DE3333579C2

DE3333579C2 -

Info

Publication number: DE3333579C2
Application number: DE3333579A
Authority: DE
Inventors: Kouichi Shiki Saitama Jp Izumi; Yasuhiro Musashino Tokio/Tokyo Jp Hiyama
Original assignee: Diesel Kiki Co Ltd
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1982-09-16
Filing date: 1983-09-16
Publication date: 1989-08-24
Also published as: JPS6334304B2; DE3333579A1; JPS5951133A; US4497294A

Description

Die Erfindung betrifft einen elektronisch gesteuerten Regler für Dieselmotore gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein derartiger elektronisch gesteuerter Regler für Dieselmotore ist aus der JP-OS 57-146 032 bekannt. Dieser bekannte Regler umfaßt eine Kraftstoffeinspritzpumpe, um Kraftstoff einem Dieselmotor zuzuführen und enthält ferner eine Einrichtung zum Positionieren eines die einzuspritzende Kraftstoffmenge bestimmenden Einstellteils, wobei die Ermittlung der jeweiligen Positionen elektronisch durchgeführt wird, um die Drehzahl des Dieselmotors entsprechend zu steuern. Der bekannte Regler enthält ferner eine Recheneinrichtung zur Berechnung von Positionsdaten für das genannte Einstellteil in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Maschine, ebenso mehrere Fühleinrichtungen zum Feststellen der Betriebsparameter des Dieselmotors, um dadurch den Betriebszustand des Dieselmotors festzustellen. Der bekannte Regler enthält schließlich auch eine Korrektureinrichtung zum Durchführen eines Daten korrekturvorganges bei den ermittelten Positionsdaten.

Aus der DE-OS 24 08 742 ist ein Verfahren zur Regelung der Drehzahl eines Dieselmotors im Leerlauf bekannt, um die Drehzahl des Dieselmotors auf eine vorgegebene Solldrehzahl zu bringen, wobei der eingespritzte Kraftstoffstrom proportional zur Differenz zwischen Istdrehzahl und Solldrehzahl eingestellt wird. Dieses bekannte Verfahren ist somit auf einen ganz bestimmten vorgegebenen Drehzahlwert, der Leerlaufdrehzahl abgestellt. Das wesentliche dieses bekannten Verfahrens besteht darin, daß die Istdrehzahl differenziert und der so ermittelte Drehzahlgradient einer Proportional-Regeleinrichtung zusätzlich eingegeben wird. Gemäß diesem bekannten Verfahren wird somit zunächst ein Drehzahlgradient ermittelt und dieser wird zur Regelung der Drehzahl verwendet.

In Fig. 1 ist ein weiteres bekanntes elektronisch gesteuertes Regelsystem für einen Dieselmotor gemäß der japanischen Pa tentveröffentlichung Nr. Sho 57-109 010 dargestellt. Dieses bekannte Regelsystem umfaßt eine Rechenschaltung 2 zum Berechnen der Steuerposition einer (nicht dargestellten) Zahnstange zum Steuern der mittels einer Einspritzpumpe eingespritzten Kraftstoffmenge, ein Kompensations- oder Ausgleichsfilter 3 und eine Servoschaltung 4, an welche das Ausgangssignal der Rechenschaltung 2 über das Ausgleichsfilter 3 angelegt wird; die dem Dieselmotor 5 zugeführte Kraftstoffmenge wird dann mit Hilfe der Servoschaltung 4 durch Steuern der Stellung der für eine Kraftstoffsteuerung vorgesehenen Zahnstange entsprechend geregelt. Daten A₁, welche die Stellung eines (nicht dargestellten) Gaspedals anzeigen, und Daten A₂, welche die Temperatur des Motorkühlmittels anzeigen, werden an die Rechenschaltung 2 angelegt; ferner werden Daten A₃, welche die Drehzahl des Dieselmotors 5 anzeigen, als Rückkopplungssignal ebenfalls an die Rechenschaltung 2 angelegt, wodurch dann eine echte Regelschleife gebildet ist, so daß die Drehzahl des Dieselmotors 5 entsprechend der vorbestimmten Reglercharakteristik geregelt werden kann.

