DE2715408C2

DE2715408C2 - Verfahren zum Betrieb und Regeleinrichtung für eine Brennkraftmaschine zum Konstanthalten wählbarer Drehzahlen

Info

Publication number: DE2715408C2
Application number: DE2715408A
Authority: DE
Inventors: Helmut 7250 Leonberg Domann; Johannes Ing.(grad.) 7000 Stuttgart Locher
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1977-04-06
Filing date: 1977-04-06
Publication date: 1986-07-17
Also published as: FR2386688B1; FR2386688A1; GB1593450A; US4219000A; DE2715408A1

Description

Stand der Technik

60

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Regeleinrichtung nach den Gattungen der Hauptansprüche.

Die heute gebräuchlichen Leerlaufregler, insbesondere bei Dieselmotoren, regeln die Leerlaufdrehzahl mit einem Proportionalregler, d. h. bei zu großer Drehzahl wird weniger Kraftstoff eingespritzt, was eine Drehmoment-Verringerung bewirkt, und bei zu kleiner Drehzahl wird mehr Kraftstoff eingespritzt zur Drehmomenterhöhung. Infolge unterschiedlicher Reibmomente bei kaltem und warmem Motor sowie unterschiedlicher Momentabgabe im Leerlauf beim Antrieb von Nebenaggregaten (z. B. Klimaanlage) ändert sich die Leerlaufdrehzahl, da eine Drehmomentsänderung auch immer eine Drehzahländerung zur Folge hat Es sind mn Regelungen bekannt, die z. B. abhängig von der Motortemperatur eine Verstärkung über der Drehzahl verändern. Außerdem ist aus der Regelungstechnik bekannt, die Regelabweichungen dadurch zu beseitigen, indem man einem Regler ein Integral-Proportionalverhalten gibt Bei geschlossenem Regelkreis stellt der Integralteil des Reglers die Stellgröße solange nach, bis die Ist-Drehzahl gleich der Soll-Drehzahl, d. h. die Regelabweichung zu Null gemacht ist

Diese Lösung als solche ist beim Leerlaufregler jedoch nicht anwendbar, da während des Fahrbetriebes die momentane Drehzahl höher liegt als die Soll-Leerlaufdrehzahl des Leerlaufregelkreises. Der Integralregler hätte zur Folge, daß die beim Fahrbetrieb zwangsläufig auftretenden Abweichungen von der Leerlaufdrehzahl laufend aufsummiert werden wurden und der Regler an einen Anschlag laufen müßte. Dies könnte beim erneu»en Eintritt in den Leerlaufbereich eine zu niedrige Leerlaufdrehzahl bewirken, und ein Stehenbleiben der Brennkraftmaschine könnte die Folge sein.

Die DE-OS 19 58 816 betrifft einen Verbrennungsmotor mit einer Einrichtung zur selbsttätigen mengenmäßigen Beeinflussung der zugeführten Luft Damit der dort vorgesehene Regelkreis bei kurzzeitigen Abweichungen der Motordrehzahl von ihrem Sollwert nicht anspricht d. h. um eine gewisse Trägheit bzw. eine gewisse Verzögerungswirkung zu erzielen, ist vorgesehen, daß dort die Regeleinrichtung Integrierglieder zur Einstellung der Regelzeitkonstante enthält. Über die Art des Signalverlaufs außerhalb der Regelungsphase ist nichts ausgeführt, doch deutet die Schaltung darauf hin, daß in den Regelpausen das Integrationssignal nicht konstant gehalten werden kann.

