DE3224042C2 - Method for speed stabilization, in particular at idling speed, of an internal combustion engine - Google Patents

Method for speed stabilization, in particular at idling speed, of an internal combustion engine

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Abstract

Zwecks Verringerung der auf unterschiedlichen Verhältnissen im Bereich einzelner Brennräume einer Brennkraftmaschine beruhenden Laufunruhe wird im Rahmen einer Drehzahlstabilisierung eine Einflußgröße der Brennkraftmaschine, z.B. der Zündzeitpunkt ( α ↓z), in Abhängigkeit von Drehzahländerungssignalen ( Δn) über einen Proportionalregler (2) dauernd, dagegen über den einzelnen Brennräumen individuell zugeordnete Integralregler (3-6) nur während des Wirksamwerdens der einzelnen Brennräume und damit in Abhängigkeit von den auf die einzelnen Brennräume zurückführenden Drehzahlschwankungen beeinflußt.In order to reduce the uneven running due to different conditions in the area of the individual combustion chambers of an internal combustion engine, an influencing variable of the internal combustion engine, e.g. the ignition point (α ↓ z), is continuously via a proportional controller (2) as a function of speed change signals (Δn) via a proportional controller (2) as part of a speed stabilization Integral regulators (3-6) individually assigned to the individual combustion chambers are only influenced while the individual combustion chambers are taking effect and are therefore influenced as a function of the fluctuations in speed resulting from the individual combustion chambers.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie Anordnungen zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and to arrangements to carry out this procedure.

Ein Verfahren der bezeichneten Art ist speziell für den Fall einer fremdgezündeten, mit einem sehr mageren Kraftstoff-Luft-Gemisch gespeisten Brennkraftmaschine zwecks Stabilisierung der Leerlaufdrehzahl aus der DE-PS 29 18 135 bekannt. Dort wird durch die Drehzahlabweichungssignale nur Gewinnung von Zündwinkel-Änderungssignalen ein Regler mit PI-Verhalten verwendet; die Zündwinkel-Änderungssignale beeinflussen die Zündzeitpunkte aller Brennräume, so daß letztlich der Mittelwert der auf die einzelnen Brennräume zurückzuführenden Istwerte der Drehzahl zusammenfällt mit dem Sollwert der Leerlaufdrehzahl.A method of the type indicated is especially for the case of a spark-ignited, with a very lean one Fuel-air mixture fed internal combustion engine for the purpose of stabilizing the idle speed the DE-PS 29 18 135 known. There, the speed deviation signals only obtain A controller with PI behavior is used for ignition angle change signals; the ignition angle change signals influence the ignition times of all combustion chambers, so that ultimately the mean value of the individual combustion chambers the actual values of the speed to be traced back coincide with the setpoint of the idle speed.

Nun ist es durchaus möglich, daß eine Drehzahlabweichung auf Verhältnisse oder Änderungen von Verhältnissen in nur einzelnen Brennräumen zurückzuführen sind, beispielsweise in der Weise, daß der Verbrennungsvorgang in einem der Brennräume ein wesentlich geringeres Drehmoment erzeugt als die Verbrennungsvorgänge in den anderen Brennräumen. Dadurch wirdNow it is quite possible that a speed deviation attributable to conditions or changes in conditions in only individual combustion chambers are, for example, in such a way that the combustion process a much lower torque is generated in one of the combustion chambers than the combustion processes in the other combustion chambers. This will

to insbesondere bei niedrigen Drehzahlen auch dann, wenn durch die bekannte Drehzahlstabilisierung der Mittelwert der Drehzahl mit dem Sollwert in Übereinstimmung gebracht ist, eine störende Laufunruhe hervorgerufen. to especially at low speeds, even if the known speed stabilization of the Mean value of the speed is brought into agreement with the nominal value, a disturbing uneven running caused.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das der Laufunruhe bei Brennkraftmaschinen wirksam begegnet, wobei das Verfahren auch außerhalb des Leerlauf betriebs und auch bei Dieselmaschinen einsetzbar sein soll.The invention is based on the object of a method to create the uneven running of internal combustion engines effectively countered, the process also operating outside of idle and also with diesel engines should be used.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöstIn a device of the generic type, this object is achieved by the characterizing features of the patent claim 1 solved

Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen des Verfahrens bzw. eine Anordnung zur Durchführung desselben.The subclaims describe advantageous designs and developments of the method or an arrangement to carry out the same.