Das Ausgleichsfilter 3, das vorgesehen ist, um eine sichere Betriebsweise dieses Regelsystems für eine Motordrehzahlregelung sicherzustellen, ist als ein CR-Filter ausgelegt, welches, wie in Fig. 2 dargestellt, zwei Widerstände 6 und 7 und einen Kondensator 8 aufweist. Folglich ist die Übertragungs- bzw. Steuercharakteristik des Ausgleichsfilters 3 eine fest vorgegebene Kennlinie, welche durch die Werte der CR-Elemente festgelegt ist.

Vorzugsweise ist jedoch die Steuercharakteristik des Ausgleichsfilters 3, das für den vorstehend angeführten Zweck verwendet wird, einstellbar, um so die optimale Drehzahlsteuercharakteristik unter den Bedingungen eines Motorbetriebs, eines Belastungszustandes u. ä. zu jedem (beliebigen) Zeitpunkt zu erhalten. In der Praxis wird jedoch die Drehzahlsteuercharakteristik des Ausgleichsfilters beinahe niemals augenblicklich gesteuert, da mit der herkömmlichen Schaltungsanordnung eine derartige Steuerung nur realisiert werden kann, wenn eine sehr komplizierte Schaltungsanordnung verwendet wird, was wiederum mit hohen Kosten verbunden ist. Folglich ist es schwierig, eine beständige und hochempfindliche, d. h. schnell ansprechende Steuercharakteristik über dem gewünschten Betriebsbereich zu realisieren, selbst wenn ein Ausgleichsfilter in dem Regelsystem vorgesehen ist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, einen elektronisch gesteuerten Regler für Dieselmotore der angegebenen Gattung hinsichtlich einer zuverlässigen, stabilen und schnell ansprechenden bzw. hoch empfindlichen Regelcharakteristik zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Durch die vorliegende Erfindung wird die Möglichkeit geschaffen, eine fortlaufende und auch verzögerungsfreie Korrektur der jeweils ermittelten Positionsdaten vorzunehmen, wozu aber eine vergleichsweise einfach aufgebaute Schaltungsanordnung verwendet werden kann.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 4.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm eines herkömmlichen elektronisch gesteuerten Regelsystems;

Fig. 2 ein Schaltungsdiagramm eines Ausgleichsfilters in dem in Fig. 1 dargestellten Regelsystem;

Fig. 3 ein schematisches Blockdiagramm eines elektronisch gesteuerten Reglers mit Merkmalen nach der Erfindung;

Fig. 4 ein Flußdiagramm des Programms, welches in einem in Fig. 3 dargestellten Mikroprozessor durchgeführt wird;

Fig. 5 ein ins einzelne gehendes Flußdiagramm eines Betriebskorrekturvorgangs in Fig. 4 und

Fig. 6 eine Kennlinie, welche die Beziehung zwischen Koeffizienten Ki, Kd und der Drehzahlschwingungsgröße Δ N/ Δ T wiedergibt.

In Fig. 3 ist ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform eines elektronisch gesteuerten Reglers für Dieselmotore mit Merkmalen nach der Erfindung dargestellt. Der elektronisch gesteuerte Regler 11 ist eine Einrichtung zum Einstellen der Position eines Kraftstoffeinstellteils 14 einer Einspritzpumpe 13, um Kraftstoff in einen Dieselmotor 12 einzuspritzen und damit diesem zuzuführen, um die Drehzahl des Dieselmotors 12 entsprechend einer vorbestimmten Regelkennlinie zu steuern. Der Regeler 11 weist einen Mikroprozessor 15 zum Berechnen der Steuerstellung des Kraftstoffeinspritzteils 14 auf; Beschleunigungsdaten D₁, welche die Betätigung(sstellung) des (nicht dargestellten) Gaspedals wiedergeben, und Kühlmittel temperaturdaten D₂, welche die Temperatur des Motorkühlmittels anzeigen, werden von einem Beschleunigungsdetektor 16 bzw. einem Kühlmittel-Temperaturdetektor 17 aus angelegt. Ferner werden Drehzahldaten D₃, welche die Drehzahl des Dieselmotors 12 zu jedem (beliebigen) Zeitpunkt anzeigen, von einem Drehzahldetektor 16 als rückgekoppelte Information ebenfalls an den Mikroprozessor 15 angelegt; die Berechnung zum Einstellen des Kraftstoffeinstellteils 14 wird, wie unten noch ausgeführt wird, auf der Basis dieser eingegebenen Daten D₁, D₂ und D₃ durchgeführt.