Für viele Anwendungsfälle hat es sich jedoch als Nachteil erwiesen, wenn der Integral-Anteil eines Regelvorganges immer wieder von einem bestimmten Anfangswert aus starten muß, weil dadurch ein beachtliches Maß an Flexibilität der Regeleinrichtung verloren geht

Die DE-OS 22 33 151 offenbart eine Steueroszillatorschaitung in Verbindung mit der Drehzahlregelung einer Brennkraftmaschine. Vorgesehen ist dort ein Phasenvergleich zwischen zwei Impulszügen, von denen einer die Drehzahl der Brennkraftmaschine angibt und die zweite das Ausgangssignal eines spannungsgesteuerten Oszillators darstellt. Auch diese DE-OS 22 33 151 vermag dem Fachmann keinen Hinweis dafür zu geben, außerhalb eines eigentlichen Regelbereichs nicht auf die Ausgangslage des Integrators zurückzugehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betrieb und eine Regeleinrichtung selbst für Brennkraftmaschinen zum Konstanthalten wählbarer Drehzahlen zu schaffen, mit denen sichergestellt ist, daß bei wiederholten Eintritten in die eigentlichen Regelbereiche eine im modernen Brennkraftmaschinenbau geforderte Flexibilität zu erreichen ist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmalskombinationen der beiden Hauptanspriiche.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Regeleinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen der Hauptansprüche haben neben der sichergestellten Flexibilität den Vorteil, daß für die Leerlaufregelung die Vorteile pines Integralreglers ausgenützt werden können, er jedoch während des Fahrbetriebs nicht stö; t Dadurch, daß der Integratorwert außerhalb der gewählten Drehzahlbereiche abgespeichert wird und bei Wiedereintritt der Drehzahl in den gewählten Bereich dieser abgespeicherte Integratorwert zum Ausgangspunkt der neuerlichen Drehzahlregelung gemacht wird, erfolgt ein schnelleres Einregeln auf die gewünschte Drehzahl.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des in den Hauptansprüchen angegebenen Verfahrens und der Einrichtung möglich. Während das Vorzeichen der Soll-Ist-Abweichung der Drehzahl die Integrationsrichtung bestimmt, kann der Integrationsvorgang als solcher, d. h. das Ein- und Ausschalten der Regelung, abhängig von der Fahrpedalstellung und/oder einer Drehzahlschwelle gewählt werden.

Realisiert werden kann die Regeleinrichtung auf die vielfältige Art und Weise. Besonders vorteilhaft ist, wenn als Integrator ein Impuls-Vorwärts-Rückwärtszähler Verwendung findet, da er gleichzeitig als Speicher für den Integratorwert dienen kann. Daneben sind jedoch auch analoge elektrische Speichermittel, wie z. B. ein Kondensator als Integrator möglich, nur muß dann auf die Speicherung ein besonderes Augenmerk gelegt werden. Schließlich sind auch hydraulische oder pneumatische Integratoren möglich, sowie elektromechanische z. B. mit Hilfe von Stellmotoren.

Das Regeiverhaiten der Regeleinrichtung kann ebenfalls unterschiedlicher Natur sein. So ist im Grunde genommen ein reiner Integralregler denkbar oder aber ein Proportional- Integral-Regler, der den Vorteil einer weicheren Regelung aufweist Darüber hinaus können jedoch auch P-I-D-Regler Verwendung finden.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen F i g. 1 ein grobes Übersichts-Blockschaltbild für die Regelung einer selbstzündenden Brennkraftmaschine, und Fig.2 ein ausführlicheres Blockschaltbild einer Regelungseinrichtung.

Beschreibung der Erfindung

In Fig.1 ist mit 10 eine Brennkraftmaschine dargestellt, mit 11 ein allgemeiner Drehzahlregler, der unter anderem über einen Eingang 12 ein Signal von einem Fahrpedal 13 erhält Ein Ausgang 14 des Drehzahlreglers 11 ist mit einer Einspritzpumpe 15 verbunden, die wiederum der Brennkraftmaschine 10 den Kraftstoff zuführt.