Bei der Erfindung erfolgt also gleichsam eine dauernde proportionale Regelung, die sich demgemäß auf alle Brennraum? auswirkt, sowie eine individuelle Regelung für die einzelnen Zylinder durch den einzelnen Zylindem individuell zugeordnete Integralregler. Diesen Integralreglern werden nur die während der jeweiligen Arbeitsphase des zugeordneten Brennraums auftretenden Drehzahlabweichungen zugeführt, und die einzelnen Integralregler werden ausgangsseitig auch nur dann mit einer beispielsweise den Zündzeitpunkt bestimmenden Einrichtung verbunden, wenn die Zündung für den jeweiligen Brennraum erfolgen soll. Der relativ schnellen Proportionalregelung für alle Brennräume ist also eine für jeden Brennraum individuelle, relativ langsame Integralregelung überlagert, so daß die erfindungsgemäße Drehzahlstabilisierung sich nicht in einer Angleichung eines Mittelwerts der Drehzahl an den Drehzahlsollwert erschöpft, sondern auch eine Angleichung der auf die einzelnen Brennräume zurückzuführenden Drehzahlwerte an den Sollwert auftritt Erst dadurch wird die unerwünschte Laufunruhe bekämpftIn the case of the invention, a permanent proportional control takes place, as it were, which accordingly affects all Combustion chamber? affects, as well as an individual regulation for the individual cylinders by the individual cylinder individually assigned integral controllers. These integral controllers are only those during the respective Working phase of the assigned combustion chamber occurring speed deviations supplied, and the individual Integral regulators are then only used on the output side with an ignition point which, for example, determines the ignition point Device connected when ignition is to take place for the respective combustion chamber. The relatively fast one Proportional control for all combustion chambers is therefore an individual, relatively slow one for each combustion chamber Integral control superimposed, so that the invention Speed stabilization does not result in an approximation of an average value of the speed to the speed setpoint exhausted, but also an adjustment of those to be attributed to the individual combustion chambers Speed values at the setpoint occurs

Unter Drehzahlabweichungen sind im stationären Betrieb der Brennkraftmaschine, also beispielsweise im Leerlaufbetrieb mit vorgegebener Leerlaufdrehzahl, dieSpeed deviations are in steady-state operation of the internal combustion engine, for example in Idle operation with a predetermined idle speed, the

so Differenzen zwischen den Istwerten der Drehzahl und dem Sollwert der Drehzahl zu verstehen. Im nichtstationären Betrieb kann auch der Sollwert der Drehzahl durch einen Mittelwert dargestellt werden, der aus den Beschleunigungsanteilen der einzelnen Brennräume gewonnen wird.so to understand differences between the actual values of the speed and the setpoint of the speed. In non-stationary Operation, the setpoint of the speed can also be represented by an average value obtained from the Acceleration shares of the individual combustion chambers is obtained.

Eine wesentliche Eigenschaft der Erfindung ist darin zu sehen, daß auf individuellen Eigenschaften einzelner Brennräume beruhenden Drehzahlschwankungen zeitrichtig durch Maßnahmen entgegengewirkt wird, die sich bei einem der nächsten Arbeitsvorgänge in eben diesem Brennraum auswirken.An essential property of the invention is to be seen in the fact that on individual properties of individual Speed fluctuations based on combustion chambers are counteracted in the correct time by measures that affect one of the next work processes in this same combustion chamber.

