DE3129484C2

DE3129484C2 - Vorrichtung zur Regelung der Drehzahl einer Brennkraftmaschine im Leerlauf

Info

Publication number: DE3129484C2
Application number: DE3129484A
Authority: DE
Inventors: Manfred 4044 Kaarst Henning; Wolfgang 5276 Wiehl Misch
Original assignee: Bosch and Pierburg System OHG
Current assignee: Pierburg GmbH
Priority date: 1981-07-25
Filing date: 1981-07-25
Publication date: 1983-10-13
Also published as: IT8222562A1; IT1152454B; IT8222562A0; DE3129484A1; FR2510191A1; FR2510191B1

Abstract

Vorrichtung zur Regelung der Drehzahl von Brennkraftmaschinen, vorzugsweise im Leerlauf, wobei ein pneumatischer Porportionalregler vom Saugrohrdruck über ein Meßglied gesteuert einen einen Zufuhrkanal überdeckenden Schieber als Stellglied so betätigt, daß sich vorzugsweise für die Leerlaufdrehzahl eine Proportionalregelung ergibt. Meßglied und das als Schieber ausgebildete Stellglied können dabei identisch sein. Diesem Grundregelsystem ist mit Hilfe eines Strom/Kraftwandlers eine elektromechanische Korrekturgröße überlagert, wobei das integrale Verhalten der Korrekturgröße die sonst bleibende Regelabweichung des mechanischen Grundreglers eliminiert.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Eine solche Vorrichtung ist bekannt aus der DE-PS 9 25 919 bzw. dem DE-GM 19 96 308. Bei beiden Vorrichtungen ist eine vom effektiven Saugrohrdruck gesteuerte Membrandose vorhanden, wobei die sich bei änderndem Saugrohrdruck ergebende Membranverstellung auf eine Düsennadel oder auf ein den Querschnitt eines Leerlauf-Zufuhrkanals verengendes mechanisches Stellglied wirkt. Dabei ist eine Federvorspannung der Membran so getroffen, daß sich bei mit steigender Leerlaufdrehzahl größer werdender Unterdruckwirkung im Saugrohr eine Verstellung des den Leerlauf-Zufuhrkanal verschließenden Stellglieds in Richtung auf geringere Kraftstoffmengen ergibt. Eine solche Regelwirkung sichert eine mittlere Leerlaufposition, allerdings mit dem Nachteil, daß aufgrund der nur proportional verlaufenden Stellgliedwirkung eine bleibende Regelabweichung hingenommen werden muß und auch Schwingungen des Systems nicht ausgeschlossen sind, was zu einem Leerlaufsägen der mit einer solchen Leerlaufregelung ausgestatteten Brennkraftmaschine führen kann. Als nachteilig könnte angesehen werden, daß es nicht möglich ist. zusätzliche Einfluß- oder Korrekturgrößen zu überlagern oder optimierende Einflüsse auf die Dynamik des Regelverhaltens auszuüben.

Die bekannten Vorrichtungen sind zwar in der Lage bei steigender oder hoher Drehzahl und geschlossener Drosselklappe, wie sie für Schubbetrieb (Bergabfahren) eines Kraftfahrzeugs charakteristisch sind, die Leerlauf-Kraftstoffzufuhr zu unterbrechen, es müssen dann aber Sprünge im Regelverhalten bei Wiedereintritt in den Regelbereich hingenommen werden.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Regelung der Drehzahl einer Brennkraftmaschine im Leerlauf und/ oder im leerlaufnahen Drehzahlbereich hat den Vorteil, daß die Leerlaufdrehzahl auf einem konstanten und auf Wunsch auch variabel vorgebbaren Wert aufrechterhalten werden kann, und zwar unter Zugrundelegung des pneumatisch mechanischen, auf den Saugrohrdruck reagierenden Grundsystems in Überlagerung durch eine oder mehrere Korrekturgrößen, die über ein elektromechanisches Stellglied auf die mechanischen Verschipbebewegungen zur Querschnittssteuerung des Leerlauf-Zufuhrkanals einwirken.

Die Überlagerung der elektrisch oder elektronisch gewonnenen und verarbeiteten Korrekturgröße und ihr elektromechanischer Eingriff auf die Verschiebebewegung des Stellglieds ermöglicht die Eliminierung der im mechanischen Grundsystem vorhandenen bleibenden Regelabweichung sowie eine Verbesserung der Dynamik des Regelverhaltens im Sinne einer Optimierung.

