DE2803750A1 - Verfahren und einrichtung zur kraftstoffzumessung bei brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Stand der Technik

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Die Erfindung geht aus von einem elektronischen Regler für ein Mengenstellwerk bei einer Brennkraftmaschine mit Selbstzündung. Das Stellwerk wird dabei durch einen Elektromagneten betätigt, dessen Ansteuerung ein elektronischer Regler mit einem PID-Regelverhalten bestimmt. Nachteilig am bekannten Regler ist die nur begrenzte Eingriffsmöglichkeit für System- und Betriebskenngrößen.

Allgemeines

Eine Brennkraftmaschine mit Selbstzündung, auch Dieselmotor genannt, soll unter allen Betriebsbedingungen gerade mit so viel Kraftstoff versorgt werden, daß keine der Abgaskomponenten HC, CO, NOx und Rauch einen vorgegebenen V7ert überschreitet. Auch wenn Abgasrückführung zur Verminderung von NOx angewandt wird, soll gewährleistet werden, daß nur so viel Kraftstoff eingespritzt wird, wie Luft für eine einwandfreie Verbrennung vorhanden ist. Darüber hinaus soll die Einspritzanlage eine konstante Leerlaufdrehzahl einregeln, günstiges Fahrverhalten und automatische Startsteuerung ermöglichen, einer eventuellen Ruckelneigung von Fahrzeug und Brennkraftmaschine entgegenwirken und in der Zumeßgenauigkeit unempfindlich gegen Alterung und Toleranzen sein.

Beim Dieselmotor ist für jede Betriebskenngrößenkorabination Drehzahl, Last, Temperatur usw. - eine ganz bestimmte Mindestluftmenge erforderlich, um die Abgasgrenzwerte einzuhalten. Es werden somit Kennfelder notwendig, wie sie mit mechanischen Systemen nicht zu realisieren sind.

Bei den heute üblichen Diesel-Brennkraftmaschinen wird in der Regel eine bestimmte Kraftstoffmenge vorgegeben, und man ervrartet, daß die Brennkraftmaschine ausreichend Luft ansaugen

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kann, damit der zugeführte Kraftstoff vollständig verbrannt wird. Mit zunehmender Verfeinerung der Brennkraftmaschinensysteme, den immer höher werdenden Leistungsanforderungen bei möglichst kleiner Bauweise (Turbolader) ist eine ausreichende Sauerstoff-Zuführung zu den Brennräumen nicht mehr zwangsläufig gewährleistet.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit dem kennzeichnenden Merkmal des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß ausgehend vom Fahrerwunsch wenigstens eine Soll-Luftmenge ermittelt wird, die dann das Steuersignal für die Mischklappe (rückgeführtes Abgas/Luft) darstellt, und ausgehend vom Ausgangssignal der Luftmeßsonde dann ein zulässiger Kraftstoffmengenwert ermittelt wird. Weiterhin ist vorgesehen, die einzuspritzende Kraftstoffmenge ausgehend vom Fahrerwunsch vorzusteuern und Signale sowohl bezüglich der zulässigen Kraftstoffmenge als auch bezüglich der vorgesteuerten Menge einem Kraftstoffsteuer- oder -regelkreis zuzuführen. Dies hat den Vorteil einer schnellen Reaktion des Einspritzsystemes auf eine Änderung der Pahrpedal-Dtellung.

Durch die weiteren in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der angegebenen Verfahren möglich. Als besonders vorteilhaft hat sich die Verarbeitung der Luft- und Kraftstoffmengenwerte je Hub erwiesen, da bei dieser Signalverarbeitungsart ein wesentlich engerer Signalbereich, d.h. ein wesentlich kleinerer Signalhub verarbeitet werden muß als bei einer zeitbezogenen Signalverarbeitung.

Die erfindungsgemäße elektronische Kraftstoffzumeßeinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Nebenanspruches hat den Vorteil, daß wegen des Kennfeldes eine vielseitige.Variation der einzelnen Ausgangssignale möglich ist.

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Durch die In den Unteransprüchen zum Nebenanspruch aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der elektronischen Kraftstoffzumeßeinrichtung nach dem Nebenanspruch möglich.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein grobes Übersichtsblockschaltbild zum KraftstoffVersorgungssystem einer Brennkraftmaschine, Figur 2 ein Blockschaltbild bezüglich der Ansteuerung der einzelnen Zumeßeinrichtungen, Figur 3 einen Kraftstoffmengenregler wie er im Blockschaltbild von Figur 2 verwendbar ist, Figur H ein zweites Ausführungsbeispiel eines Kraftstoffmengenreglers, Figur 5 eine Schaltungsanordnung mit einem Drift-Regler, Figur 6 ein gemessenes Diagramm optimale Luftmenge pro Hub bezogen auf die Kraftstoffmenge pro Hub, Figur 7 ein schematisches Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise des Begrenzers, Figu:' 8 ein Blockschaltbild zur Realisierung der Begrenzerschaltung, Figur 9 ein gegenüber Figur 2 verfeinertes Blockschaltbild, Figur 10 eine Einzelheit des Blockschaltbildes von Figur 9, Figur 11 Diagramme zur Erläuterung der Vollastbegrenzung, Figur 12 eine schematisch dargestellte zweite Möglichkeit zur Ermittlung des korrekten Wertes bei einer mehrdeutigen Luft-Kraftstoffmengenkennlinie und Figur 13 ein gegenüber Figur 2 vereinfachtes und weniger Eingriffsmöglichkeiten bietendes Blockschaltbild bezüglich der Ansteuerung der einzelnen Zumeßeinrichtungen.

Bes ehreibung'der Erfindung

Figur 1 zeigt als grobes Übersichtsblockschaltbild die Brennkraftmaschine mit Luftansaugrohr und Abgasleitung sowie einem

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Steuergerät für verschiedene Ein- und Ausgangsgrößen. Im einzelnen ist mit 20 eine Brennkraftmaschine bezeichnet, der eine Kraftstoffpumpe 21 zugeordnet ist. Eingangsseitig der Brennkraftmaschine 20 befindet sich ein Luftansaugrohr 22 mit einem Luftmengenmesser 23, einer Mischklappe 24 und einer Abgaseinmündung 25. Diese Abgaseinmündung 25 steht über eine Abgasrückführungsleitung 26 mit einer Abgasleitung 27 in Verbindung. Die Kraftstoffeinspritzpumpe 21 erhält den Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter 29 über einen Kraftstoffmengenmesser 30. Mit 31 ist ein Steuergerät bezeichnet,, welches als Eingangsgrößen Signale vom Luftmengenmesser 23 und Kraftstoffmengenmesser 30 sowie von einem Fahrpedal 32 erhält und ferner Signale bezüglich Betriebsparametern wie z.B. Drehzahl, Druck, Temperatur oder der Abgaszusammensetzung. Das Steuergerät 31 gibt Sollwertsignale an die Mischklappe 24 und die Kraftstoffeinspritzpumpe

Erkennbar ist aus Figur 1, daß ausgehend von den einzelnen Betriebskenngrößen zwei Sollwerte ermittelt werden und mit diesen Sollwerten die Mischklappe 24 und die Kraftstoffeinspritzpumpe 21 gesteuert v/erden. Über die jeweiligen Mengenmessungen erhält man die Istwerte für die durchströmende Luft und den geförderten Kraftstoff, wodurch sich Regelsysteme bilden lassen. Das Blockschaltbild nach Figur 1 ist in seiner Allgemeinheit unabhängig vom Typ der Brennkraftmaschine, so daß es sowohl für eine selbstzündende als auch auf eine fremdgezündete Brennkraftmaschine zutrifft . Die weiteren Ausführungen beziehen sich auf eine Brennkraftmaschine mit Selbstzündung, jedoch ist grundsätzlich eine Anpassung der einzelnen Komponenten an eine Brennkraftmaschine mit Fremdzündung möglich.

Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild bezüglich der Ansteuerung der einzelnen Zumeßeinrichtungen von Figur I₃ d.h. der Mischklappe 24 und der Kraftstoffeinspritzpumpe 21. Wesentlichster Bestandteil des Blockschaltbildes ist ein Kennfeldgenerator 35 mit Eingängen 36 bis 40 und zwei Ausgängen 4l und 42. Der Eingang 36 des Kennfeldgenerators 35 steht über einen Fahrpedalstel-

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lungsgeber ^43 mit dem Fahrpedal 32 in Verbindung. Der Eingang 37 ist als freier Eingang gekennzeichnet und soll die Vielfältigkeit der Eingriffsmöglichkeiten in den Kennfeldgenerator verdeutlichen, über den Eingang 38 liegt ein Temperatursignal an, über den Eingang 39 ein Drucksignal und schließlich über den Eingang ^O ein Drehzahlsignal. Ausgangsgrößen des Kennfeldgenerators sind Signale bezüglich der Soll-Luftmenge und der Soll-Kraftstoffmenge.

Die vielfältigen Eingriffsmöglichkeiten in den Kennfeldgenerator machen deutlich, daß mehrdimensionale Kennfelder erforderlich sind. Beim dargestellten Beispiel ist der Kennfeldgenerator 35 durch einen Digitalrechner realisiert (PDP 11/04 von Digital Equipment, in Serie Mikroprozessorsystem). Mit Hilfe des Digitalrechners lassen sich mehrdimensionale Kennfelder in Digitalspeichern in Form von Stützstellenwerten ablegen und Zwischenwerte durch Interpolation errechnen. Weil die Berechnung von Zwischenwerten möglich ist, benötigen die Speicher nur vereinzelt Werte, wodurch sich der Speicheraufwand in Grenzen hält. Wirtschaftlich interessant ist dies vor allem deshalb, da die Anpassung der einzelnen Einspritzsysteme an die unterschiedlichen Brennkraftmaschinentypen über austauschbare Speicher erfolgen kann und die Systeme somit fexibel sind.

Aufgrund der digitalen Verarbeitung der Eingangssignale ist weiterhin eine im Prinzip beliebig zu steigernde Genauigkeit möglich, die nicht der Alterung von Bauteilen unterworfen ist. Die erreichbare Genauigkeit hängt von der Gebergenauigkeit und der im Rechner benutzten Signal-Quantelung, d.h. Auflösung ab. Diese kann bei gegebener Stellenzahl im Rechner um so feiner sein, je geringer die Variationsbreite der zu verarbeitenden Signale ist. Aus diesem Grund werden im Rechner Luft- und Kraftstoffmengenwerte je Hub (Variation Leerlauf/Vollast 1:4) und nicht je Zeiteinheit (Variation 1 : 40) verarbeitet. Der Rechner kann auf diese Weise Werte mit kleinerer bit-Zahl verarbeiten und ist damit preisgünstiger und schneller.

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Der Ausgang 4l für die Soll-Luftmenge des Kennfeldgenerators 35 ist mit einem Luftregler 45 gekoppelt, dem wiederum eine Steuereinrichtung 46 für die Mischklappe 24 nachgeschaltet ist. Wie aus Figur 1 ersichtlich, wirkt die Mischklappe 2Ö zusätzlich zum Luftstrom im Luftansaugrohr 22 auch auf das Ausmaß der Abgasrückführung ein. Die Art dieses Zusammenwirkens kann individuell auf den jeweiligen Brennkraftmaschinentyp abgestimmt werden.

Ein Luftmengenmesser 23 erzeugt ein Signal entsprechend der Ist-Luftmengej die der Brennkraftmaschine zugeführt wird und diese Ist-Luftmenge liegt als weiteres Eingangssignal am Luftregler 45 an. Schließlich wird aus dieser Ist-Luftmenge über ein /L -Kennfeld 47 der Wert der höchstzulässigen Kraftstoffmenge ermittelt, der zusammen mit der Ist-Luftmenge gerade ein noch gut brennfähiges Gemisch in den Brennräumen der Brennkraftmaschine ergeben würde.

Ein Kraftstoffregler ist mit 49 bezeichnet, er weist Eingänge 50 bis 53 für die Soll-Kraftstoffmenge, die zulässige Kraftstoffmenge, die Ist-Kraftstoffmenge sowie für ein Beschleunigungssignal auf und der Ausgang 54 des Kraftstoffreglers 49 ist mit einer Stellwerksteuerung bzw. -regelung der Kraftstoffeinspritzpumpe 21 gekoppelt. Den Wert der Ist-Kraftstoffmenge erhält der Kraftstoffregler 49 über seinen Eingang 52 vom Kraftstoff mengenmesser 30.

Die Einhaltung guter Abgaswerte hängt davon ab, ob bei einer vorgegebenen Kraftstoffmenge die zur Verbrennung erforderliche Mindestluftmenge vorhanden ist. Auch darf, wenn die erforderliche Luftmenge nicht zur Verfügung gestellt werden kann, z.B. bei geringer Luftdichte bei hochgelegener Fahrstrecke, die Kraftstoff-Einspritzmenge denjenigen Wert nicht überschreiten, der bei dieser begrenzten Luftmenge noch zu einer guten Verbrennung führt. Um dies zu gewährleisten, wird die Luftmenge erfaßt, indem der Luftmassenstrom gemessen und auf

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einen Hub bezogen wird, und daraus die höchstzulässige Kraftstoffmenge bestimmt. Dies geschieht dadurch, daß über ein gegebenenfalls mehrdimensionales Kennfeld aus der vorhandenen Luftmenge (pro Zylinderfüllung) eine zulässige Einspritzmenge (pro Zylinder) ermittelt wird.

Es wird bei den im folgenden beschriebenen Systemen immer davon ausgegangen, daß Abgasrückführung angewendet wird, d.h. die Zylinderfüllung zum einen Teil aus einer Frischluftmenge besteht, die wie oben beschrieben die zulässige Einspritzrnenge bestimmt, zum anderen Teil aus zurückgeführtem Abgas. Da die Gesamt-Zylinderfüllung unabhängig von der Zusammensetzung des Luft-Abgas-Gemisches ist, läßt sich durch das Dosieren der Abgasrückführmenge der Prischluftanteil steuern.

Betätigt der Fahrer das Fahrpedal 32, dann signalisiert er dem elektronischen Steuergerät 31 (Figur 1) einen Drehmomentbzw. Kraftstoffmengenwunsch. In diesem elektronischen Steuergerät 31 wird mittels des Kennfeldgenerators 35 die diesem Kraftstoffwunsch und den augenblicklichen Betriebskenngrößen entsprechende Soll-Luftmenge Q₁- ,, ermittelt. Um diese Luftmenge tatsächlich zu erreichen, muß ein Abgasrückführungsstellwerk bzw. eine Steuereinrichtung 46 von Figur 2 in eine ganz bestimmte Stellung gebracht werden. Aus der Soll-Luftmenge wird deshalb gegebenenfalls mittels eines weiteren Kennfeldes, das mehrdimensional sein kann und Eingangsgrößen wie Q^sqi-is Drehzahl und Abgasdruck verarbeitet, die Sollstellung des Abgasrückführungs-Stellwerks ermittelt und diese Stellung"elektronisch eingeregelt. Die Steuereinrichtung 46 weist dieses weitere Kennfeld auf, das die Stellung der Mischklappe 24 und damit automatisch auch das Ausmaß der Abgasrückführung bestimmt.

Für den Fall, daß kein Luftregler 45 vorhanden ist, d.h. die Ist-Luftmenge nicht zu Regelzwecken verwendet wird, kann das erwähnte weitere Kennfeld mit im Kennfeldgenerator 35 unter-

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gebracht werden bzw. können die entsprechenden Werte im Kennfeldgenerator bereits gespeichert sein.

Der Luftmengenregler 45 hat die Aufgabe, die Ist-Luftmenge mit der vom Kennfeldgenerator 35 vorgegebenen Soll-Luftmenge mit Hilfe der Mischklappe 24 als Stellglied exakt in Übereinstimmung zu bringen.