Zwar ist die »brennraumindividuelle« Änderung von Einflußgrößen bei Brennkraftmaschinen aus der Patentliteratur bekannt, siehe beispielsweise die DE-OS 29 32 230 oder die US-Patentschriften 42 43 007, 42 56 072 und 42 82 841. Dabei geht es aber in der Regel um die Einhaltung bzw. Angleichung von Klopfverhältnissen in den verschiedenen Brennräumen, nicht um ei-It is true that the "individual combustion chamber" change in influencing variables in internal combustion engines is from the patent literature known, see for example DE-OS 29 32 230 or US Patents 42 43 007, 42 56 072 and 42 82 841. As a rule, however, it is a question of maintaining or approximating knocking ratios in the various combustion chambers, not around a

ne Drehzahlstabilisierung im Sinne der Erfindung mit getrennter Proportionalregelung für alle Brennräume jnd Integralregelung für die individuellen Brennräume. Ein weiterer VorteO der Erfindung, wie er in den Patentansprüchen 2 und 3 zum Ausdruck kommt, ist darin zu sehen, daß sie auch bei einer sogenannten ablösenden Regelung, wie sie im einzelnen in der ElE-PS 29 18 135 beschrieben ist, Einsatz finden kann. Diese ablösende Regelung trägt der Tatsache Rechnung, daß eine Änderung nur einer Einflußgröße einer Brennkraftmaschine nur in einem bestimmten Bereich vorgenommen werden kann, wenn nicht andere Nachteile, gegebenenfalls sogar die Unmöglichkeit des Betriebs der Maschine, auftreten sollen. Daher sieht die ablösende Regelung nach der genannten Patentschrift zunächst nur eine Anderung des Zündzeitpunktes bis zum Erreichen bestimmter Grenzwerte vor, die dann — unter Beibehalt des geänderten Zündzeitpunkts — abgelöst oder ergänzt wird durch eine Änderung der LuftzahLne speed stabilization within the meaning of the invention with separate proportional control for all combustion chambers and integral control for the individual combustion chambers. Another advantage of the invention, as expressed in claims 2 and 3, is therein to see that they are also in the case of a so-called replacing regulation, as detailed in ElE-PS 29 18 135 is described, can be used. This replacing Regulation takes into account the fact that a change only one influencing variable of an internal combustion engine can only be made in a certain area can, if not other disadvantages, possibly even the impossibility of operating the machine, should occur. Therefore, the replacing regulation according to the cited patent initially only sees a change the ignition point before reaching certain limit values, which then - while maintaining the changed ignition point - is replaced or supplemented by a change in the air flow

Ein Ausführungsbeipiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert Es zeigt F i g. 1 die Regelschaltung für die Einfiußgröße und F i g. 2 schematisch die konstruktiven Verhältnisse bei einer Brennkraftmaschine mit ablösender Regelung.An embodiment of the invention is shown below explained with reference to the drawing. It shows FIG. 1 the control circuit for the influencing variable and F i g. 2 schematically shows the structural relationships in an internal combustion engine with alternating control.

Wenn in F i g. 1 von einer Brennkraftmaschine mit Fremdzündung und Verwendung des Zündzeitpunkts bzw. Zündwinkels az ausgegangen wird, bedeutet dies keine Beschränkung der Erfindung auf Ottomaschinen und Beeinflussung des Zündzeitpunkts. Andere Einflußgrößen für den Fall fremdgezündeter Maschinen sind die Luftzahl bzw. die Kraftstoffmenge und die Luftmeß· ge, und bei Dieselmaschinen bieten sich als Einflußgrößen der Einspritzzeitpunkt und die Kraftstoffmenge, also z. B. die Einspritzdauer, an.If in Fig. 1 is assumed to be an internal combustion engine with spark ignition and use of the ignition timing or ignition angle a z , this does not mean that the invention is restricted to Otto engines and influencing the ignition timing. Other influencing variables in the case of externally ignited machines are the air ratio or the amount of fuel and the air flow rate, and in the case of diesel machines, the time of injection and the amount of fuel are available as influencing variables, e.g. B. the injection duration.