Ferner ist es möglich, als Korrekturgrößen auch vorübergehende Betriebszustände der Brennkraftmaschine einzubeziehen, beispielsweise Temperatur, Gegebenheiten beim Kaltstart, beliebige Zeitverzögerungsfunktionen u. dgl., die in vereinfachter Weise aufbereitet werden können.

Insgesamt ergibt sich so ein mechanisch-pneumatischer Grundregler mit einer überlagerten, elektromechanischen Korrektur mit Integralverhalten, wodurch eine einfache konstante Drehzahlaufbereitung bei geringem Leistungsbedarf für den elektromechanischen Wandler sichergestellt ist. Die Erfindung läßt sich sowohl für die Leerlaufeinstellung oder bei der Einstellung im leerlaufnahen Drehzahlbereich verwenden als auch als Bypaß-Steuersystem, beispielsweise als Gemischbypaß bei Vergasern oder als Luftbypaß bei Luftmengen in Einspritzsystemen.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in schematisierter Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines mechanisch-pneumatischen Grundreglers mit elektromechanischer Korrekturüberlagerung, wobei bezüglich der Aufbereitung der elektrischen Zusatz-Einflußgröße lediglich eine aus der Vielzahl von einflußnehmenden Regelgrößen dargestellt ist, hier zur Konstanthaltung der Leerlaufdrehzahl;

F i g. 2 zeigt die Abhängigkeit des absoluten Saugrohrdrucks von der Drehzahl schematisch anhand eines Diagramms.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die Grundeinsteliung bei der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung erfolgt mittels eines pneumatischen Proportionalreglers, der abhängig vom Saugrohrdruck einen Füllungseingriff in der Weise vornimmt, daß bei steigendem Saugrohrdruck die Füllung zunimmt. Dieser mechanisch-pneumatischen Proportionalregelung, die im Endeffekt eine Verschiebung, also eine Wegänderung für ein beliebiges Stellglied bedeutet, wird e^;ne vorzugsweise elektronisch erzeugte und elektromechanisch zur Einwirkung gebrachte Korrekturgröße überlagert, und zwar mit Hilfe eines Strom/Kraftwandlers.

Ein Ausführungsbeispiel ist in F i g. 1 gezeigt, in welcher mit 1 allgemein ein Teilausschnitt aus einem Vergaser dargestellt ist, mit Saugrohr 2, Drosselklappe 3 und einem Zufuhrkanal 4, der bei 5 in das Saugrohr einmündet und der an dieser Stelle Kraftstoff, ein Kraftstoffluftgemisch oder Luft oder, bei beliebiger allgemeiner Anwendung, ein Fluidum in den Hauptkanal 2 einbringen kann.

Aufgrund des Zusammenhangs von Leerlaufdrehzahl und Saugrohrdruck ergibt sich zunächst eine Proportionalregelung für die Leeriaufdrehzahl, ein Zusammenhang, der qualitativ durch die Kurve I der Fig. 2 dargestellt ist. Man erkennt, daß ausgehend von einer angenommenen Soll-Leerlaufdrehzahl no bei einem Anstieg dieser Drehzahl der Absolutdruck PsRabs im Saugrohr 2 abfällt, während sich bei sinkender Leerlaufdrehzahl ein Anstieg des Absolutdrucks bemerkbar macht. Die Erfindung nutzt diesen Zusammenhang aus und ordnet angrenzend an das Saugrohr 2 einen Kolben 6 so an, daß er auf seiner einen Seite dem Saugrohrdruck PsRabs ausgesetzt ist. Der Kolben 6 bildet das Stellglied für die Bestimmung der aus dem Zufuhrkanal 4 in das Saugrohr 2 gelangenden Fluidummenge, wie beispielsweise des Leerlauf-Kraftstoffluftgemischs.

