DE2739508C2

DE2739508C2 - Vorrichtung zur Extremwertregelung bei Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2739508C2
Application number: DE2739508A
Authority: DE
Inventors: Herbert 7000 Stuttgart Schramm; Bert 7141 Möglingen Wurst
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1977-09-02
Filing date: 1977-09-02
Publication date: 1986-01-16
Also published as: IT7827146A0; JPS62188560U; DE2739508A1; IT1098742B; JPH0121182Y2; JPS5449428A; GB1598623A; US4242995A

Description

P

% Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur

',"'■ Extremwertregelung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Das Prinzip der Extremwertregelung ist bereits aus dem Lehrbuch »Kleines Handbuch technischer Re-

■i gelvorgänge«, Winfried Oppelt, Verlag Chemie GmbH,

1964, Seite 651 bis 653, bekannt. Die Anwendung dieses

!. Prinzips zur Regelung einer Brennkraftmaschine ist in

der Dissertation »Extremwertregelung am Beispiel der Gemischbildung eines Otto-Motors«, Dr. Martin Zechnall, Technische Universität Braunschweig, 1973, beschrieben. Die Anwendung der Extremwertregelung bei Brennkraftmaschinen ist auch schon aus der US-PS 967 (prioritätsbegründende Anmeldung DE-PS

11 25 230) bekannt.

Weiterhin ist aus der DE-OS 25 57 530 ein Steuersystem für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei dem das durch die Maschine erzeugte Drehmoment erfaßt wird, um die Zündpunkteinstellung auf den optimalen Wert zu steuern und dadurch sowohl einen verbesserten Maschinenwirkungsgrad als auch verbesserte Brennstoffwirtschaftlichkeit zu erzielen. Das Steuersystem ist derart ausgebildet, daß das von der Maschine entwickelte Drehmoment mittels eines Maschinendrehmoment-Detektor erfaßt wird und die Zündpunkteinstellung der Maschine periodisch geändert wird, wobei die Veränderung des Maschinendrehmoments bei der periodischen Änderung der Zündpunkteinstellung mittels des Maschinendrehmoment-Detektors erfaßt und die Phasenbeziehung der sich ändernden Phase der Zündeinstellung und des erfaßten Drehmomentsignals mittels eines Phasendiskriminators unterschieden wird, um dadurch die Vorverstellung oder die Verzögerung bzw. Spätverstellung der Zündpunkteinstellung zu steuern.

Auch die DE-OS 20 30 679 betrifft eine Einrichtung zum Verstellen des Zündzeitpunktes von Brennkraftmaschinen mit einer Vorrichtung zur Vor- und Zurückverlegung des Zündzeitpunktes. Im einzelnen weist die Einrichtung einen die Zündzeitverstellvorrichtung steuernden Strömungskonverter auf, der entsprechend einer Eingangsimpulsfolge zwischen zwei stabilen Zuständen wechselt und von einer kontinuierlichen Folge von Arbeitsimpulsen und abgegebenen Drehmomentänderungsimpulsen eines bestimmten, die Zu- oder Abnahme des Drehmomentes der Brennkraftmaschine anzeigenden Vorzeichens gesteuert ist. wobei ein Drehmomentänderungsimpuls mit einem entgegengesetzten Vorzeichen die Arbeitsimpulsfolge sperrt.

Schließlich ist aus der älteren Patentanmeldung gemäß der Druckschrift DE-OS 28 01 64! ein Zündversteiiverfahrcn und ein Zündvcrstcücr zur optimalen Einstellung des Zündzeitpunktes von Brennkraftmaschinen bekannt. Hierzu wird periodisch erfaßt, ob die Brennkraftmaschinendrehzahl beschleunig oder verzögert ist und der Zündzeitpunkt auf einen vorbestimmten Wert in gleicher Richtung wie der Wert der unmittelbar vorhergehenden Verstellung verstellt, so oft eine Beschleunigung erfaßt wird, während der Zündzeitpunkt um einen vorbestimmten Wert in umgekehrter Richtung zum Wert der unmittelbar vorhergehenden Verstellung verstellt wird, so oft eine Verzögerung erfaßt wird, wodurch sich der Zündzeitpunkt einer Einstellung nähen, bei der die Brennkraftmaschine optimal betrieben werden kann.