Positionssteuerdaten D₀, die als Ergebnis der Berechnung in dem Mikroprozessor 15 erhalten worden sind, werden an eine Servosteuereinheit 19 angelegt, wodurch ein Ansteuersignal S von der Servosteuereinheit 19 erzeugt wird. Das Ansteuersignal S wird an ein mit dem Kraftstoff-Einstellteil 14 verbundenes Stellglied angelegt, und dann wird die Stellung des Kraftstoffeinstellteils 14 an der durch die Positionssteuerdaten D₀ angezeigten Stelle eingestellt.

In Fig. 4 ist ein Flußdiagramm für ein Rechenprogramm zum Einstellen des Kraftstoff-Einstellteils 14 dargestellt, welches in dem Mikroprozessor 15 durchzuführen ist. In diesem Programm werden nach einer Initialisierungsoperation beim Schritt 21 die Daten D₁ bis D₃ in den Mikroprozessor 15 gelesen (Schritt 22) und dann wird die Berechnung, um Einstelldaten P zu erhalten, welche die optimale Stellung des Kraftstoff- Einstellteils 14 in jedem Augenblick anzeigen, unter Zugrundelegung dieser eingegebenen Daten durchgeführt (Schritt 23).

Die Berechnung der Positionsdaten P wird vorgenommen, um die Sollstellung des Kraftstoff-Einstellteils 14 festzulegen, das entsprechend den eingegebenen Daten D₁ bis D₃ einzustellen ist, um so die Motordrehzahl entsprechend einer vorbestimmten Regelkennlinie zu steuern. Die Berechnung kann mit Hilfe einer Schaltung durchgeführt werden, in welcher die verschiedenen Daten, welche die Stellung des Kraftstoff-Einstellteils 14 anzeigen, im voraus in einem Festwertspeicher (ROM) gespeichert werden, und ein Adressenwert, welcher durch die eingegebenen Daten D₁ bis D₃ festgelegt ist, an den Festwertspeicher (ROM) als Adressendaten angelegt wird, wodurch die Positionsdaten P, welche die optimale Stellung des Kraftstoff-Einstellteils 14 anzeigen, aus dem Festwertspeicher (ROM) entsprechend der Verknüpfung der eingegebenen Daten D₁ bis D₃ gelesen werden.

Schritte 24 und 25 werden ausgeführt, um durch eine programmierte Verarbeitung dieselbe Korrekturart der Positionsdaten P zu bewirken, wie die, welche mit Hilfe der in Fig. 2 dargestellten Filterschaltung bewirkt worden sind. Nachdem der Wert von Δ N/ Δ T, welches die Änderungsgröße der Motordrehzahl pro Zeiteinheit ist, beim Schritt 24 unter Zugrundelegung der Daten D₁ berechnet ist, welche die Motordrehzahl anzeigen, wird bei dem nächsten Schritt 25 eine Korrektur an den Daten P auf der Basis des Werts von Δ N/ Δ T durchgeführt. Die Reihenfolge der Schritte 23 und 24 kann umgekehrt werden.