Mittels dieser Luftmengenregelung ist ein Verzicht auf die Rückführung der Mischklappenstellung bzw. der Abgasrückführungs-Klappenstellung möglich, wodurch allerdings der gesamte Regelablauf langsamer wird.

Ausgehend von der gemessenen Ist-Luftmenge wird diejenige Kraftstoffmenge ermittelt, die ein gut brennfähiges Gemisch in den Brennräumen sicherstellt. Dazu ist das λ_-Kennfeld 47 mit dem Kraftstoffregler 49 verbunden., der wiederum die einzuspritzende Kraftstoffmenge über die Kraftstoffeinspritzpumpe einregelt.

Da davon ausgegangen werden kann, daß die Kraftstoffmengeneinstellung sehr rasch erfolgt, die Luftmenge aber erst mit nennenswerter Verzögerung (das Saugrohrvolumen muß, gefüllt werden und die Laufzeit der Luft im Saugrohr ist nicht unwesentlich) eingestellt werden kann, bietet das verstehend beschriebene "luftgeführte System" (siehe Figur 13) den Vorteil, daß insbesondere beim(kritischen)Gasgeben die Kraftstoffmenge erst dann erhöht wird, wenn die dazu erforderliche Luft auch tatsächlich vorhanden ist; abgesehen von der Laufzeit der Luft, bzw. des Gases zwischen dem Luftmengenmesser und den Einlaßventilen des Motors. Auch Luftmangel in der Höhe führt somit nicht zu unzulässig hohen Kraftstoffmengen, die Rauch verursachen würden.

Nachteilig ist jed'och die Reaktionszeit, da für die Einstellung der Kraftstoffmenge für einen neuen Betriebszustand erst ein

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System mit Verzögerung durchlaufen werden muß.

Damit die Reaktion der Kraftstoffexnspritzpunipe 21 auf eine Änderung eines Betriebszustandes schneller erfolgen kann, wird beim "Gemischgeführten System" (Figur 2) im Kennfeldgenerator 35 ein auf die jeweiligen Betriebskenngrößen abgestimmter Kraftstoff mengensollwert ermittelt. Dieser Kraftstoffmengensollwert gelangt vom Ausgang 42 des Kennfeldgenerators 35 direkt zum Kraftstoffmengenregler, womit ein Kraftstoffmengensollwert zu einem Zeitpunkt zur Verfügung steht, zu dem sich die Luftströmung im Luftansaugrohr 23 noch nicht auf den neuen Betriebszustand eingestellt haben kann.

Der vom Fahrpedal 36 signalisierte Kraftstoffvransch hat ein entsprechendes Soll-Kraftstoffmengensignal am Ausgang 42 des Kennfeldgenerators 35 zur Folge. Gleichzeitig wird eine bestimmte Soll-Luftmenge gefordert und über den Luftregler 45 eingestellt. Aus der entsprechenden Ist-Luftmenge wird dann mittels des 7l.-Kennf eldes 47 ein Signal bezüglich der zulässigen Kraftstoffmenge ermittelt.

Bei dieser Konfiguration ist die Unterscheidung dreier Betriebszustände erforderlich:

Bei konstant bleibender Fahrpedalstellung muß dafür gesorgt werden, daß der Kraftstoffregler 49, der die Kraftstoffmenge regelt, den kleineren Wert aus den Signalen bezüglich der Soll-Kraftstoffmenge am Eingang 50 und bezüglich der zulässigen Kraftstoffmenge am Eingang 51 auswählt. Denn der zulässige Kraftstoffmengenwert darf im Hinblick auf optimales Abgas nicht überschritten werden.

Wünscht aer Fahrer ein Verzögern des Kraftfahrzeuges, dann nimmt er das Fahrpedal 32 zurück und signalisiert somit eine geringere Soll-Kraftstoffmenge über den Ausgang 42 des Kennfeldgenerators 35. Eine entsprechende Reaktion vom Luftmengen-

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messer 23 kann infolge der gegebenen Laufzeiten erst mit einer nicht unwesentlichen Verzögerungszeit als neuer Wert für die zulässige Kraftstoffmenge am Kraftstoffregler 49 zur Verfügung stehen, über eine Minimalwert-Auswahlstufe im Kraftstoffregler 49 wird somit sichergestellt , daß die geförderte Kraftstoffmenge und damit auch die eingespritzte Kraftstoffmenge dem momentanen Fahrerwunsch entspricht.

Mit dieser Minimalwert-Auswahlstufe allein ergibt sich im Beschleunigungsfall keine Verbesserung des dynamischen Verhaltens, da aufgrund der Kleinstwertauswahl das Signal der zulässigen Kraftstoffmenge dominant bleibt und dieses sich eben nur allmählich an die geänderten Betriebsbedingungen anpassen kann. Eine Verbesserung des dynamischen Verhaltens für den Beschleunigungsfall läßt sich dann erreichen, wenn generell der aus der Luftmenge ermittelte zulässige Kraftstoffwert mit einem vorgegebenen Faktor (z.B. 1,1) multipliziert wird oder aber eine additive Konstante berücksichtigt wird. Dabei muß man allerdings davon ausgehen, daß nach einiger Zeit sowohl Luft- und Kraftstoffmenge ihren Sollwert erreichen bzw. daß im Störungsfall (z.B. zu wenig Luft bei Höhenfahrt) bewußt eine zu hohe Kraftstoffmenge in Kauf genommen wird.

Abhilfe schafft hier entweder die Einführung eines Reglers mit I-Anteil in Verbindung mit einem Kraftstoffmengenmesser oder eine Einrichtung, die den vorher genannten Faktor abhängig macht von der Fahrpedal-Betätigungsgeschwindigkeit und die diesen Faktor nach einiger Zeit wieder auf den Wert 1 abbaut. Diese Möglichkeiten sind in den Blockschaltbildern der Figuren 3 und 4 dargestellt.

Figur 3 zeigt mögliche Ausführungsarten des Kraftstoffreglers 49 von Figur 2. Eingangsgrößen sind Vierte bezüglich der Ist-, Soll- und zulässigen Kraftstoffmenge sowie eines Beschleunigungssignales, welches von der Beschleunigungs-Erkennungsstufe 55 kommt. V/esentlichster Bestandteil ist eine

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Minimalwert-Auswahlstufe 60, der einmal direkt ein Soll-Kraftstoffmengensignal zugeführt wird und einmal ein die zulässige Kraftstoffmenge kennzeichnendes Signal über eine Multiplizierstufe 61. Der im Blockschaltbild nach Figur 3 gezeichnete Ausgang 54 ist identisch mit dem Ausgang 54 des Kraftstoffreglers 49 von Figur 2. Des weiteren ist in Figur 3 ein I-Regler 62 enthalten, dessen Eingänge mit den Eingängen 51 und 52 des Kraftstoffreglers 49 verbunden sind und dessen Ausgang ebenfalls zum Ausgang 54 des Kraftstoffreglers geführt ist.

Die unterschiedlich gezeichneten Verbindungslinien in Figur 3 deuten auf die v/ahlweise Verwendung der einzelnen Komponenten hin. So ist z.B. vorgesehen, den Multiplikationswert der Multiplizierstufe 6l von der Änderungsgeschwindigkeit der Fahrpedalstellung abhängig zu machen, wodurch gerade im Beschleunigungsfalle die Wirkung der Minimalwert-Auswahlstufe

60 überspielt wird und die Soll-Kraftstoffmenge zur wesentlichen Einflußgröße des Kraftstoffreglers 49 wird. Nachteilig daran ist, daß aufgrund dieser überspielung der Minimalwert-Auswahlstufe 60 im Beschleunigungsfalle kein optimales Abgas erzielt werden kann, da bei gegebenem Luftdurchsatz-im Saugrohr zu viel Kraftstoff eingespritzt wird. Bei stationärem Betrieb jedoch, d.h. wenn die Stellung des Fahrpedals aufrechterhalten wird, nimmt der Faktor der Multiplizierstufe 61 wieder den Wert 1 an und damit ist eine optimale Kraftstoffversorgung wieder sichergestellt.

