DE3120667C2 - - Google Patents
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- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/40—Engine management systems
Description
Die Erfindung geht aus von einem Steuersystem für eine
fremdgezündete Brennkraftmaschine nach der Gattung des
Hauptanspruchs. Ein steuerbarer Bypaß zur Drosselklappe
dient in der Regel dazu, im Leerlauffall, d. h. bei geschlossener
Drosselklappe, eine bestimmte Drehzahl einregeln
zu können. Wird bei derartigen bekannten Systemen
(z. B.
(1) Toyota Engine 4 V-EU E-VG System Troubleshooting Manual,
1978-11, Seiten 1-11;
(2) Nissan: ECCS, L-System Engine, Technical Reference Book,
Seiten 1-7)
die Luftmenge zum Bestimmen der erforderlichen Kraftstoffmenge
gemessen, dann liegt der Luftmengenmesser vor der
Bypaßabzweigung stromaufwärts zur Drosselklappe, damit
auch der Bypaßluftanteil erfaßt wird. Auf diese Weise
erhält man dann sogenannte Füllungsregler mit konstanten
Kraftstoff-Luftverhältnissen.
Von Nachteil bei diesen bekannten Systemen ist, daß ihre
Anwendung auf luftmengenmessende Systeme begrenzt ist und
somit z. B. keine Kraftstoffzumeßsysteme Verwendung finden
können, die lediglich abhängig von der Drehzahl und der
Drosselklappenstellung die Kraftstoffmenge bestimmen. Des
weiteren kann bei den bekannten Systemen das Kraftstoff-Luftgemisch
im Leerlauffall nicht beeinflußt, d. h. optimiert
werden, weil zu jeder Gesamtluftmenge ein Kraftstoffmengenwert
bestimmt wird. Ferner läßt sich der Bypaß
bekannter Art nicht im Zusammenhang mit einer verbrauchsoptimalen
Regelung verwenden. Dies deshalb, weil für die
Verbrauchsoptimierung die Luftmenge bei konstanter Kraftstoffmenge
gewobbelt wird.
Das erfindungsgemäße Steuersystem mit den Merkmalen des
Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine
größtmögliche Zahl von Freiheitsgraden bei der Beeinflussung
des Kraftstoff-Luft-Gemisches erreichbar ist.
So lassen sich die Luftmenge und die Kraftstoffmenge getrennt
einstellen, was zu einer besseren Optimierung
der Regelung führt. Dabei ist von besonderem Vorteil,
daß dieser Bypaß im Teillastbereich zur Erzeugung eines
Testsignals für eine verbrauchsoptimale Regelung benutzt
werden kann, da sich beim erfindungsgemäßen Steuersystem
die Beeinflussung der Kraftstoffmenge abschalten läßt.
Weitere Vorteile ergeben sich in Verbindung mit den Unteransprüchen
aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben und
erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Blockdarstellung des
Steuersystems,
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Einzelheit
des Gegenstandes von Fig. 1,
Fig. 3 eine Kennlinie
zum Erläutern des Steuersystems von Fig. 1 und die
Fig. 4 bis 6 Blockschaltbilder für unterschiedliche
Eingriffmöglichkeiten in das System im Zusammenhang
mit einer Lambda-Regelung, einer Laufruhe-Regelung
sowie einer verbrauchsoptimalen Regelung.
Das Ausführungsbeispiel von Fig. 1 betrifft eine Leerlauf-Drehzahlregelung
bei einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine
mit Kraftstoffeinspritzung. Mit 10 ist die Brennkraftmaschine
selbst bezeichnet, mit 11 ihr Luftansaugrohr mit einer Drosselklappe
12, einem Luftmengenmesser 13, einem Drosselklappe
und Luftmengenmesser umgehenden Bypaßkanal 14 und einem
darin angeordneten Querschnittssteuerelement 15, 16
kennzeichnet das Stellorgan für das Querschnittssteuerelement
15 im Bypaßkanal 14. Ein Fahrpedal ist mit 17 bezeichnet.
Es wirkt unmittelbar auf die Stellung der Drosselklappe
12 ein, und diese Stellung wird mittels des Drosselklappen-Winkelgebers
18 erfaßt. An der Brennkraftmaschine
selbst sind ein Temperatursensor 20, ein Sensor 21 für die
Drehzahl bzw. Umlaufdauer sowie ein Momentensensor 22 angebracht.
Mit 23 ist schließlich ein Abgassensor im Abgasrohr 24 bezeichnet.