An der dem Saugrohr 2 abgewandten Seite des Kolbens 6 kann ein konstanter Druck einwirken, wie beispielsweise der atmosphärische Druck oder auch ein anderes Druckniveau. Es ergibt sich dann eine auf den Kolben 6 einwirkende Druckdifferenz AP, wobei über eine Kolbenstangenverlängerung 7 am Meßglied noch eine Vorspannungsfeder 8 angreift. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die kolbenstangenartige Verlängerung 7 durch eine öffnung 9 eines stationären rückwärtigen Wandteils 10 etwa des hier teilweise dargestellten Vergasers geführt, an welchem Wandteil 10 sich die Feder auch abstützt. Andererseits stützt sich die hier als Druckfeder ausgebildete Vorspannfeder 8 an einem Federteller 11 ab, der am freien Ende der Kolbenstangenverlängerung festgemacht ist. Zwei beidseitig des stationären Wandteils noch angeordnete Anschläge 12a und \2b bilden eine Hubbewegung für den Verschiebeweg des Meßglieds.

Sinkt der Druck im Saugrohr aus Gründen einer Erhöhung der Leerlaufdrehzahl ausgehend vom Sollwert /Jo ab, dann wird die Druckdifferenz AP größer, wenn auf die Kolbenrückseite der atmosphärische Druck einwirkt. Dies führt dazu, daß sich eine Verschiebung des Kolbens 6 in der Zeichenebene nach rechts und damit eine stärkere Überdeckung des Mündungsquerschnitts des Zufuhrkanals 4 ergibt, so daß die Brennkraftmaschine weniger Gemisch zugeführt erhält und die Drehzahl absinkt. Es ergibt sich so in Abhängigkeit von der an dem Kolben 6 wirkenden Druckdifferenz und der Federcharakteristik eine Funktion für die Leerlauf-Gemischmenge.

Eine solche Regeleinrichtung stellt einen Proportionalregler dar mit den ihm innewohnenden Nachteilen, beispielsweise bleibende Regelabweichung und die Möglichkeit, daß es zu Schwingungen des Systems kommt.

Diesem Proportionalregelverhalten des Grundsystems wird eine elektromechanische Korrekturgröße überlagert, und zwar mit Hilfe eines Strom/Kraftwandlers, der in Fig. 1 in einer besonders einfachen Form dargestellt und als Hubmagnet 15 ausgebildet ist. Der Hubmagnet 15 umfaßt eine Solenoidwicklung 15a und ein magnetisierbares Ankerstück 15£>.

Durch die Oberlagerung der Korrekturgröße F_Korr, die eine beliebige Variable oder eine Summe beliebiger weiterer Variablen sein kann, ergibt sich folgende Formel für die Grundsystemfunktion:

F_Fcd + F_Korr = AP ■ A.

Eine mögliche Ausführungsform für die Erzeugung der elektromechanischen, den Regeleingriff der Grundfunktion überlagernden Korrekturgröße Fnon zeigt die Fig. 1 zur Drehzahlregelung im Leerlauf. Von einem Oszillator 16 wird, gegebenenfalls nach Untersetzung, eine Leerlauf-Sollfrequenz /?o erzeugt und einer Vergleicherschaltung 17 zugeführt, deren anderem Eingang der Istwert η der Brennkraftmaschinendrehzahl zugeführt ist. 1st der Oszillator 16 beispielsweise als VCO-Oszillator (spannungsgesteuerter Oszillator = voltage controlled oscillator) ausgebildet, dann kann man beispielsweise an diesem schon weitere Korrekturgrößen angreifen lassen, etwa einen mittels eines nicht dargestellten NTC-Widerstands erzeugten Temperaturwert oder sonstige Einflußgrößen.

Der Vergleicher 17 erstellt auf digitaler oder analoger Basis eine vorzeichenbehaftete Drehzahldifferenz An, wobei Ausführungsbeispiele für Schaltungssysteme, die Frequenz miteinander vergleichen und Differenzwerte erzeugen, für sich gesehen bekannt sind, so daß hierauf

-to nicht weiter eingegangen zu werden braucht. Aus der Drehzahldifferenz erzeugt eine nachgeschaltete Wandlerschaltung 18 (Frequenz-Stromwandler) einen Strom für die Solenoidspule 15a des Strom/Kraftwandlers (Hubmagnet), und zwar vorteilhafterweise so, daß ausgehend vor. einer Grundstromgröße /b je nach dem Vorzeichen der Drehzahldifferenz ein entsprechender zusätzlicher Strom Ai mit positiven oder negativen Vorzeichen erzeugt wird. Insgesamt ergibt sich so eine elektronische Drehzahlerfassung und Verarbeitung,

so wobei die elektronische Drehzahlverarbeitung so ausgebildet ist bzw. durch bekannte Zusatzmaßnahmen ausgestaltet werden kann, daß sich bei ihr insgesamt ein integrales Verhalten ergibt und daher die sonst bleibende Regelabweichung des mechanischen Grundreglers eliminiert wird.