Betrachtet man nun zunächst Fig. 1, so ist der Ausgang des Drehzahlkomparators 1, der aus dem zugeführten Drehzahlistwert λ, und dem vorgegebenen Sollwert ns das Drehzahlabweichungssignal An bildet, dauernd mit dem Proportionalregler 2 verbunden, der beim Auftreten von Drehzahländerungen gemäß seinem Zeitverhalten rasch Signale otzp für den Zündwinkel ocz erzeugt, die demgemäß während der Zündvorgänge in allen — in dieser Figur nicht dargestellten — Brennräumen vorliegen und daher als Proportionalanteil der Stellgröße die Arbeitsweise aller Brennräume beeinflussen. If one now looks first at Fig. 1, the output of the speed comparator 1, which forms the speed deviation signal An from the actual speed value λ supplied and the specified setpoint n s , is permanently connected to the proportional controller 2, which, when speed changes occur, rapidly changes over time Signals otzp generated for the ignition angle oc z , which accordingly are present during the ignition processes in all combustion chambers - not shown in this figure - and therefore influence the operation of all combustion chambers as a proportional component of the manipulated variable.

Demgegenüber wird das Drehzahländerungssignal Δη, das während der Zündvorgänge in den einzelnen Brennräumen, d. h. in Abhängigkeit von der Arbeitsweise der einzelnen Brennräume, schwankt, den einzelnen Brennräumen zugeordneten Integralreglern 3 bis 6 über die erste, von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine her angetriebene Schaltvorrichtung 7 nur während der Drehmomentabgabe bei den einzelnen Brennräumen zugeführt Dies ist bei der Schaltvorrichtung 7 dadurch angedeutet, daß diese bei einer Vierzylindermaschine vier Kontakte a,b,c und d entsprechend der Zündfolge der Arbeitsräume besitzt, die vom Kontaktarm entsprechend dem Pfeil individuell belegt werden, so daß den einzelnen Integralreglern 3 bis 6 nur während der Ar- eo beitsphase des zugeordneten Brennraums auftretende Drehzahländerungssignale An zugeführt werden.In contrast, the speed change signal Δη, which fluctuates during the ignition processes in the individual combustion chambers, ie depending on the mode of operation of the individual combustion chambers, integral controllers 3 to 6 assigned to the individual combustion chambers via the first switching device 7 driven by the crankshaft of the internal combustion engine only during the torque output at the individual combustion chambers supplied this is indicated by in the switching device 7, that these, b in a four cylinder engine four contacts a, c and d corresponding to having the firing order of the working spaces which are occupied by the contact arm corresponding to the arrow individually so that the speed change signals An are fed to individual integral controllers 3 to 6 only during the work phase of the assigned combustion chamber.

Die erste Schaltvorrichtung 7 ist, wie bei 10 angedeutet, synchron gekoppelt mit der zweiten Schaltvorrichtung 11, die ebenfalls den einzelnen Brennräumen zügeordnete Kontakte a bis d aufweist. Diese Kontakte werden ebenfalls in der Reihenfolge der Zündung vom Kontaktarm 12 belegt, so daß dann individuell die Ausgangssignale OC1J3 bis oczid der Integralregler 3 bis fi der Summierstufe 13 zugeführt werden, die dauernd mit dem Ausgang des Proportionalreglers 2 verbunden ist Demgemäß setzt sich das Zündzeitpunktsignal az im Augenblick der Zündung für jeden einzelnen Brennraum aus dem alien Brennräumen gemeinsamen Proportionalanteil Λζρ und dem für den jeweiligen Brennraum individuellen Integralanteil X2;,... a;^ zusammen.As indicated at 10, the first switching device 7 is synchronously coupled to the second switching device 11, which also has contacts a to d assigned to the individual combustion chambers. These contacts are also assigned in the order of ignition by the contact arm 12, so that the output signals OC 1 J 3 to oczid of the integral controller 3 to fi are fed individually to the summing stage 13, which is permanently connected to the output of the proportional controller 2 the ignition timing signal a z at the moment of ignition for each individual combustion chamber from the proportional component Λζρ common to all combustion chambers and the individual integral component X 2 ;, .. for the respective combustion chamber. a; ^ together.