Die Kraftstoffzumessung erfolgt über wenigstens ein Einspritzventil
25, das einen Grundansteuerimpuls ti aus einem
ersten Zeitglied 26 erhält, das wiederum Eingangssignale
vom Luftmengenmesser 13 oder vom Drosselklappen-Winkelgeber 18
sowie vom Drehzahlsensor 21 zugeführt bekommt. Ein Sonderzumeßsignal
til wird im zweiten Zeitglied 27 gebildet. Die Ausgangssignale
der beiden Zeitglieder 26 und 27 gelangen entweder über
einen Summenpunkt 28 auf das Einspritzventil 25 oder jedoch über
einen neben den Summenpunkt gestrichelt gezeichneten Wechselschalter
29.
Eingangssignale für das zweite Zeitglied 27 sind Signale vom
Temperatursensor 20, von einem Regler 30 (z. B. Lambda-, Laufruhe-
oder Verbrauchsregler) und von einem Regelgerät 31 für die
Leerlauf-Drehzahl. Dabei entspricht das Signal vom Regelgerät 31
für die Leerlaufdrehzahl dem Ansteuersignal für das Stellorgan 16
des Querschnitt-Steuerelements 15. Eingangsgrößen für dieses
Regelgerät 31 sind ein Ausgangssignal des Drosselklappen-Winkelgebers
18, des Temperatursensors 20 sowie des Drehzahlgebers 21.
Darüber hinaus ist ein Eingang für eine Batteriespannungskorrektur
vorgesehen. Schließlich erhält das Regelgerät 30 vom Drehzahlsensor
21, vom Momentsensor 22 und vom Abgassensor 23 seine
Eingangssignale.
Wesentlich beim Gegenstand von Fig. 1 ist nun, daß im
Gegensatz zu den bekannten Systemen der Bypaßkanal 14
Drosselklappe 12 und Luftmengenmesser 13 überbrückt. Aus
diesem Grund beeinflußt die durch den Bypaß strömende
Luftmenge zumindest nicht unmittelbar die zuzumessende
Kraftstoffmenge.
Erfindungsgemäß wird beim Gegenstand von Fig. 1 eine zusätzliche
Kraftstoffmenge in Abhängigkeit vom Öffnungsquerschnitt
des Bypasses bestimmt. Dadurch ist jede beliebige
Abhängigkeit einstellbar. Beim Ausführungsbeispiel
ist als Kraftstoffzumeßsystem eine Einspritzanlage gewählt.
Somit muß hier die Einspritzzeit beeinflußt werden. Die
Abhängigkeit der Einspritzzeit im Leerlauf tiL vom Querschnitt
der Bypaßöffnung bzw. vom Ansteuersignal τBP des Stellorgans 16
sowie
von der Drehzahl n ist definiert durch die folgende Beziehung:
Hierin bedeuten a, b und c wählbare Konstanten.
Neben der Bestimmung von tiL über die angegebene oder eine andere
Formel (z. B. tiL=a · τBP+b) mit τBP und n als unabhängigen
Variablen läßt sich die Einspritzzeit auch z. B. aus einem Kennfeld
entweder unmittelbar entnehmen oder jedoch über einen
Interpolationsvorgang.
Die Bestimmung der Formelkonstanten a, b und c bzw. des Kennfeldes
erfolgt experimentiell.
Fig. 2 zeigt ein Kennlinienfeld, wie es sich aus der oben angegebenen
Formel ergibt.
Fig. 3 zeigt in einem detaillierteren Blockschaltbild eine Einzelheit
des Gegenstandes von Fig. 1, nämlich des Regelgeräts 31 für
die Leerlaufdrehzahl. Dem Eingang für die Drehzahlsignale vom Drehzahlsensor
21 ist eine Impulsformerstufe 35 nachgeschaltet. Es folgt
ein Soll-Istvergleich 36 bezüglich der Drehzahl, wobei die Solldrehzahl
beim gewählten Beispiel abhängig von der Istdrehzahl,
der Motortemperatur und der Batteriespannung gewählt wird.
Block 37 bestimmt eine sogenannte tote Zone. Sie bewirkt
einen gewissen Unempfindlichkeitsbereich im Ansprechverhalten
der Drehzahlregelung. Nachgeschaltet ist dem Block 37
ein Schalter 38 zur Umschaltung von der Drehzahlregelung auf
die Verbrauchsregelung. Dabei wird die Schaltstellung dieses
Schalters 38 vom Ausgangssignal des Blocks 37 bestimmt.
Wenn es einen zu hohen Wert aufweist, dann wird über eine
Leitung 39 der Verbrauchsregler 40 abgeschaltet, d. h.
das Testsignal des Verbrauchsreglers wird gestoppt, und
der Schalter 38 gelangt in die gezeichnete Schaltstellung
für eine Drehzahlregelung. Dadurch wird sichergestellt,
daß die Einrichtung bei einer zu großen Drehzahlabweichung
vom Sollwert in den Drehzahlregelbetrieb übergeht während
die sonst als Verbrauchsregler arbeiten kann. Die Verbrauchsregelung
braucht dabei nicht ständig aktiv zu sein. Es genügt,
wenn sie in gewissen Zeitabständen von z. B. einigen
Sekunden jeweils kurzzeitig arbeitet.