Wie schon weiter oben angedeutet, kann die Multiplizierstufe

61 auch auf einen konstanten Wert, z.B. 1,1 eingestellt werden, wodurch sich jedoch insbesondere bei Höhenfahrt ein konstanter Fehler ergibt.

Eine weitere Möglichkeit ist mit dem I-Regler 62 angedeutet, der dafür sorgt, daß die zulässige Kraftstoffmenge nicht überschritten wird. Gerade bei Höhenfahrt ist dies im Hinblick auf einwandfreies Abgas bedeutsam.

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In Figur 4 ist eine Schaltungsanordnung dargestellt, mit der die in Figur 3 gezeichnete Kleinstwert-Auswahlstufe 60 ersetzt werden kann. Der I-Regler 62 erhält die Informationen zulässige Kraftstoffmenge aus dem λ_-Kennfeld 47 und tatsächliche Kraftstoffmenge vom Kraftstoffmengenmesser 30 oder von einem äquivalenten Stellungssignal des Einspritzpumpenstellwerks und korrigiert den vom Fahrpedal an die Kraftstoffpumpenregelung abgegebenen Kraftstoff wünsch in der V/eise, daß die Kraftstoffpumpenregelung die Kraftstoffmenge auf den zulässigen Wert einregelt. Nach Figur 4 ist dem Fahrpedal-Stellungsgeber 43 eine Anstiegsbegrenzerstufe 65 nachgeschaltet, deren Ausgang zu einem Summenglied 66 geführt ist. An einem zweiten Eingang des Summengliedes 66 liegt der Ausgang eines !-Reglers für die Vierte der Ist- und der zulässigen Kraftstoffmenge an. Dem Summenglied 66 folgt ein Regelschieberkennfeld 67 und im weiteren Verlauf ein PD-Regler 68 sowie die Kraftstoffpumpe 21. Der in Figur 4 gezeichnete I-Regler 62 ist verhältnismäßig langsam und filtert Kurzzeitschwankungen von Luftmenge und Kraftstoffmenge weg.

Im Gegensatz zum langsamen I-Regler 62 von Figur 4 zeigt Figur 5 ein Ausführungsbeispiel eines relativ schnellen Reglers infolge eines z.B. PI-Verhaltens, der um einen D-Anteil erweiterbar ist. Des weiteren zeigt Figur 5 noch einen "Drift-Regler", der die Aufgabe hat, z.B. durch Alterung der Kraftstoffpumpe entstehende Fehler zu korrigieren. Im einzelnen hat der Regler nach Figur 5 folgenden Aufbau:

Wesentlichster Bestandteil der Schaltungsanordnung von Figur 5 ist ein PI-Regler 70, der auf einen PID-Regler erweiterbar ist. Eingangsgrößen dieses Reglers 70 sind entweder Luftwerte oder Kraftstoffwerte, was durch die gezeichneten Schalteranordnungen angedeutet ist. Jedem der Eingänge für den Ist-Kraftstoff- und Ist-Luftmengenwert folgt eine Integrationsund Filteranordnung 71 und 72,über die der Luft- und Kraftstoff mengenwert je Hub erfaßt wird. Verarbeitet der Regler

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Kraftstoffmengenwerte, so muß der Ist-Luftmengenwert einem Kennfeld 73(/V) zur Umsetzung des Luftwertes in einen Kraftstoff mengenwert zugeführt werden. Dies entspricht der gezeichneten Schalterstellung j aus der ersichtlich ist, daß der Kraftstoffmengen-Istwert nach der Integration und Filterung direkt dem Regler 70 zugeführt wird.

Verarbeitet der Regler 70 hingegen Luftwerte, so muß dem Eingang für den Kraftstoffmengen-Istwert ein entsprechendes Kennfeld 7^ ( *-) nachgeschaltet sein.

Der Ausgang des Reglers 70 ist einmal zu einem Summationspunkt 75 geführt und zum anderen zu einem Vergleichspunkt 76. Zwischen dem Vergleichspunkt 76 und einem Eingang des Kennfeldgenerators 35 liegt ein Drift-Regler 77, der die Aufgabe hat, den eigentlichen Korrekturregler von solchen Regleraufgaben zu entlasten, die infolge von Alterungserscheinungen auftreten. Daraus resultiert bei gealterten Anlagen ein besseres dynamisches Verhalten als wenn dieser Drift-Regler 77 nicht vorhanden wäre, über den Drift-Regler 77, der als Soll-Eingabe den Wert Null und als Ist-Eingabe die Stellgröße des schnellen Korrekturreglers erhält, kann das Ausgangssignal des Kennfeldgenerators beeinflußt werden.

Da der Regler 70 die Soll- und Istwerte der Kraftstoff- bzw. Luftmenge als Eingangsgrößen verwertet, entsteht nur dann ein von Null abweichendes Ausgangssignal, wenn diese Eingangswerte voneinander abweichen. Nur in diesem Falle ergibt sich am Summenpunkt 75 ein Unterschied zwischen Ausgangssignal des Kennfeldgenerators 35 und Eingangssignal z.B. des Kraftstoffmengenreglers 49·

Die alternative Verarbeitung von Istmengenwerten der Luft und des Kraftstoffes ist deshalb als Möglichkeit aufgezeigt, da es aus meß- und regeltechnischen Gründen vorteilhaft sein kann, den Vergleich von Ist- und Sollwert für den Kraftstoff-Korrekturregler nicht auf der Kraftstoffselbe vorzunehmen₉

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sondern dazu die Luftwerte zu verwenden. Dabei wird die Ist-Luftmenge mit der für die augenblicklich vorhandene Luftmenge erforderlichen Luftmenge verglichen und bei Abweichungen die Kraftstoffmenge so lange nachgeregelt, bis die dafür erforderliche Luftmenge mit der vorhandenen üereinstimmt.

Die bisher beschriebenen Systeme basieren darauf, daß einer gemessenen Luftmenge Q₁. eindeutig eine ganz bestimmte Kraftstoffmenge zugeordnet werden kann. Daß diese Voraussetzung nicht immer gegeben ist zeigen Motorversuche und aufgrund dieser Motorversuche aufgenommene Kennlinien. Figur 6 zeigt eine Kennlinienschar Luftmenge pro Hub aufgenommen über Kraftstoffmenge pro Hub bei verschiedenen Drehzahlen. Aus diesem Kennfeld ist ersichtlich, daß z.B. die Kennlinie für 1600 U/min zweideutig ist, d.h. zu gleicher Luftmenge können zwei verschiedene Kraftstoffmengenwerte gefunden werden. Ohne besondere Maßnahmen können deshalb Kennfelder dieser Art in den bisher beschriebenen Systemen nicht verarbeitet werden.

Eine erste Möglichkeit ist, bei mehrdeutigen Kennlinien die Lage der Extremwerte (Minima oder Maxima) im Steuergerät (Rechner) abzuspeichern und dem vom Fahrpedal her vorgegebenen Kraftstoffwünsch mit dem beim jeweiligen Extremwert liegenden Kraftstoffwert zu vergleichen. Damit kann dann entschieden werden, ob der linke oder rechte Kennlinienast gültig ist. Nachteilig dabei ist, daß bei sehr flachen Kennlinien im Bereich des Extremwertes die Kraftstoffmenge aus der Luftmenge nur sehr ungenau bestimmt werden kann. Außerdem würden kleinste Änderungen der Luftmenge, z.B. hervorgerufen durch Pulsation, zu großen Kraftstoffmengenänderungen und damit großen Drehmomentänderungen führen auf diese Weise ein extrem schlechtes Fahrverhalten verursachen.

