des Stellgliedes 15 über eine Rückführungseinrichtung 17 direkt auf den Eingang des Stellgliedes 15 zurückzumelden.

In Fi g. 2 und 3 sind Drehzahlmeßglieder dargestellt, die dazu dienen, dem Regler eine Gleichspannung zu liefern, die der Drehzahl η der Brennkraftmaschine 10 entspricht

Bei dem in Fig.2 dargestellten Drehzahlmeßglied liefert ein induktiver Drehzahlgeber 18 eine drehzahlproportionale Impulsfrequenz, die an einen Schmitt-ίο Trigger 19 angelegt ist wodurch steilere Impulsflanken erreicht werden. Die am Ausgang des Schmitt-Triggers 19 auftretende Impulsfolge wird nun an einen monostabilen Multivibrator 20 angelegt der Einheitsimpulse bestimmter Länge und Höhe erzeugt Aus dieser

is Impulsfolge wird nun in einem dem monostabilen Multivibrator 20 nachgeschalteten Ä-C-Glied 21 der arithmetische Mittelwert als drehzahlproportionale Gleichspannung LZ_n gebildet Die untere Grenzfrequenz des Ä-C-Gliedes 21 ist durch geeignete Wahl der Widerstände und Kondensatoren so festgelegt daß sie noch oberhalb der höchsten Regelfrequenz von etwa 10 Hz liegt

In Fig.3 ist eine andere Möglichkeit zur Erfassung der Drehzahl dargestellt Das Drehzahlmeßglied weist hier einen Wechselstromtachogenerator 22 auf, der eine Wechselspannung mit drehzahlabhängiger Amplitude liefert, die über eine Gleichrichteranordnung, z. B. eine Graetzbrücke 23 gleichgerichtet und an ein Ä-C-Glied 24 angelegt ist, an dem die drehzahlproportionale Gleichspannung LZ_n abgenommen werden kann. Für symmetrisches Verhalten bei Zu- bzw. Abnahme der Drehzahl, d. h. Auf- bzw. Entladen des Kondensators 25, ist es wichtig, daß der Innenwiderstand der Brückenschaltung 23 und des Wechselstromtachogenerators 22 gleich dem Lastwiderstand ist. Das läßt sich entweder dadurch erreichen, daß der Tachogenerator 22 hochohmig gewickelt wird, oder daß der Lastwiderstand niederohmig gemacht wird. Bei hochohmiger Wicklung kann zur Temperaturkompensation der Tachospannung eine NTC-Widerstandskombination 26 vorgesehen sein, die zwischen Tachogenerator 22 und Brückenschaltung 23 geschaltet, den positiven Temperaturkoeffizienten der Kupferwicklung kompensiert.

Fig.4 zeigt das Prinzip des Reglers. Mit 27 ist ein

Gleichspannungsverstärker mit hoher Leerlaufverstärkung bezeichnet, an dessen ersten Eingang 28 die der Drehzahl η proportionale Spannung ZJ_n und an dessen zweiten Eingang die der Stellung des Beschleunigungshebels 14 entsprechende Spannung Ua. angelegt ist. Der mechanisch elektrische Wandler 13 ist dabei als ein an einer Hilfsspannung liegender Widerstand 30 ausgebildet, dessen Abgriff 31 sich mit der jeweiligen Stellung des Beschleunigungshebels 14 verändert, wobei die abgegriffene Spannung über einen Widerstand 32 an den zweiten Eingang 29 angelegt ist. Die drehzahlabhängige Spannung U_n ist über einen Widerstand 33 an den ersten Eingang 28 angelegt, wobei der Widerstand 33 ebenso wie der das Rückführungsnetz symbolisierende Widerstand R komplex sein können.

ho Da durch das Stellglied häufig eine Verzögerung im Regelungsablauf hervorgerufen wird, wodurch Instabilitäten des Regelkreises auftreten, ist es zweckmäßig durch entsprechende Ausbildung des Eingangs- und Rückkopplungsnetzwerkes dem Regler zum Proportio-

<>5 nal-Anteil einen Differential-Anteil und/oder Integralanteil hinzuzufügen.