Dem Schalter 38 folgt ein PID-Regler 42 mit einem Steuereingang
43 für die Anpassung der einzelnen Parameter an
einzelne Betriebskenngrößen, z. B. an die Regelabweichung
der Drehzahl. Es schließt sich eine Begrenzungseinrichtung
44 für das Ausgangssignal des Reglers 42 an, wobei
zweckmäßigerweise die obere und/oder untere Begrenzung
von Betriebskenngrößen wie Istdrehzahl, Motortemperatur
und Drosselklappenposition beeinflußbar ist. In einem
nachfolgenden Analog/Digital-Wandler 45 erfolgt schließlich
die Aufbereitung des Ausgangssignals der Begrenzungsstufe
44 in ein impulslängenmoduliertes Signal
zur unmittelbaren Ansteuerung des Stellorgans 16 und
des zweiten Zeitgliedes 27.
Einzelheiten des zweiten Zeitgliedes 27 zum Beeinflussen
der zuzumessenden Kraftstoffmenge abhängig vom
Öffnungsquerschnitt des Bypasses 14 zeigen die Fig. 4,
5 und 6.
Nach Fig. 4 umfaßt der Block 27 als zweites Zeitglied des
Gegenstandes von Fig. 1 ein Kennlinienfeld 50 und eine
Multiplizierstufe 51, der die Ausgangssignale von Kennlinienfeld
50 und einem Kennliniengenerator 52 zugeführt werden.
Ausgangsseitig steht die Multiplizierstufe 51 unmittelbar mit
einem Ausgang 53 zur Abgabe des Signals tiL zur Verfügung.
Während das Ausgangssignal des Kennliniengenerators 52
von einem Temperatursignal über einen Eingang 54 abhängig
ist, werden die einzelnen Eingangsgrößen des Kennfeldes
50 durch die Eingangssignale τBP und n und die Werte a,
b und c bestimmt, die als separate Größen im Regelgerät 30 gebildet
werden.
Hauptbestandteil des Blocks 30 wiederum ist ein Regler
55 mit Integralverhalten, dessen Eingangssignal aufgrund
eines nur im Leerlauffall geschlossenen Schalters 56
von der Abgaszusammensetzung bestimmt wird. Dafür sorgt
ein Lambda-Soll-Istvergleich über eine Vergleichsstufe 57
mit einem Sollwert aus einer entsprechenden Sollwertvorgabestufe
58 und dem jeweiligen gemessenen und in
einer Steuerstufe 59 aufbereiteten Lambda-Istwert.
Die Anordnung nach Fig. 4 zeichnet sich nun dadurch aus,
daß die im zweiten Zeitglied 27 von Fig. 1 vorgenommene
Umsetzung des Ansteuersignals τBP für das Stellorgan 16
in ein Kraftstoffzumeßsignal tiL
- - additiv durch Ändern der Parameter b oder c,
- - multiplikativ durch Ändern des Parameters a, oder
- - additiv und multiplikativ beeinflußt werden kann.
Hinzu kommt eine überlagerte Regelung mit Integrationsverhalten
für diese einzelnen Werte und die Möglichkeit
einer Regelung des Gemischs auf Lambda=1 mit Hilfe
eines Lambda-Signals von der Sonde 23.
Fig. 5 zeigt prinzipiell die gleiche Anordnung wie Fig. 4
mit dem einen Unterschied, daß das Regelgerät 30 nicht der
Lambda-Regelung dient, sondern der Regelung auf einen bestimmten
Laufruhewert. Dazu gelangt ein Signal vom Drehzahlgeber
21 zu einem Laufruhe-Meßgerät 60, in dem Frequenzänderungen
im Ausgangssignal des Gebers
21 in Laufruhewerte umgesetzt werden und diese Werte dann
im Sinne einer Laufruheregelung weiterverarbeitbar sind.
Fig. 6 zeigt schließlich Details des Regelgeräts 30 in
Verbindung mit einer Verbrauchsregelung (bemin). Das Signal
vom Drehzahlgeber 21 gelangt hier über einen Impulsformer 61
zu einem bemin-Regler 62 mit einem Test-Signalgenerator 63.
Bei Vorhandensein eines Drehmomentengebers 22 wird dessen
Ausgangssignal anstelle des Drehzahlsignals dem bemin-Regler
62 zugeführt, was eine schnelle Regelung ermöglicht. Der
Testsignalgenerator 63 weist einen Eingang zum unterbrechen
der Testsignale bei zu großer Drehzahl-Regelabweichung auf.
(Siehe hierzu die Leitung 39 in Verbindung mit Fig. 3.)