Beim bekannten Stand der Technik arbeitet die Reglerfunktion mit zeitlich konstanten Parametern. Dies hat zur Folge, daß die Versteügeschwindigkeit unabhängig vom zeitlichen Angebot an Meßdaten immer gleich groß ist. Da man die Verstellungsgeschwindigkeit und damit die Reglerparameter für niedrige Drehzahl (kleines Informationsangebot für den Regler) auslegen muß, ergeben sich im Bereich hoher Drehzahlen dem Vorgang nicht angemessene niedrige Verstellgeschwindigkeiten. Optimiert man die Verstellgeschwindigkeit für hohe Drehzahlen, so ergeben sich im Bereich niederer Drehzahl Schwingungen mit großer Amplitude um das Extremum.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Extremwertregelung bei Brennkraftmaschinen der im Oberbegriff des Hauptanspruches genannten Art so weiterzubilden, daß die Regeldynamik dem gesamten Drehzahlbereich der Brennkraftmaschi-

ne angepaßt ist

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Regeldynamik unabhängig vom momentanen Betriebspunkt gleich bleibt. Man erhält so über den gesamten Betriebsbereich eine konstante Regelgüte.

Durch die Ir. den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist bei integralwirkenden Reglerfunktionen (I-Reglern) und verzögert proportionai wirkenden Reglerfunktionen (PTl-Regler) als drehzahlabhängig steuerbaren Parameter den Integralanteil der Reglerfunktion zu verwenden.

Zwei Äusführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert Es zeigt

Fig. ί ein Blockschaltbild einer Extrerriwertregeiung,

Fig.2 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise der in F i g. 1 dargestellten Vorrichtung,

F i g. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer drehzahlabhängig gesteuerten Reglerfunktion und

Fig.4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer drehzahlabhängig gesteuerten Reglerfunktion.

In dem in F i g. 1 dargestellten Blockschaltbild ist eine Brennkraftmaschine 10 dargestellt, die eine an sich bekannte Zündanlage 11 enthält, durch die der Zündzeitpunkt in Abhängigkeit von einer Spannung verschiebbar ist. Eine solche Zündanlage ist z. B. aus der DE-OS 23 48 352 (US-PS 38 74 351) bekannt. Die Brennkraftmaschine 10 weist zwei Meßwertaufnehmer 12, 13 auf, von denen der erste die Drehzahl η erfaßt und ein drehzahlproportionales Ausgangssignal abgibt und von denen der zweite das Drehmoment Md erfaßt und ein drehmomentabhängiges Ausgangssignal abgibt. Da das Drehmomei.: Md direkt für die Messung schwer zugänglich ist, kann hier z. B. der mittlere Druck in einem Zylinder der Brennkraftmaschine bestimmt werden, der ein Maß für das Drehmoment ist. Dies kann vorzugsweise durch einen in den Brennraum eingeschraubten, piezoelektrischen Druckaufnehmer mit nachfolgender Auswerteschaltung erfolgen. Weiteren kann zur Erfassung des Drehmoments Md auch ein von der Drehzahl abgeleitetes Signal herangezogen werden. Das Ausgangssignal des Gebers 12 wird einem Frequenzgenerator 14 zugeführt, der eine von der Drehzahl der Brennkraftmaschine 10 abhängige Ausgangsfrequenz liefert. Dies kann ;:. B. dadurch erfolgen, daß im Frequenzgenerator 14 die vom Geber 12 ankommende Frequenz durch die Anzahl der Marken geteilt wird, die pro Umdrehung der Brennkraftmaschine am Geber 12 passieren und Signale erzeugen. Dadurch entspricht die Ausgangsfrequenz des Frequenzgenerators der Drehzahl der Brennkraftmaschine. Diese Ausgangsfrequenz kann durch den Frequenzgenerator 14 noch weiter unterteilt werden. Anstelle dieser Anordnung kann der Drehzahlgeber 12 auch nur eine einzige Bezugsmarke pro Umdrehungaufweisen.