Eine weitere Methode ist in Figur 7 dargestellt und veranschaulicht das Prinzip in einem.Luft-/Kraftstoffmengenkennfeld, in das einmal eine zweideutige Kennlinie gezeichnet ist und zum

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anderen eine sogenannte Begrenzerkennlinie. Diese Begrenzerkennlinie entspricht in weitem Bereich der Originalkennlinie, sie weist aber dort, wo die Originalkennlinie sehr flach oder sogar zweideutig ist, einen eindeutigen Kennlinienast auf. Das elektrische Steuergerät entnimmt entsprechend dem Kraftstoffmengenwunsch Q^,, der Originalkennlinie die zugehörige Soll-Luftmenge, die dann der Luftregler über die Drosselklappe einzustellen versucht (ausgezogene senkrechte und waagrechte Linien in Figur 7)· Mit der Ist-Luftmenge wird jetzt aus der Begrenzerkennlinie eine zugehörige maximal zulässige Kraft st off menge Q,~. ermittelt und diese in einer Kleinstwertauswahl mit der Kraftstoffwunschmenge Q₁J.,, verglichen (gestrichelte Linie). Der kleinere der beiden Werte Q„_TT und Q_VT3 wird als einzuspritzende Kraft-

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stoffmenge ausgegeben.

Da im Normalfall Q^_TT - QU_n (Fall 2 in Figur 7), wird noriaa-

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lerweise auch die tatsächlich gewünschte Kraftstoffmenge eingespritzt. Nur bei Luftmangel infolge einer Fahrt in großer Höhe, während eines Beschleunigungsvorganges und bei luftmindernden Störungen kommt die Begrenzer-Kennlinie zur Auswirkung (Fall 1 und 3)_s wobei im Fall 1 die Originalkennlinie wirkt, da diese hier mit der Begrenzerkennlinie identisch ist. In dem Bereich, in dem die Begrenzerkennlinie von der Originalkennline abweicht, wird trotz eventuell vorhandenem Luftmangel der Kraft-Stoffwunsch Q„_TT realisiert, solange dieser den von der Begren-

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zerkennlinie vorgegebenen Wert Q„_B nicht überschreitet, beim ecten Störungsfall (Figur 7, Fall 3) Q_KB <■ Q_KW ist bei vermindertem Drehmoment wenigstens ein Notbetrieb gewährleistet.

Eine Schaltungsanordnung zur Realisierung dieses Auswahlverfahrens zeigt Figur 8. Das Fahrpedal 32 ist über einen Fahrpedal-Stellungsgeber 43 mit einem Verknüpfungspunkt 80 verbunden, von dem aus das Fahrpedalsignal einerseits zu einem ersten Eingang 8l einer Kleinstwert-Auswahlstufe 82 mit einem weiteren Eingang 83 und einem Ausgang 84, und zum anderen zu dem Eingang 36 des

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Kennfeldgenerators 35 geführt wird. Dem Kennfeldgenerator 35 folgt in bekannter Weise die Steuereinrichtung 46 für die Mischklappe 24. Die Stellung der Mischkläppe; 24 äußert sich im Ausgangssignal des Luftmengenmessers 23, und das Signal der Ist-Luftmenge wird einem Begrenzerkennfeld 85 zugeführt. Dieses Begrenzerkennfeld v/eist eine eindeutige Kennlinie entsprechend der gestrichelt gezeichneten Kennlinie von Figur 7 auf, und ein Ausgang des Begrenzer-Kennfeldgenerators ist mit dem Eingang 83 der Kleinstwert-Auswahlstufe 82 verbunden.

Figur 9 zeigt die Struktur der Gesamt-Gemisehsteuerung, v/ob ei hier der Fall dargestellt ist, daß sowohl Luft- als auch Kraftstoff mengenmesser vorhanden sind und Regelung vorgesehen ist, wodurch eine Trennung der Kennfelder (z.B. Soll-Luftmenge als Funktion der gewünschten Kraftstoffmenge Q_K„ und Mischklappenstellung als Funktion einer korrigierten Soll-Luftmenge) erforderlich ist. Im einzelnen hat das Blockschaltbild von Figur 9 folgenden Aufbau:

Zwischen dem Fahrpedal 32 und der als Block 90 angedeuteten Brennkraftmaschine liegen in einer Reihe die Blöcke Fahrverhalten-Kennfeld und Vollastbegrenzung 91, eine Anstiegsbegrenzung 92, ein Summationspunkt 93, ein \ -Kennfeid 94 zur Bestimmung der Soll-Luftmenge, eine Warmlaufsteueranordnung 95, ein Umschalter 96, ein weiterer Summationspunkt 97, ein Klappenkennfeldgenerator 98 zur Bestimmung des Klappenstellungs-Sollwertes abhängig von der Soll-Luftmenge und der Drehzahl, ein Klappenregler 99 und eine kombinierte Misch- und Abgasrückführungsklappe 100, deren Stellung zum Klappenregler 99 zurückgeführt wird.

Neben dem "Luftzweig" gibt es einen "Kraftstoffzweig", der von der Anstiegsbegrenzung 92 ausgeht und eine Reihenschaltung von Verzögerungsstufe 101, Kleinstwertauswahlstufe 102, Summationspunkt 103, Größtwert-Auswahlstufe 104, weiterem Summationspunkt 105, Schieberkennfeld IO6 zur Darstellung des Kraftstoffmengenschieberweges als Funktion der Kraftstoff-Sollmenge und

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der Drehzahl, einem Schieberregler 107 sowie einer Kraftstoffpumpe 108 aufweist.

Zusätzlich findet sich im Blockschaltbild von Figur 9 ein Leerlaufregler 110 und ein Antiruckelregler 111, deren Ausgangssignale in einem Summationspunkt 112 zusammengefaßt werden, der wiederum mit den Summationspunkten 93 und 103 gekoppelt ist. Der Luftmengenmesser 23 steht einmal über das Begrenzerkennfeld 113 j es wurde anhand der Figuren 7 und 8 erläutert, mit der Kleinstwert-Auswahlstufe 102 in Verbindung und ferner über einen Bypaß-I-Regler 114 mit dem Summationspunkt 97. Ein weiterer Bypaß-I-Regler 115 verarbeitet Signale des Kraftstoffmengen-Istwertes sowie des Ausganges der Größtwert-Auswahlstufe 104.

Die Warmlauf-Steueranordnung 95, die als Multiplizierstufe ausgebildet ist, erhält den Multiplikationsfaktor aus einem speziellen Kennfeld 117.

Auch für die Startsteuerung ist ein spezielles Kennfeld 118 vorhanden, dessen erster Ausgangswert der Größtwert-Auswahlstufe 10^ zugeführt wird und dessen zweiter Ausgang den Umschalter 96 bei Start auf einen Eingang 119 umschaltet, an dem ein Signal für die maximale Startmenge anliegt. Schließlich ist noch eine Überdrehzahl-Schutzeinrichtung 120 vorgesehen, die zur Sicherung der Brennkraftmaschine ein Signal direkt dem Schieberregler 107 zuführt.

Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Figur 9 entspricht im wesentlichen der in Figur 2 dargestellten Schaltungsanordnung. Es bestehen jedoch einige Besonderheiten bei der Schaltungsanordnung nach Figur 9, die im nachfolgenden beschrieben werden.

Bypaß-I-Regler.

Die aus dem Klappen- bzw. Schieberkennfeld 98 bzw. 1Ö6 ermit-

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- 19 -

— R. i4 3 y "5

telten Stellungswerte werden von einem Regler 99, 107 an den entsprechenden Stellwerken eingestellt. Dabei werden PD-Regler verwendet, die auch außerhalb des Digitalrechners in Analogtechnik ausgeführt sein können. Die einzustellenden Luft- bzw. Kraftstoffmengen entsprechen bereits mit diesen Reglern mit großer Genauigkeit den Sollwerten.

Unvermeidliche Alterungserscheinungen und Toleranzen bringen jedoch einen Restfehler. Dieser Restfehler wird durch die Bypaß-I-Regler 114 und 115 in Verbindung mit der Mengenmessung beseitigt. Sie können relativ langsam arbeiten, müssen jedoch eine hohe Genauigkeit aufweisen. Deshalb empfiehlt es sich, diese Regler 114 und 115 in den Digitalrechner mit einzubeziehen. Die verwendeten Bypaß-I-Regler wirken zusammen mit der direkten Verbindung 96 zu 97 respektive 104 zu 105 wie PI-Regler mit einem P-Anteil = 1. Es kann zweckmäßig sein, zur Verbesserung der Dynamik anstelle der P-Bypaß-I-Regler PI-Regler und P-Verstärkung > 1 einzusetzen. Prinzipiell sind jedoch auch beliebige Charakteristiken denkbar.