Wesentlichste Teile von F i g. 2 sind eine Drehzahl-Soll-Istwert-Vergleichsstufe 20, ein Integrator 21 sowie ein Spannungs-Weg-Umsetzer 40, der ausgangsseitig mit einer Regelstange 41 der Einspritzpumpe 15 gekuppelt ist. Im einzelnen erfibt sich folgender Schaltungsaufbau: Der Drehzahl-Ist-Sollwert-Vergleichsstufe 20 werden über ihre beiden Eingänge 23 und 24 Ist- und Sollwert der Drehzahl zugeführt Ausgangsseitig (25) steht die Drehzahl-Ist-Sollwert-Vergleichsstufe mit einem Integrationsrichtungseingang 26 des Integrators 21 in Verbindung, der einen weiteren Eingang 27 für eine Zählfrequenz fz aufweist, sowie einen Start-Stop-Eingang 28. An diesen Start-Stop-Eingang 28 des Integrators 21 kann nun einmal ein Signal abhängig von der Fahrpedalstellung durch einen Schalter 29 angelegt werden, oder aber ein Signal einer Vergleichsstufe der

ίο Istdrehzahl mit einer vorwählbaren Drehzahl no. Die Wahlmöglichkeit wird durch einen Wechselschalter 30 dargestellt Dem integrator 21 selbst ist ein Zahlen-Spannungs-Wandler 32 nachgeschaltet, dessen Ausgang 33 hier zu einem Schalter 34 führt In der gezeichneten Schaltstellung ist der Ausgang 33 des Zahlen-Spannungs-Wandlers 32 direkt mit dem Spannungs-Weg-Umsetzer 40 gekuppelt wodurch die Regeleinrichtung ein reines Integral-Verhalten aufweist
Befindet sich der Schalter 34 in der gestrichelt gezeichneten Stellung, so weist die Regeleinrichtung ein P-I-Verhalten auf, da dann zusätzlich zum integrator ein Proportionalregler 36 mit einem Verstärker 37 in die Regeleinrichtung einbezogen ist.

Die Regeleinrichtung arbeitet nun wie folgt: Der Schalter 29 soll z. B. im Leerlauf geschlossen sein. In der gezeichneten Schalterstellung des Schalters 30 liegt dann am Start-Stop-Eingang 28 des Integrators 21 ein Null-Signal an, was den Integrator 21 in Betrieb setzen soll. Je nach Vorzeichen der Drehzahl-lst-SoIl-Abweichung erscheint am Integrations-Richtungseingang 26 des Integrators 21 ein positives oder negatives Signal, wodurch der Integrator 21 mit einer von der Zählfrequenz fz abhängigen Zählfrequenz aufwärts- oder abwärts zählt bzw. integriert Entsprechend ändert sich der Spannungswert am Ausgang 33 des Zahlen-Spannungs-Wandlers 32 und damit auch die Stellung der Regelstange 41 über den Spannungs-Weg-Umsetzer 40.

Bei Änderung der Pedalstellung öffnet der Seäalter 29 und stoppt dadurch den Integrationsvorgang im Integrator 21. Sein Zahlenwert soll jedoch gespeichert bleiben. Dadurch bleibt die Position eines Regelgliedes am Ausgang des Spannungs-Weg-Umsetzers 40 erhalten, die Regelstange 41 selbst kann nun über eine Wirkverbindung 38 mit dem Fahrpedal 13 beliebi» verstellt werden.

Die andere mittels des Schalters 30 mögliche Steuerungsart ermöglicht eine Start-Stop-Steuerung des Integrators 21 abhängig von der Ist-Drehzahl im Vergleich zu einer frei wählbaren Drehzahl no. Die Wirkungsweise der Regeleinrichtung ändert sich dadurch nicht. Möglich ist auch eine Kombination von Drehzahl · schwelle und Fahrpedalstellung bei der Bildung eines Start-otcp-Signals für den Integrator.

Liegen die Schalter 34 und 35 in der gestrichelt gezeichneten Stellung, so kommt zum Integralverhalten der Regeleinrichtung ein Proportionalanteil über den Proportionalregler 36 hinzu. Auf das Integrationsverhalten des Integrators 21 und auf die Integrator-Wert-Speicherung hat diese Änderung des Regelverhaltens keinen Einfluß.