In Fig. 5 ist ein Flußdiagramm für das Programm für die beim Schritt 25 durchgeführte Korrektur dargestellt. Zuerst werden bei Schritten 27 und 28 ein Integrationskoeffizient Ki und ein Differentiationskoeffizient Kd auf der Basis des Werts Δ N/ Δ T berechnet. Ki bzw. Kd sind Koeffizienten zum Bestimmen der Kenndaten eines Integrations- und eines Differenziervorgangs in der Filterschaltung mit der in Fig. 2 dargestellten Anordnung und sie ändern sich in der Größe entsprechend dem Wert Δ N/ Δ T, wie in Fig. 6 dargestellt ist. Wenn die Größe der Koeffizienten Ki und Kd auf diese Weise bestimmt ist, werden die Positionsdaten P _n, die beim Schritt 23 in diesem Programmzyklus berechnet worden sind, beim Schritt 29 mit den Positionsdaten P _n-1 verglichen, die einem Programmzyklus vorher berechnet worden sind. Wenn P _n = P _n-1 ist, wird die Berechnung, die durch die folgende Formel ausgedrückt ist, beim Schritt 31 durchgeführt:

Q _n = Q _n-1 + Ki (P _n - Q _n-1) (1)

wobei Q _n-1 die korrigierte, injizierte Kraftstoffmenge aufgrund der Positionsdaten P _n-1 anzeigt, die einen Programmzyklus vorher berechnet worden sind. Die Daten, die als Ergebnis der Berechnung entsprechend der Formel (1) erhalten worden sind, werden in einem (nicht dargestellten) Speicher in dem Mikroprozessor 15 als Daten Q _n gespeichert.

Wenn dagegen P _n ≠ P _n-1 ist, wird beim Schritt 30 eine Berechnung entsprechend der folgenden Formel durchgeführt, und das Ergebnis der Berechnung wird in dem Speicher als Daten Q _n gespeichert.

Q _n = Q _n-1 + Kd (P _n - P _n-1) (2)

Die Daten Q _n, die auf diese Weise mittels der einen oder der anderen vorstehend angeführten Berechnung erhalten worden sind, werden für eine Berechnung in dem nächsten Programmzyklus (Schritt 32) als Daten Q _n-1 gespeichert, und der Korrekturvorgang ist damit abgeschlossen.

In dem in Fig. 4 dargestellten Flußdiagramm werden Daten Q _n-1, die mittels der Korrekturberechnung beim Schritt 25 erhalten worden sind, in Positionssteuerdaten D₀ umgewandelt, welche die Stellung des Kraftstoff-Einstellteils 14 wiedergeben, welche der eingespritzten Kraftstoffmenge entspricht, was durch die Daten Q _n-1 beim Schritt 26 angezeigt worden ist, und die Servosteuereinheit 19 erzeugt das Ansteuersignal S auf der Basis der Positionssteuerdaten D₀. Das Stellglied 20 treibt das Kraftstoff-Einstellteil 14 entsprechend dem Ansteuersignal S an, so daß dieses Einstellteil 14 in eine Stellung gebracht wird, um die Kraftstoffeinspritzmenge vorzusehen, welche durch die Berechnung beim Schritt 30 oder 31 festgelegt worden ist.

Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung können der Integrationskoeffizient Ki und der Differentiationskoeffizient Kd ohne weiteres entsprechend der Änderungsrate der Motordrehzahl geändert werden, und die Positionsdaten P, welche beim Schritt 23 erhalten werden, können entsprechend dem Betriebszustand des Motors zu jedem Zeitpunkt korrigiert werden ohne daß eine komplizierte mechanische Vorrichtung verwendet werden muß. Somit kann der Motor mit einer optimalen Drehzahländerungsrate gesteuert werden, welche dem Betriebszustand zu jedem (beliebigen) Zeitpunkt entspricht.

In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform werden die Formeln (1) und (2) verwendet, um dieselbe Korrektur der Daten P durchzuführen, wie sie mittels der in Fig. 2 dargestellten Filterschaltung bisher durchgeführt worden ist. Jedoch ist die Erfindung nicht auf die Kompensations- oder Ausgleichsvorgänge beschränkt, welche durch diese Formeln für den Korrekturvorgang dargestellt sind. Beispielsweise können stattdessen die Berechnungen bei den Schritten 30 und 31 entsprechend den folgenden Formeln (3) und (4) durchgeführt werden:

Q _n-1 + Ki (P _n - Q _n-1)² (3)

und

Q _n-1 + Kd (P _n - P _n-1)² (4)