Überdrehzahlschutz

Die Brennkraftmaschine soll vor zerstörender Überdrehzahl geschützt sein, auch wenn in der Steuerkette vor der Einspritzpumpe ein Defekt auftritt. Deshalb ist vorgesehen, den Überdrehzahlschutz direkt in die elektrische Endstufe der Ansteuerung des Kraftstoffpumpen-Mengenstellwerks eingreifen zu lassen.

Um ein schnelles Eingreifen zu ermöglichen, wird das dem überdrehzahlschutz 120 zugeführte Drehzahlsignal nicht durch einen Tiefpaß gefiltert (bzw. höchstens über einen Tiefpaß mit sehr hoher Grenzfrequenz), wogegen alle anderen im Blockschaltbild verwendeten Drehzahlsignale gefiltert sind mit einer Tiefpaßfrequenz von ca. 6 Hz, um ungleichförmige Winkelgeschwindigkeiten während eines Brennkraftmaschinenzykluses nicht als Störanregung wirksam werden zu lassen.

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- 20 -

- 2Θ - R. '. 3ϋ 4

Startsteuerung

Die zum Starten erforderliche Einspritzmenge ist stetig abhängig von der Brennkraftmaschinentemperatur. Sie wird oberhalb einer bestimmten Drehzahl wieder vermindert und wird ganz abgeschaltet, sobald ihr Wert erstmals den vom Fahrer vorgewählten Wert unterschreitet, über die Größwert-Auswahlstufe 104 wird entschieden, ob die Normalmenge oder die Startmenge eingespritzt werden soll. Dazu bedarf es einer entsprechenden Steuerung des Startkennfeldes 118. Die Startmengensteuerung muß beim Anlassen der Brennkraftmaschine bzw. beim Einschalten der Spannung erst in die Startausgangslage gebracht werden. Dazu gibt es zwei mögliche Wege:

a) durch Betätigen des Anlassers, wobei dann jedoch beim Anrollstart des Fahrzeuges keine Startmenge geliefert wird,

b) bei Brennkraftmaschinendrehzahlen unterhalb eines vorgegebenen Wertes (z.B. 50 U/min) und eingeschalteter Spannung.

Der zuletzt genannte Weg hat sich als der Günstigere erwiesen. Bei Brennkraftmaschinen mit Abgasrückführung kann es zweckmäßig sein, beim Start diese Rückführung zu verhindern. Dazu dient die im Luftzweig angeordnete Umschaltung auf maximale Luftmenge mit Hilfe des Umschalters 96, solang die Startsteuerung in Betrieb ist.

Warmlaufsteuerung

Bei noch kalter Brennkraftmaschine kann es bis zum Erreichen der Betriebstemperatur zweckmäßig sein, ein gegenüber dem Kennfeld von Figur 6 geändertes Luft-Kraftstoffverhältnis einzuregeln. Dazu dient die Warmlaufsteueranordnung 95* die den Luftmengen-Sollwert mit einem temperatur- und/oder drehzahlabhängigen Faktor multipliziert.

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- R. wo ^

Fahrverhalten-Kennfeld, Anstiegsbegrenzung

Brennkraftmaschinen mit großem Drehmoment-A'nderungsverrnögen weisen beim schnellen Gasgeben eine starke Ruckelneigung aufgrund des scharfen Drehmomentensprungs auf. Deshalb ist vorgesehen, den Fahrer-Kraftstoffwunsch so zu verzögern, daß ein Ruck vermieden wird. Dazu wird eine Anstiegsbegrenzung (92) des Kraftstoffwunsches derart vorgenommen, daß nur ein maximales Λ Q™/ Δ Zeit zugelassen wird. Dieser Quotientenwert; kann zusätzlich drehzahlabhängig gemacht werden, da bei hoher Motordrehzahl ein schnelleres Δ Q /4 Zeit zulässig ist als bei niederer.

Das Pahrverhalten-Kennfeld 91 ist so gestaltet, daß steigende Drehzahl abnehmende Kraftstoffmenge pro Hub bewirkt und daß keine Pedal-Leerwege entstehen. Abnehmende Kraftstoffmenge pro Hub bei steigender Drehzahl dient der leichten Beeinflussung der Brennkraftmaschine über das Fahrpedal, da abnehmende Kraftstoffmenge mit geringer werdendem Drehmoment gleichzusetzen ist und somit die Feinfühligkeit der Steuerung der Brennkraftmaschine gesteigert wird. Damit wird eine gewisse Verstell-

charakteristik erzielt, stabilere Arbeitspunkte bezüglich Drehbedeutet .

zahl /Pedal-Leerwege können bei Brennkraftmaschinen mit Selbstzündung und reiner Drehzahlregelung entstehen, dann nämlich, wenn das Fahrzeug aus dem Schiebebetrieb und zurückgenommenem Fahrpedal wieder in den normalen Fahrbetrieb geführt wird. Die obengenannten Forderungen werden rait den in Figur 11 gezeigten Kennfeldern realisiert, in die auch die Höchstmengengr-enze für Vollast eingearbeitet ist.

Antiruckel-Regler

Fahrzeug und Brennkraftmaschine stellen ein schwingungsfähiges Gebilde dar, das bei Störanregungen, z.B. durch ein Schlagloch zum mehr oder weniger gedämpften Schwingen (Rukkeln) gebracht werden kann. Das Ruckein drückt sich in Dreh-

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τ R. L S? ■"'

zahländerungen oder Relativbewegungen zwischen Brennkraftmaschine und Karosserie aus. Abhängig von diesen Drehzahländerungen oder Relativbewegungen wird über den "Antiruckel-Regler" die Kraftstoffeinspritzmenge im Gegentakt so verändert, daß das Ruckein stark gedämpft wird. Der Regler 111 greift additiv sowohl auf den Kraftstoff-Sollwert für die Luftseite (am Summenpunkt 93) als auch auf die Kraftstoffseite (am Summenpunkt 103) ein. Hier allerdings nach der Kleinstwert-Auswahlstufe 102, da die Wirkung des Reglers 101 nicht durch Luftmangel unterdrückt werden darf.

Verzögerungsglied 101, Berücksichtigung der Vorgänge im Luftansaugrohr

Aufgrund physikalischer Gegebenheiten läßt sich eine neue Kraftstoffmenge wesentlich schneller einstellen als eine neue Luftmenge. Aus diesem Grund muß die Geschwindigkeit einer Kraftstoffmengenänderung an diejenige der Luftmengenänderung angepaßt werden. Dies geschieht durch ein Verzögerungsglied 101, wobei die Verzögerungszeit der Laufzeit der Luft vom Luftmengenmesser zu den Einlaßventilen entspricht.

Leerlaufregelung

Der Leerlaufregler 110 des Blockschaltbildes von Figur 9 besteht im einzelnen aus einem PI-Abtastregler mit Anschlag und einem realen D-Abtastregler (DVZl, D-Regler mit Verzögerungsglied 1. Ordnung) mit Abschaltmöglichkeit. Die entsprechende Anordnung ist in Figur 10 wiedergegeben. Eingangsgrößen des Leerlaufreglers nach Figur 10 sind ein. Temperaturwert über einen Eingang 130, ein Drehzahl-Istwert über einen Eingang sowie ein eine Differenzdrehzahl charakterisierender Wert für einen Eingang 132. Dem Eingang 130 ist ein Temperatur-Drehzahl-Kennfeld 133 nachgeschaltet, dem wiederum der Vergleichspunkt 13¹I des PI-Reglers 135 folgt. Der Eingang 132 ist über einen Summationspunkt I36 und einen Vergleichspunkt 137 mit einem D-Regler I38 gekoppelt. Vom Ausgang des Kennfeldgenerators 133

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führt eine Leitung 139 zum zweiten Eingang des Summenpunktes 136. Die negativen Eingänge beider Vergleichspunkte 13^ und sind mit dem Eingang 13I gekoppelt. Den Ausgang des Leerlaufreg lers von Figur 10 bildet der Ausgang l40 einer Summiersteile an der die Ausgangsgrößen der beiden Regler 135 und I38 addiert werden.