Die elektronische Verarbeitung bietet ferner die Möglichkeit, die Dynamik des Regelverhaltens des mechanischen Grundreglers optimierend zu unterstützen; außerdem ergeben sich aus der Kombination des mechanischen Grundreglers und der Einflußnahme mittels einer elektromechanischen Korrekturgröße besonders einfache Regeleinrichtungen. So läßt sich eine Drehzahlaufbereitung vorzugsweise unter Verwendung integrierter üblicher PLL-Schaltungen (phase locked loop) mit geringem Leistungsbedarf für den elektromechanischen Wandler realisieren; ferner ist es möglich, dem Gesamtregelsystem sogenannte Limb home-Eigenschaften zu verleihen. Eine weitere vorteil-

hafte Ausgestaltung vorliegender Erfindung liegt in der sich im Grunde aus der Grundkonzeption des Regelprinzips ergebenden Möglichkeit, zur Schubabschaltung eingesetzt zu werden.

Im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine wird der Kolben 6 so betätigt, daß die Gemischzufuhr über den Zufuhrkanal 4 unterbrochen wird Wird dann vom Schubbetrieb in den leerlaufnahen Bereich übergegangen, bei dem sich bei abnehmender Drehzahl ein steigender Saugrohrabsolutdruck ergibt, dann gibt der Schieber die Gemischzufuhr (allmählich) wieder frei. Dabei läßt sich der Wiedereinsatz der Gemischzufuhr

drehzahlabhängig vorverlegen, um aufgrund der Charakteristik mögliche Drehzahleinbrüche bis unter die Leerlaufdrehzahl zu vermeiden. Diese Vorverlegung erfolgt über den elektromechanischen Korrektureingriff, indem man bei erkanntem Schubbetrieb durch Umschaltung der elektronischen Teilregelschaltung eine andere Charakteristik verleiht. Die Schuberkennung erfolgt in besonders einfacher Weise durch Abtasten der Leerlaufstellung der Drosselklappe bei gleichzeitiger Auswertung von Brennkraftmaschinendrehzahlen, die oberhalb der Leerlaufdrehzahl bzw. einer vorgegebenen Wiedereinsetzdrehzahl liegen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Regelung der Drehzahl einer vorzugsweise fremdgezündeten Brennkraftmaschine im Leerlauf und/oder leerlaufnahen Drehzahlbereich, gegebenenfalls zur ergänzenden Schubbetriebregelung, mit einer dem Saugrohr der Brennkraftmaschine ein Fluidum zuführenden Einrichtung, und einer mechanisch-pneumatischen Proportional-Regeleinrichtung zur Querschnittssteuerung eines 'O Leerlauf-Zufuhrkanals, bestehend aus einem auf den Saugrohrdruck ansprechenden Meßglied und einem von diesem gesteuerten Stellglied, dadurch gekennzeichnet, daß der mechanischen Verschiebewirkung der Proportional-Regeleinrichtung (6, 7, 8, 13) die Korrekturwirkung eines elektromechanischen Stellglieds (15) überlagert ist.

2. Verrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektromechanisch^ Stellglied (15) ein von einer elektronischen Regeleinrichtung (16, 17, 18) angesteuerter Strom/Kraftwandler (Hubmagnet) ist, der ergänzend die Stellgliedposition beeinflußt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das als Kolben (6) ausgebildete, druckempfindliche Meßglied gleichzeitig das als Schieber wirkende, den Leerlauf-Zufuhrkanal (4) im Querschnitt durch seine Randkante verändernde Stellglied ist, wobei an einer Kolbenstangenverlängerung (7) des Meßglieds (6) der Anker (15b) des Hubmagneten (15) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Regeleinrichtung (16, 17, 18) ein Korrekturgrößen aufnehmendes, sollwerterzeugendes Glied (16) (VCO-Oszillator) eine diesem nachgeschaltete, Istwerteinflüsse verarbeitende Vergleichsschaltung (17) und einen Frequenz-Stromwandler (18) aufweist, dessen Ausgang mit Jer auf den Anker (\5b) des Hubmagneten (15) arbeitenden Solenoidspule «o (15a^verbundenist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Regeleinrichtung (16, 17,18) ein Integralregler ist.

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