In Fig. 5 sind Einzelheiten der Beschattung des Gleichspannungsverstärkers 27 zu erkennen. Über ein

R-C-Glied, das im Drehzahlmeßglied 11 enthalten sein kann, ist die drehzahlabhängige Spannung U_n über einen Widerstand an den ersten Eingang der Gleichspannungsverstärker 27 angelegt. Das Rückführungsnetzwerk R des Gleichspannungsverstärkers 27 wird durch die Kombination zweier veränderbarer Widerslände 34 und 35 mit einem Kondensator 36 sowie den zu dieser Kombination parallelgeschalteten Kondensator 37 und den veränderbaren Widerstand 38 gebildet. An den mit dem Kondensator 36 zusammengeschalteten Widerständen 34 und 35 wird der für die Stabilität des Regelkreises erforderliche D-Anteil des Reglers 12 eingestellt. Der Kondensator 37 ist zur Verstärkerstabilisierung erforderlich, und mit Hilfe des Widerstandes 38 läßt sich die gewünschte Steigung der Abregellinien des Reglers einstellen.

In Fig.6 ist die Anordnung des Reglers 12 und des nachgeschalteten Stellgliedes 15 gezeigt; wegen ihres Dreipunktverhaltens ist dieser Anordnung ein Diskriminator 39 vorgeschaltet. Je nach dem Ausgangssignal des Reglers 12 wird über den Diskriminator 39 entweder eines der beiden Steuerventile 40 bzw. 41 betätigt oder beide Steuerventile befinden sich im Ruhezustand. Wird das Steuerventil 40 betätigt, strömt das Druckmittel des Stellgliedes in den Druckraum 42 und verschiebt den Kolben 43 mit der daran befestigten Regelstange 45 einer im übrigen nicht dargestellten, in Fig. I bei 16 angedeuteten Einspritzpumpe entgegen einer Feder 44 nach rechts, wodurch beispielsweise die Kraftstoffzufuhr erhöht wird. Wird dagegen das Steuerventil 41 geöffnet, so drückt die Feder 44 den Kolben 43 mit der Regelstange nach links, da das Druckmittel aus dem Raum 42 ausströmen kann. Dadurch wird die Kraftstoffzufuhr verringert. Wenn beide Ventile 40 und 41 geschlossen sind, befindet sich das Stellglied in Ruhe.

Anstelle des hydraulisch arbeitenden Stellgliedes kann auch ein FJektromotor vorgesehen sein, der im Rechts- bzw. Linkslauf die Regelstange 44 der

, j Einspritzpumpe entsprechend verstellt.