Zwecks Vermeidung unzulässiger Signale sind den Integralreglern 3 bis 6 und der Summierstufe 13 Begrenzer 14 bis 18 nachgeschaltetIn order to avoid impermissible signals, the integral controllers 3 to 6 and the summing stage 13 are limiters 14 to 18 downstream

In F i g. 1 ist also angenommen, daß zur Drehzahlstabilisierung einschließlich Beseitigung der Laufunruhe nur eine Einfiußgröße, nämlich der Zündzeitpunkt bzw. Zündwinkel, geändert wird. Bei einer ablösenden Regelung g«mäß der oben gegebenen Definition, wie sie im Prinzip aus der genannten DE-PS 29 18 135 bekannt ist, wird für jede der Einflußgrößen eine derartige Regelanordnung eingesetztIn Fig. 1 is therefore assumed that for speed stabilization including the elimination of the uneven running, only one influencing factor, namely the ignition point or Ignition angle, is changed. In the case of a replacement regulation g «according to the definition given above, as it is known in principle from the aforementioned DE-PS 29 18 135, such a control arrangement is used for each of the influencing variables

_ In Fig.2 ist eine derartige ablösende Regelung mit Änderung des Zündzeitpunkts αΛ dann der Kraftstoffmenge rite und schließlich der Luftmenge riiu zusammengefaßt dargestellt in dem Regelgerät 20, dem wiederum der Istwert n-, der Drehzahl zur Bildung von Drehzahldifferenzsignalen zugeführt wird. Dieses Regelgerät 20 enthält also zwei oder drei Regeleinrichtungen der anhand Fig. 1 beschriebenen Art und liefert Änderungssignale mit Proportional- und Integralanteil enthaltende Zündzeitpunktsignale «z an die Zündeinrichtung 21, die über den Zündverteiler 22 die den einzelnen Brennräumen 23 zugeordneten Zündkerzen 24 aktiviert, sowie Signale AmL an die zusätzliche Lufteinspeisung 25 in das Saugrohr 26. Diese zusätzliche Lufteinspeisung 25 liegt im Saugrohr 26 in Strömungsrichtung hinter der Vergaserdrosselklappe 27. Dort mündet auch die Kraftstoffdüse 28 ein, der von der Regeleinrichtung 20 Signale zur Beeinflussung der zugeführten Kraftstoffmenge ma also zur Änderung der Dauer der Kraftstoffeinspritzung oder des Kraftstoffdrucks, zugeführt werden.In FIG. 2, such a replacing control with a change in the ignition time α Λ then the fuel quantity rite and finally the air quantity riiu is shown combined in the control device 20, to which in turn the actual value n-, the speed, is fed to form speed difference signals. This control device 20 thus contains two or three control devices of the type described with reference to FIG. 1 and supplies ignition timing signals Z containing change signals with proportional and integral components to the ignition device 21, which activates the spark plugs 24 assigned to the individual combustion chambers 23 via the ignition distributor 22, as well as signals At L to the additional air feed 25 into the intake manifold 26. This additional air feed 25 is located in the intake manifold 26 in the direction of flow behind the carburetor throttle valve 27. This is also where the fuel nozzle 28 opens, which receives signals from the control device 20 to influence the amount of fuel supplied m a Change in the duration of the fuel injection or the fuel pressure, are supplied.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (5)