Neben die gezeichneten Bauteilgruppen kann nun noch zur Realisierung eines P-I-D-Reglers eine weitere Bausteingruppe treten zur Bildung des D-Anteils.
Die vorstehend beschriebene Fig.2 arbeitet rein

es elektrisch. Zur Bildung von hydraulischen, pneumatischen oder elektromechanischen Systemen bedarf es nur eines Ersatzes der jeweiligen Bausteingruppen durch in der Funktion gleichwirkende Bauelemente.

Aus Stabilitätsgründen muß die Nachstellzeit des Integralreglers groß gegen andere Zeitglieder im Regelkreis sein. Damit wird die Ausregelzeit ebenfalls lange. Durch die Speicherung der bisher richtigen Stellgröße steht diese immer in der Nähe des richtigen Wertes, auch dann, wenn der Regler wie z. B. beim Fährbetrieb, keinen Abgleich finden kann.

Mit anderen Worten: Durch die Speicherung des letzten Integratorwertes steht das mit der Stellgröße beaufschlagte Stellglied auf einem Wert, der als neuer Wert für einen erneuten Regelungsvorgang Verwendung finden kann, auch dann, wenn der Regier aufgrund der Soll-lstwertabweichung während des Fahrbetriebs keinen Abgleich finden kann und somit an einem Anschlag stehen müßte.

IO

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Betrieb einer Regeleinrichtung für Brennkraftmaschinen zum Konstanthalten wählbarer Drehzahlen, insbesondere der Leerlaufdrehzahl, mit einer Soll- und Istwertvorgabe für die wenigstens ein Integratorverhalten aufweisende Regeleinrichtung, wobei außerhalb des Regelbereichs die Integration ausschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Integratorwert bei einem Betrieb außerhalb des gewählten zu regelnden Drehzahlbereichs abspeicherbar ist und bei Wiedereintritt der Drehzahl in diesen Drehzahlbereich der abgespeicherte Integratorwert Ausgangspunkt der neuerlichen Drehzahlregelung ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorzeichen der Drehzahl-Ist-Sollwert-Abweichung die Integrationsrichtung bestimmt und der Integrationsvorgang abhängig ist von der Ejiiirpedalstellung (13, 29) und/oder einer Drehzahlschwelle (no).

3. Regeleinrichtung für Brennkraftmaschinen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 zum Regeln wählbarer Drehzahlen, insbesondere der Leerlaufdrehzahl, für Brennkraftmaschinen mit einem Mittel zum Vergleichen eiaer Soll-Drehzahl mit einer Ist-Drehzahl der Brennkraftmaschine, mit einem Integrationsmittel zum Integrieren des Vergleichssignals, mit Schaltermitteln zum An- und Abschalten des Integrationsmittels bei vorgegebenen Bedingungen und mit einem durch das Ausgangssignal des Integrationsirittels si', Regelsignal gesteuerten Regelgliedes, gekennzeichnet durch eine Speicherung des jeweiligen Wertes -~*£s Ausgangssignals des Integrationsmittels (21) bei dessen Abschalten und Abgeben des gespeicherten Wertes ais Regeisignal beim erneuten Einsetzen des Integrationsvorganges.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Integrationseinrichtung des Integrationsmittels (21) bestimmt ist durch das Vorzeichen der Abweichung der Ist-Drehzahl von der Soll-Drehzahl und daß das An- und Abschalten des Integrationsmittels (21) durch ein Schaltmittel abhängig ist von der Stellung eines Fahrpedals und/oder dem Überschreiten einer frei wählbaren Drehzahl (no) durch die Ist-Drehzahl.

5. Regeleinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Integrationsmittel und als Speicher eine abschaltbare Vorwärts-Rückwärts-Zähleinrichtung vorgesehen ist

6. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Integrationsmittel und Speicher ein Kondensator vorgesehen ist.