Über eine Ausgangsleitung 64 wird der Schalter 38 von
Fig. 3 ausgeschaltet, so daß das Ausgangssignal des Regelgeräts
33 (Fig. 3) keine Änderung erfährt.
Andererseits gelangt jedoch über einen Ausgang 65 des
Testsignalgenerators 63 ein digitales Testsignal zu einer
Addierstufe 67 in der Ansteuerleitung für das Stellorgan
16. In dieser Addierstufe 67 wird dann aufgrund des geöffneten
Schalters 38 das Ausgangssignal des Reglers 31 mit
dem Testsignal geändert und dadurch die Bypaßluftmenge gewobbelt.
Aufgrund dieser Signalverknüpfung ergibt sich eine
zyklische Veränderung des Bypaßquerschnittes und damit eine
zyklische Abmagerung des Gemisches, ohne daß das zweite
Zeitglied 27 von Fig. 1 zur ergänzenden Kraftstoffzumessung
zum Tragen kommt.
Die über die Einrichtungen von Fig. 4 bis 6 erreichbaren
überlagerten Regelungen sind in ihren Auswirkungen je
nach Brennkraftmaschinentyp aufeinander abzustimmen. Hierzu
bieten sich unterschiedliche Integrationszeitkonstanten
z. B. beim Integralregler 25 oder z. B. ein zusätzlicher
Proportionalanteil an.
Neben der Beeinflussung der Leerlaufeinspritzzeit tiL können
die überlagerten Regelungen in prinzipiell
bekannterweise zusätzlich zur Optimierung der Einspritzzeit
außerhalb des Leerlaufbereichs benutzt werden, was durch das
Signal 32 in Fig. 1 angedeutet ist.
Es hat sich gezeigt, daß das oben beschriebene Steuersystem
aufgrund der Kraftstoffmengensteuerung abhängig vom
Bypaßquerschnitt eine sehr exakte Kraftstoffmenge bei
hohem Fahrkomfort zu liefern vermag und darüber hinaus
aufgrund der vielfältigen Eingriffsmöglichkeiten die
unterschiedlichsten Parameter zu berücksichtigen im
Stande ist.
Claims (8)
1. Steuersystem für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine mit einer
Drosselklappe im Luftansaugrohr, einem steuerbaren Bypaß zur
Drosselklappe und mit einem Kraftstoffzumeßsystem, das abhängig vom
Luftdurchsatz im Ansaugrohr die zuzumessende Kraftstoffmenge
bestimmt, gekennzeichnet durch
- - erste Mittel (1. Zeitglied 26) zur Erzeugung eines Kraftstoffzumeßsignals abhängig von der Luftmenge über die Drosselklappe,
- - zweite Mittel (2. Zeitglied 27) zur Erzeugung eines Sonderzumeßsignales (tiL) bei bestimmten Betriebszuständen, das abhängig vom Steuersignal für ein die Bypaßöffnung steuerndes Stellorgan (16) ist,
- - und die der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoffmenge durch die beiden einzelnen Kraftstoffzumeßsignale, die von den ersten und zweiten Mitteln erzeugt werden, steuerbar ist.
2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das im
zweiten Mittel erzeugte Sonderzumeßsignal außer von Steuersignalen
für das Bypaß-Stellorgan (16) von der Drehzahl, der Temperatur, der
Abgaszusammensetzung, der Laufruhe oder dem spezifischen
Kraftstoffverbrauch beeinflußbar ist.
3. Steuersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das Sonderzumeßsignal additiv zum Grundzumeßsignal des ersten
Mittels wirkt (Addierstelle 28).
4. Steuersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das Sonderzumeßsignal alternativ zum Grundzumeßsignal des ersten
Mittels wirkt (Wechselschalter 29).
5. Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet daß das Sonderzumeßsignal nach der Formel
tiL=a*(τBP-b)/n+c ermittelt wird mit
a, b, c = wählbaren Konstanten,
τBP = Ansteuersignal für das Stellorgan 16,
n = Drehzahl.
a, b, c = wählbaren Konstanten,
τBP = Ansteuersignal für das Stellorgan 16,
n = Drehzahl.
6. Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet daß das Sonderzumeßsignal aus einem Speicher (50,
52) auslesbar ist.
7. Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet daß über die Steuerung der Bypaßöffnung (15) und das
Sonderzumeßsignal eine Lambdaregelung oder Laufruheregelung oder
Verbrauchsregelung erfolgt.
8. Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet daß zur an sich bekannten Verbrauchs-(bemin)Regelung im Leerlauf
und/oder Teillastbereich das Sonderzumeßsignal konstant gehalten
wird.
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ID=6133121
Family Applications (1)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8125 | Change of the main classification |
Ipc: F02D 41/32 |
|
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) |