Der Geber 13 ist über eine Meßwertaufbereitungsschaltung 15. die z. B. als Bandpaß-Filter zur Filterung von Störfrequenzen ausgebildet sein kann, mit einem Eingang einer Vergleichsstufe 16 verbunden, an deren zweiten Eingang der Ai Fgang des Frequenzgenerators 14 angeschlossen ist. Der Ausgang der Vergleichsstufe 16 ist über eine Reglerfunktion, insbesondere einen Regler 17 mit einem Summierglied 18 verbunden, dessen zweiten Eingang ebenfalls an den Ausgang des Frequenzgenerators angeschlossen ist. Der Ausgang des Summierglieds 18 ist mit dem Steuereingang der Zündanlage 11 verbunden.

Die Wirkungsweise des in F i g. 1 dargestellten Blockschaltbilds soll im folgenden anhand von F i g. 2 erläutert werden. Die drei in Fig.2 dargestellten Kurven zeigen die Abhängigkeit des Drehmoments Md vom Zündzeitpunkt λζ, wobei die drei Kurven jeweils die Verhältnisse für drei verschiedene Drehzahlen η darstellen. Das Ausgangssignal des Frequenzgenerators 14 wird über das Summierglied 18 dem Steuersignal für den Zündzeitpunkt λζ überlagert, so daß der Zündzeitpunkt um einen kleinen Betrag von z. 8.3° oszilliert. Die Frequenz des Frequenzgenerators 14 kann vorzugsweise dabei so eingestellt sein, daß jeweils nach einer bestimmten Anzahl von Zündimpulsen der Zündzeitpunkt um diesen kleinen Betrag veränder wird. Diese Zahl der Zündimpulse kann mit der Zahl eer Zylinder übereinstimmen. Die Frequenz kann natürlicn auch kleiner sein, oder so groß, daß nach jedem Zündimpuls der Zündzeitpunkt verschoben wird. Die den Zündzeitpunkt verschiebenden Ausgangssignale des Frequenzgenerators 14 sind als Rechtecksignale dargestellt. Als Folge dieser Schwankungen des Zündzeitpunkts ergeben sich Schwankungen im Drehmoment. Liegen die Schwankungen dieses Zündzeitpunktes ungefähr im Maximum des Drehmoments so ist die Amplitude der Drehmomentschwankungen ungefähr Null. Zu beiden Seiten des Maximums des Drehmoments ergeben sich Drehmomentschwankungen, die auf der einen Seite phasengleich mit den Zündzeitpunktschwankungen und auf der anderen Seite gegenphasig zu den Zündzeitpunktschwankungen sind. Der Phasenvergleich zwischen den Drehmomentschwankungen und den Ausgangssignalen des Frequenzgenerators 14 erfolgt in der Vergleichsstufe 16. In Abhängigkeit von dieser Phasenlage wird über den Regler 17 eine Stellgröße erzeugt, die den Zündzeitpunkt in die eine oder in die andere Richtung verschiebt. Die Verstellgeschwindigkeit durch den Regler 17 ist drehzahlabhängig gesteuert, wie in den F i g. 3 und 4 noch näher gezeigt wird.

In Abhängigkeit der Einstellung der Vergleichsstufe 16 kann statt auf das Maximum des Drehmoments auch auf einen bestimmten Wert unterhalb dieses Maximums geregelt werden. Dies kann durch geeignete Schwellwertstufen erreicht werden. Anstelle der Regelung auf ein bestimmtes Drehmoment kann die Regelung auch für andere Paramettr der Brennkraftmaschine erfolgen, wie z. B. die Abgasqualität, den Kraftstoffverbrauch oder die Laufruhe. Es kann dabei jeweils auf ein Maximum. ein Minimum oder einen anderen Wert geregelt werden.

Weitere Einzelheiten und Variationen des Extremwert-Regt.kreises können aus dem eingangs angegebenen Stand der Technik entnommen werden.