Durch die Verwendung der Formeln (3) und (4) werden schneller ansprechbare Korrekturcharakteristiken bzw. Kennlinien realisiert. Ferner können in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, obwohl die Vorrichtung so angeordnet ist, daß die Koeffizienten Ki und Kd entsprechend dem Wert Δ N/ Δ T geändert werden, welches die Änderungsgröße der Drehzahl N des Motors pro Zeiteinheit ist, die Koeffizienten Ki und Kd entsprechend anderen Parametern, wie beispielsweise dem Betätigungswert bzw. der -stellung des Gaspedals, deren Änderungswert pro Zeiteinheit, der Differenz zwischen der Motorsoll- und der -istdrehzahl, der Temperatur des Kühlmittels des Motors u. ä. geändert werden.

Ferner kann statt der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, in welcher eine zuverlässige und stabile Steuerung bei dem Zustand 0 < Ki < Kd < 1 gewährleistet ist, ein größerer Differenziereffekt erwartet werden, wenn Kd < 1 ist.

Claims

1. Elektronisch gesteuerter Regler für Dieselmotore, in welchem die Positionssteuerung eines Kraftstoff- Einstellteils einer Kraftstoffeinspritzpumpe, um Kraftstoff in den Dieselmotor einzuspritzen und diesem zuzuführen, elektronisch durchgeführt wird, um die Drehzahl des Dieselmotors entsprechend zu steuern, mit einer Rechen-Einrichtung, die zumindest auf ein Signal anspricht, welches einen Betriebszustand des Dieselmotors zu jedem Zeitpunkt anzeigt, um Positionsdaten zu berechnen, welche eine Sollstellung des Kraftstoff-Einstellteils anzeigen, um eine Kraftstoffeinspritzmenge zu erhalten, welche dem Betriebszustand entspricht, mit mindestens einer Fühleinrichtung zum Feststellen des Betriebszustands des Dieselmotors, und mit einer Korrektureinrichtung zum Durchführen eines Datenkorrekturvorganges bei den Positionsdaten, dadurch gekennzeichnet, daß

a) eine Fühleinrichtung (18) zur Feststellung der Drehzahländerungsrate (Δ N/ Δ T) des Dieselmotors (12) ausgebildet ist, und
b) die Korrektureinrichtung (15) aus der erfaßten Drehzahländerungsrate (Δ N/ Δ T) einen Differen tiationskoeffizienten (Kd) und einen Integrationskoeffizienten (Ki) bildet und die Positionsdaten (P _n) mit Hilfe dieser beiden Koeffizienten korrigiert.

2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinrichtung (15) eine Vergleichseinrichtung aufweist, um Positionsdaten P _n, die in dem laufenden Programmzyklus erhalten werden, mit Positionsdaten P _n-1 zu vergleichen, die in dem vorhergehenden Programmzyklus erhalten worden sind, und die Korrektureinrichtung (15) einen Entscheidungsabschnitt aufweist, der dann, wenn P _n verschieden ist von P _n-1 die einzuspritzende Kraftstoffmenge Q _n nach einer ersten Formel entsprechend Q _n = Q _n-1 + Kd (P _n - P _n-1)berechnen läßt, und der dann, wenn P _n gleich P _n-1 ist die einzuspritzende Kraftstoffmenge Q _n nach einer zweiten Formel entsprechendQ _n = Q _n-1 + Ki (P _n - Q _n-1)berechnen läßt, wobei Q _n-1 die korrigierte, injizierte Kraftstoffmenge aufgrund der Positionsdaten P _n-1 ist, die einen Programmzyklus vorher berechnet worden sind, und wobei Kd der Differentiationskoeffizient und Ki der Integrationskoeffizient ist.

3. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorbestimmter Datenkorrekturvorgang, welcher eine Differentiation/ Integration einschließt, mittels der Korrektureinrichtung (15) durchgeführt wird.

4. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung und die Korrektureinrichtung einen Mikroprozessor (15) aufweisen, in welchem ein vorbestimmtes Programm ausgeführt wird, um die Berechnung zum Erhalten der Positionsdaten (P _n) und für den Datenkorrekturvorgang durchzuführen.