Die Führungsgröße für den PI-Regler 135 wird über das Temperatur-Drehzahl-Kennfeld des entsprechenden Kennfeldgenerators 133 bestimmt, wodurch die Leerlaufdrehzahl η _Ί-, brennkraft-

S O _L_L

maschinentemperaturabhängig vorgebbar ist. Additiv setzt sich die Führungsgröße für den D-Regler 138 aus der temperaturabhängigen Leerlauf-Solldrehzahl und einem konstanten Viert vom Eingang 132 zusammen. Die Stellgröße beider Regler v/erden addiert und greifen additiv im Kraftstoffzweig am Summenpunkt 103 nach der Kleinstwert-Auswahlstufe 102 ein. Die Konstante am Eingang 132 der Schaltungsanordnung von Figur 10 wird vom D-Reglers derart verarbeitet, daß bei schneller Drehzahlverminderung bereits oberhalb der eigentlichen Leerlaufdrehzahl eingegriffen und so eine Drehzahlunterschneidung verhindert wird, die im Sinne eines negativen überschwingens bei einer Drehzahlabsenkung auftreten kann und bei entsprechend großem Wert zum Stillstand der Brennkraftmaschine führen könnte.

Der PI-Regler 135 ist als quasi-stetiger PI-Abtastregler ausgeführt, der intern einen negativen und einen positiven Anschlag hat. Nach außen werden die negativen Stellgrößen unterdrückt, so daß nur positive Stellgrößen möglich sind. Die Führungsgröße für den Regler 135 ist die Soll-Leerlaufdrehzahl. Bei größeren Drehzahlen geht die Stellgröße entsprechend dem Zweck eines Leerlaufdrehzahlreglers auf Null zurück; bei kleineren geht sie bis zum positiven Anschlag. Der I-Anteil ist besonders bedeutsam im Hinblick auf lastbedingte Änderungen der Drehzahl, wenn z.B. Zusatzaggregate an- und abgeschaltet werden. Mittels des I-Anteil wird eine derartige "Störung" ohne bleibende Regelabweichung ausgeregelt und wieder die. Solldrehzahl eingestellt.

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- 2*» - R. 4 3 3

Der D-Regler I38 ist als ein realer D-Abtastregler (DYZl) ausgeführt, der nur bei mittleren und großen Schwankungen eine Stellgröße abgibt. Bei kleineren Schwankungen der Ist-Drehzahl, wie sie bei der Brennkraftmaschine durch die ungleichförmige Bewegung während einer Umdrehung auftreten, wird die Stellgröße vorzugsweise nach einer e-Funktion auf den Wert Null zurückgenommen bzw. vergrößert. Aufgrund der in Figur 10 angegebenen Schaltungsanordnung wird der D-Regler I38 bei Drehzahlen über ⁿsoll ⁺ ^ ⁿ "abgeschaltet" und ist nicht mehr wirksam.

Figur 12 zeigt ein gegenüber dem Prinzip von Figur 7 abgeändertes Verfahren zum Bestimmen eines eindeutigen Wertes aus einer mehrdeutigen Kennlinie. Es besteht in einem "dynamischen" Suchen per Rechnerprogramm mit der Strategie, möglichst schnell einen zulässigen Kraftstoffwert zu finden.

Ausgehend vom letzten Wertepaar Q„ ,, , Q₁. ,, werden dabei in einer Richtung diejenigen Kennfeldpunkte der Kennlinie ermittelt, die bei der vorhandenen Drehzahl Gültigkeit haben. Zuerst wird eine Klassifizierung aufgrund der bekannten Größen Q„ ..... ^QLalt> «Wisch» ^QLsoll ^{und Q}List vorgenommen. Dann wird bei der gegebenen Drehzahl aus Q„ , über das A. -Kennfeld ein eindeutiges Q_T ,, ermittelt. Dieses Wertepaar (Q„ , , Q_{T ΊΊ}) ergibt den Wunsch, der angestrebt werden soll. Aus den

JjSOIJL

Vergleichen Q_Kwunsch mit Q_Kalt, Q_List mit Q_Lalfc und Q_Lsoll mit Q₁- ,, wird der genaue Anfangspunkt und die Suchrichtung festgelegt. Die Suchstrategie ist so ausgelegt, daß bei zwei möglichen Werten für Q^-q^zulässig der Punkt ausgewählt wird, der am nächsten beim alten Wertepaar (Q_Kal+.j ¹^LaIt' ¹^^eS^t und/oder dessen Richtung zum Wunschpunkt (Qjrwunsch' ^Lsoll^ ^zeist. Führt der Suchvorgang in einer Richtung nicht zum Erfolg, d.h. gibt es im betrachteten Kurvenzweig keinen Wert mit Qt-J-+-5 ^so wird ab dem Anfangspunkt in der anderen Richtung gesucht. Es besteht auch die Möglichkeit, daß Q_T. , kleiner als das Kurven-

JjI St

minimum ist; in diesem'Fall wird aufgrund des Vorzeichenwechsels der Steigung das Minimum bzw. dessen Q_K__W +. ausgewählt. In Figur 12 ist ein Beispiel angegeben für den Fall Q_Kwunsch <C ^QKalt' ^QList < ^QLalt^{J Q}Lsoll ^{< Q}Lalf

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Figur 13 zeigt eine gegenüber der Schaltungsanordnung von Figur 2 vereinfachte Anordnung zur Einspritzmengenregelung. Der Unterschied besteht darin, daß keine Vorsteuerung des Kraftstoff mengenwertes stattfindet, d.h. die Verbindung von Ausgang 42 des Kennfeldgenerators 35 zum Eingang 50 des Kraftstoffreglers k9 in Figur 2 fehlt. Aufgrund des Fehlens dieser Kraftstoffmengenvorsteuerung wird zwar die in Figur 2 gezeigte Schaltungsanordnung in der Realisierung einfacher, doch ergibt sich ein geringeres Beschleunigungsvermögen des mit der Brennkraftmaschine ausgestatteten Kraftfa.hrzeuges (siehe Seite 9)· Welche der beiden Schaltungsanordnungen gewählt wird ist eine Frage des gewünschten Fahrkomforts und nicht zuletzt des geforderten Beschleunigungsvermögens.

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Claims (38)

1. ^R· i 3 J 4
   21.12.1977 Mtl/Ko

   ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1

   Ansprüche

   (l) Verfahren zur Zuraessung der einer Brennkraftmaschine zuzuführenden Kraftstoffmenge abhängig von Betriebskenngrößen und der Fahrpedalstellung, dadurch gekennzeichnet, daß abhängig von der der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmenge bzw. Luftmasse über wenigstens ein Kennfeld die zulässige Kraftstoffmenge bestimmt wird.
2. 2. Verfahren zur Zumessung der Kraftstoffmenge nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von der Fahrpedalstellung eine Soll-Luftmenge ermittelt wird, die über eine Misch- oder Drosselklappe und/oder eine Abgasrückführung gesteuert oder geregelt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß über eine Abgasrückführungsklappe die Ist-Luftmenge auf die Soll-Luftmenge eingestellt wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet, daß die der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoffmenge abhängig von Betriebskenngrößen und der Fahrpedalstellung vorgesteuert wird.