In dem in F i g. 3 Jargestellten ersten Ausführungsbeispiel eines drehzahlgesteuerten Reglers ist ein an sich bekannter I-Regler dargestellt, der aus einem durch einen Kondensator 20 rückgekoppelten Regeiverstärker 21 besteht und der mehrere Eingangswiderstände 22 bis 26 aufweist. Zu jedem dieser Widerstände liegt ein Schalter 27 bis 3Ϊ ii. Reihe Die Reihenschaltungen jeweils eines Schalters mit einem Widerstand sind parallel geschaltet. Die Anordnungen der Widerstände 23 bis 25

und der zugehörigen Schalter 28 bis 30 sind zur Vereinfachung der Darstellung nur als Punkt gezeichnet. Die Schaller 27 bis 31 werden durch eine Dekodierstufe 32 gesteuert, die ihrerseits mit einem drehzahlabhängigen Signal beaufschlagt ist. Eine solche Dekodierstufe 32 kann z. B. aus mehreren Schwellwertstufen bestehen, die in Abhängigkeit des Drehzahlsignals nacheinander ansprechen und entsprechend nacheinander die Schalter 27 bis 31 schließen bzw. öffnen. Die Integrationszeitkonstante Teines solchen [-Reglers ist durch die Bezie- in hung T=R-C gegeben, wobei R der ohmsche Wert des Eingangswiderstands und Cdie Kapazität des Rückkoppelungskondensators ist. Wird durch Be'.iitigen der Schalter 27 bis 31 durch die Dekodierstufe 32 der fiingangswiderstand R stufenweise kleiner, so verringert ii sich die Integrationszeitkonstante und der Regler wird schneller. Bei Vergrößerung des Eingangswiderstands ist es umgekehrt.

Das in F i g. 4 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel entspricht weitgehend dem ersten Ausfuhrungsbeispiei. jo Die stufenweise einschaltbaren Widerstände 22 bis 26 sind durch einen stufenlos steuerbaren, verstellbaren Widerstand 33 ersetzt. Dieser Widerstand 33 kann ein sieuerbares Halbleiterelement sein, dessen Durchgangswiderstand durch eine drehzahlproportionale Spannung steuerbar ist. Dieser Widerstand 33 kann natürlich auch ein motorisch verstellbares Potentiometer sein.

Das beschriebene Regelkonzept kann vorteilhaft durch ein Mikroprozessor-System realisiert werden, wie jo es zu Regelzwecken heute vielfach eingesetzt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Extremwertregelung bei Brennkraftmaschinen mit einem Meßwertaufnehmer für wenigstens einen Parameter der Brennkraftmaschine, insbesondere das Drehmoment, mit einer Vergleichsstufe zum Vergleich des Ausgangssignals des Meßwertaufnehmers mit dem Signal eines Frequenzgenerators und mit einer Reglerfunktion, die in Abhängigkeit des Ausgangssignals der Vergleichsstufe den Zeitpunkt eines periodischen Vorgangs der Brennkraftmaschine, insbesondere den Zündzeitpunkt, verändert, wobei dieser Zeitpunkt durch Überlagerung mit der Frequenz des Frequenzgenerators oszilliert, dadurch gekennzeichnet, daß der für das Zeitverhalten der Reglerfunktion zuständige Reglerparameter in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine gesteuert «s"<rd.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Reglerparameter der Integralanteil der Reglerfunktion ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzgenerator eine von der Drehzahl der Brennkraftmaschine (10) abhängige Ausgangsfrequenz erzeugt.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Maximum mindestens eines Parameters der Brennkraftmaschine eingeregelt wird.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daf das Minimum mindestens eines Parameters Jer Brennkraftmaschine eingeregelt wird.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein bestimmter Wert unterhalb des Maximums, bzw. oberhalb des Minimums eines Parameters der Brennkraftmaschine eingeregelt wird.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur drebzahlabhängigen Steuerung des Reglerparameteis der Eingangswiderstand (22 bis 26, bzw. 33) der Reglerfunktion (17 bzw. 20, 21) in Abhängigkeit von der Drehzahl veränderbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine durch die Drehzahl gesteuerte Dekodierstufe (32) vorgesehen ist, durch die am Reglereingang Widerstände (22, 26) zuschaltbar *o und/oder abschaltbar sind.