Patentansprache;Patent address; 1. Verfahren zur Drehzahlstabilisierung, insbesondere bei Leerlaufdrehzahl, einer Brennkraftmaschine mit mehreren Brennräumen, bei dem Drehzahlabweichungen entsprechende Signale einer Regeleinrichtung mit PI-Verhalten zur Erzeugung von Änderungssignalen für zumindest eine Einflußgröße der Brennkraftmaschine zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß nur der Proportionalanteil (Xzp) der Änderungssignale die Einflußgröße (X7) für alle Brennräume beeinflußt, während die individuell auf die einzelnen Brennräume zurückzuführenden Integralanteile (ata) der Änderungssignale getrennt gebildet und zur individuellen Beeinflussung der EinflußgröBe (X1) für die einzelnen Brennräume verwendet werden.1. A method for speed stabilization, especially at idle speed, of an internal combustion engine with several combustion chambers, in which speed deviations corresponding signals of a control device with PI behavior for generating change signals for at least one influencing variable of the internal combustion engine are fed, characterized in that only the proportional component (Xzp) of the change signals influences the influencing variable (X 7 ) for all combustion chambers, while the integral components (ata) of the change signals that are individually attributable to the individual combustion chambers are formed separately and are used to individually influence the influencing variable (X 1 ) for the individual combustion chambers. Z Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer fremdgezündeten, mit einem Kraftstoff-Luft-Gemisch betriebenen Brennkraftmaschine zunächst nur Änderungssignale für den Zündzeitpunkt (X1) und bei Oberschreiten eines vorgegebenen Zündwinkelbereichs Änderungssignale für die Luftzahl erzeugt werden (»ablösende Regelung«). Z The method according to claim 1, characterized in that in an externally ignited internal combustion engine operated with a fuel-air mixture, initially only change signals for the ignition point (X 1 ) and, when a predetermined ignition angle range is exceeded, change signals for the air ratio are generated ("alternating control") ). 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Änderungssignale für die Luftzahl zunächst die zugeführte Kraftstoffmenge (me) und bei Überschreiten eines vorgegebenen Kraftstoffmengenbereichs die zugeführte Luftmenge (ihi) beeinflußt werden.3. The method according to claim 2, characterized in that the change signals for the air ratio firstly influence the amount of fuel supplied (me) and, when a predetermined amount of fuel range is exceeded, the amount of air supplied (ihi) . 4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der die Drehzahlabweichungssignale (An) führende Ausgang eines Drehzahlkomparators (1), der auch mit dem Eingang eines Proportionalreglers (2) verbunden ist, über eine erste Schaltvorrichtung (7) nur während der Betriebsphasen der einzelnen Brennräume mit einem dem jeweiligen Brennraum individuell zugeordneten Integralregler (3,4,5,6) verbunden ist, deren Ausgänge über eine synchron mit der ersten Schaltvorrichtung (7) betriebene zweite Schaltvorrichtung (U) individuell mit einer Summierstufe (13) verbindbar sind, die dauernd mit dem Ausgang des Proportionalreg'ers (2) verbunden sind.4. Arrangement for performing the method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the output of a speed comparator (1) which is also connected to the input of a proportional controller (2), via a first switching device , carries the speed deviation signals (An) (7) is connected to an integral controller (3, 4, 5, 6) individually assigned to the respective combustion chamber only during the operating phases of the individual combustion chambers, the outputs of which via a second switching device (U) operated synchronously with the first switching device (7) a summing stage (13) can be connected, which are permanently connected to the output of the proportional regulator (2). 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß den Integralreglern (3, 4, 5, 6) sowie der Summierstufe (13) Begrenzer (14,15,16,17,18) nachgeschaltet sind.5. Arrangement according to claim 4, characterized in that the integral controllers (3, 4, 5, 6) and the summing stage (13) limiter (14,15,16,17,18) are downstream.
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