Derartige Stellglieder benötigen infolge ihres integralen Verhaltens eine Rückführung ihrer Ausgangsgröße auf ihren Eingang. Zu diesem Zweck ist die Regelstange 45 mit dem Abgriff 46 eines veränderbaren Widerstandes 47 verbunden, der eine Hilfsspannung angeschlossen ist. Dem jeweiligen abgegriffenen Wert des Widerstandes 47 bzw. der daran anliegenden Spannung entspricht somit die Stellung der Regelstange und wird auf den Eingang des Dreipunktdiskriminators zurückgemeldet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Elektronische Regeleinrichtung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen Dieselmotor, mit einem Stellglied zur Beeinflussung der der Brennkraftmaschine pro Arbeitszyklus zugeführten Kraftstoffmenge und mit einem einen Gleichspannungsverstärker mit einem ersten und einem zweiten Eingang und ein zwischen dem Ausgang und dem ersten Eingang des Gleichspannungsverstärkers liegendes Rückkopplungsnetzwerk enthaltenden Regler zur Abgabe eines von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine abhängigen Ausgangssignals, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (12) in einem Drehzahlregelkreis angeordnet ist und als Sollwert ein die Stellung eines Beschieunigungshebels (14) charakterisierendes Signal und afc Istwert ein der Drehzahl der Brennkraftmaschine entsprechendes Signal erhält, wobei der Sollwert dem zweiten Eingang und der Istwert dem ersten Eingang des Gleichspannungsverstärkers zugeführt ist und wobei das Rückkopplungsnetzwerk zur Nachbildung der gewünschten Regelkennlinie dient, und daß diesem Drehzahlregelkreis ein Regelkreis mit einem zum Stellglied gehörenden und eine Regelstange betätigenden Stellungsregler (15, 39) unterlagen ist, dem als Sollwert das Ausgangssignal des Drehzahlreglers (12) und als Istwert ein der Stellung der Regelstange entsprechendes Signal zugeführt ist.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang des in dem Drehzahlregler (12) angeordneten Gleichspannungsverstärkers (27) und dem ersten Eingang (28) ein veränderbarer Widerstand (38) liegt, dem ein Kondensator (37) parallel geschaltet ist, zu dem wiederum parallel die Reihenschaltung zweier Widerstände (34 und 35) liegt, wobei an dem Verbindungspunkt der Widerstände (34, 35) ein einseitig an Masse liegender Kondensator (36) angeschlosser' ist.

3. Regeleinrichtung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Drehzahlregler (12) als Istwert zugeführte Signal mittels eines Drehzahlmeßgliedes erzeugt wird, das einen induktiven Drehzahlgeber (18) aufweist, der eine Wechselspannung liefert, deren Frequenz von der Drehzahl η der Brennkraftmaschine abhängt, und der diese Wechselspannung an eine Impulsformerstufe, beispielsweise einen Schmitt-Trigger mit nachgeschaltetem monostabilen Multivibrator zur Erzeugung einer drehzahlabhängigen Rechteckimpulsfolge anlegt.

4. Regeleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die am Ausgang des monostabilen Multivibrators auftretende drehzahlabhängige Rechteckimpulsfolge an ein Ä-C-Glied angelegt ist, das die Impulsfolge in eine den Istwert des Drehzahlreglers (12) darstellende drehzahlabhängige Gleichspannung umformt, die vorzugsweise über einen Widerstand an den ersten Eingang des Gleichspannungsverstärkers angelegt ist.

5. Regeleinrichtung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Drehzahlregler (12) als Istwert zugeführte Signal mittels eines Drehzahlmeßgliedes erzeugt wird, das einen Wechselstromtachogenerator (22) aufweist, der eine in ihrer Amplitude drehzahlproportionale Wechselspannung liefert, die über eine Gleichrichterschaltung gleichgerichtet und über eine nachfolgende Ä-C-Kombination an den ersten Eingang des

S Gleichspannungsverstärkers angelegt ist.

6. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellungsregler ein Dreipunktdiskriminator (39) ist, der zwei Steuerventile (40, 41) betätigt die den Druckmittelzu- und Ablauf zu bzw. aus einem Druckraum (42) eines hydraulischen Stellgliedes steuern, das einen verschiebbaren Kolben (43) aufweist, der mit der Regelstange (45) der Einspritzpumpe (16) verbunden ist.

7. Regeleinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelstange (45) mit dem Abgriff (46) eines Widerstandes (47) verbunden ist, wobei der jeweilige abgegriffene Widerstandswert bzw. die an diesem Widerstand anliegende Spannung zur Rückführung der Regelstangensteilung auf den Eingang des Stellgliedes dient.

8. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied einen Elektromotor aufweist, der im Rechts- bzw.

Linkslauf die Regelstange verschiebt.

9. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche I bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verminderung der im Drehzahlregelkreis vorhandenen Verzögentngszeiten, insbesondere der des Stellgliedes, der Drehzahlregler (12) mit einem sog. D-Anteil und/oder /-Anteil versehen ist, wobei dieser Anteil durch entsprechende Wahl des Rückkopplungsnetzwerkcs erreichbar ist.