   90983 1/0257 ob,«,,,.. . - 2 -

   - 2 - R. _u 3 λ 4
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die der Brennkraftmaschine zuzuführende Kraftstoffmenge als kleinster Wert von vorgesteuerter und höchstzulässiger Kraftstoffmenge ausgewählt wird.
6. 6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere während eines Beschleunigungsvorganges die der Brennkraftmaschine zuzuführende Kraftstoff menge erhöht wird.
7. 7· Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere bei mehrdeutigen Kennlinien, Luftmenge pro Hub aufgetragen über der Kraftstoffmenge pro Hub, die Ermittlung eines eindeutigen Kraftstoffwertes aus einem Luftmengenwert mittels einer (eindeutigen) Begrenzerkennlinie durchgeführt wird, die vorzugsweise· in weiten Bereichen dem eindeutigen Teil der (gemessenen) Originalkennlinie folgt und für jeden Luftmengenwert der Wert der Begrenzerkennlinie
   und der Originalkennlinie erfaßt wird.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß von den zu einem bestimmten Luftmengenwert gehörenden Werten auf
   Original- und Begrenzerkennlinie vorzugsweise der kleinere Wert ausgewählt wird.
9. 9· Elektronische Kraftstoffzumeßeinrichtung für Brennkraftmaschinen zur Durchführung des Verfahrens nach wenigstens einem

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   - 3 - R. *>-3S *

   der Ansprüche 1 bis 8 mit Eingängen für Signale von Betriebskenngrößen und dem Fahrpedal und einer Kraftstoffmengenbestimmungsstufe₃ dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Kennfeld (35₃ 9*0, vorgesehen ist, dessen Eingänge mit Gebern wenigstens einer Betriebskenngröße und mittelbar oder unmittelbar mit einem Fahrpedalstellungsgeber (34, 91) verbunden ist, und mit dessen Ausgangssignal wenigstens eine gegenenfalls korrigierbare und der Brennkraftmaschine zuzuführende Soll-Luftmenge steuerbar ist.
10. 10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß neben der Soll-Luftmenge mittels eines Kennfeldes eine Soll-Kraftstoffmenge vorsteuerbar ist.
11. 11. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß aus Signalen bezüglich der Abgaszusammensetzung und/oder der Ist-Luftmenge über ein /L-Kennfeld (47, 113) eine zum Erhalt eines gut brennfähigen Gemisches erforderliche höchstzulässige Kraftstoffmenge ermittelbar ist.
12. 12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens das die höchstzulässige Kraftstoffmenge charakterisierende Signal einem Kraftstoffmengenregel- oder -steuerkreis zuführbar ist.
13. 13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kraftstoffmengenregel- oder -steuerkreis neben der höchst-

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    - 4 - R. 4 2-9 ^Λ

    zulässigen Kraftstoffmenge wenigstens eine der Größen Soll-Kraft stoff menge, Ist-Kraftstoffmenge und Beschleunigung zuführbar ist.
14. 14. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoffmengensteuer- oder -regelkreis (49) mit einem Leerlauf-Drehzahlregler (110) und/oder Antiruckelregler (111) gekoppelt ist.
15. 15· Einrichtung nach Anspruch H₃ dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoffmengensteuer- oder -regelkreis (49) eine Minimalwert-Auswahlstufe (60) für Signale der Soll- und der zulässigen Kraftstoffmenge aufweist.
16. 16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Minimalwert-Auswahlstufe (60) eine Korrekturstufe vor- und/ oder nach- und/oder nebengeschaltet ist.
17. 17. Einrichtung nach Anspruch l6, dadurch gekennzeichnet, daß der Minimalwert-Auswahlstufe (60) eine Multiplizierstufe (6l) oder Addierstufe zugeordnet ist und der Multiplikationsfaktor bzw. der Additionswert abhängig von der gewünschten Beschleunigung wählbar ist.
18. 18. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffsteuer- und/oder -regelstufe einen Regler (62) insbesondere für die Eingangsgrößen der Ist- und zulässigen Kraftstoffwerte aufweist.

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19. 19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (62) vorzugsweise wenigstens eine I-Charakteristik aufweist.
20. 20. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis l8., dadurch gekennzeichnet, daß dem Fahrpedal (32) eine Anstiegsbegrenzerstufe (65, 92) nachgeschaltet ist.
21. 21. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,

    daß das Signal der Soll-Kraftstoffmenge einem Steuer- und/oder Regelkreis für die Drosselklappenstellung und/oder die Abgasklappenstellung zuführbar ist.
22. 22. Einrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuer- oder Regelkreis für die Luftmenge insbesondere mit Korrekturstufen (II8, 96, 95) für die Startsteuerung und/oder Warmlaufsteuerung gekoppelt ist.
23. 23. Einrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß im Startfall eine maximale Luftmenge vorgegeben wird.
24. 2k. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß dem Pahrpedal (32)' ein Fahrverhalten- und Vollastbegrenzungs-Kennfeld (91) und/oder eine Kraftstoffmengen-Anstiegsbegrenzungsstufe (97) nachgeschaltet ist.
25. 25. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Fahrpedal (32) ausgehende

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    - 6 - R. ai 3 ö ί

    Soll-Kraftstoffmengensignal über eine Verzögerungsstufe (101) geführt wird.
26. 26. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 2O₃ dadurch gekennzeichnet, daß die zulässige Kraftstoffmenge aus der Ist-Luftmenge über ein Begrenzerkennfeld (113) ermittelt
    wird, das wenigstens im nicht zweideutigen Bereich der Originalkennlinie von Luftmenge pro Hub aufgetragen über der Kraftstoffmenge pro Hub folgt.
27. 27- Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Begrenzerkennfeldes (113) und ein Wunschkraftstoffmengensignal vorzugsweise
    nach der Verzögerungsstufe (101) einer Kleinstwertauswahlstufe (102) zuführbar ist, der ein Summenpunkt (103) für ein zusätzliches Signal von der Leerlaufdrehsahlregelstufe (110) und/
    oder Antiruckelstufe (111) folgt und daran sich ein Korrekturglied (104) für die Startsteuerung anschließt.
28. 28. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 27_} dadurch gekennzeichnet, daß der eigentlichen Mengenbestimmungseinrichtung (100, 108) ein wenigstens ein I-Verhalten aufweisender Regler (114, 115) zugeordnet ist.
29. 29. Einrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß eine Überdrehzahlschutzstufe (120) insbesondere unmittelbar
    mit dem Kraftstoffmengenbestimmungsglied (IO7, IO8) gekoppelt ist.

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    - 7 - R. ■ 4 39 *
30. 30. Einrichtung nach Anspruch 27 _a dadurch gekennzeichnet, daß der Leerlaufregler (110) aus einem PI- und einem D-Regler (135, 138) besteht 3 die Soll-Drehzahl aus einem Temperatur-Drehzahl-Kennfeld (133) bestimmt wird, und der D-Regler bereits oberhalb eines wählbaren Wertes über der Leerlaufdrehzahl wirkt.
31. 31. Einrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß im PI-Regler (135) negative Stellgrößen unterdrückt werden.
32. 32. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang eines vorzugsweise ein PI-Verhalten aufweisendes Reglers (70), dem mittelbar oder unmittelbar Ist-Kraftstoffmengen- und Luftmengenwerte zuführbar sind, mit einem Drift-Regler (77) vor insbesondere einem Kennfeld (35) gekoppelt ist.
33. 33· Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehrdeutigen Kennlinien Luftmenge pro Hub über Kraftstoffmenge pro Hub, die Lage der Extremwerte abgespeichert werden, der vom Fahrpedal (32) her vorgegebene Kraftstoffwünsch mit dem beim jeweiligen Extremwert liegenden Kraftstoffwert verglichen wird und damit entscheidbar ist, welcher Kennlinienast für die Kraftstoffmengenbestimmung Gültigkeit hat.
34. 34. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe eines Rechenprogrammes

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    - 8 - R. / 3 H κ

    in einem Rechner bei mehrdeutigen Kennlinien, Luftmenge pro Hub über Kraftstoffmenge pro Hub, ausgehend von einem alten Luftmengen- und Kraftstoff mengenwert ein neuer Viert gesucht wird.
35. 35. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft- und/oder Kraftstoffmengenmessung mittels Hitzdraht und/oder Heißfilmsonden erfolgt.
36. 36. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 35> dadurch gekennzeichnet, daß die Kennfelder ausgehend von abgespeicherten Stützstellenwerten mittels Interpolation in einem Rechner erfolgt.
37. 37- Einrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitung digital erfolgt.
38. 38. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 37 ₃ gekennzeichnet durch eine möglichst umfassende integrierte Bauweise.

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