DE3343854A1

DE3343854A1 - Einrichtung zur beeinflussung eines stellregelkreises bei einer brennkraftmaschine mit selbstzuendung

Info

Publication number: DE3343854A1
Application number: DE19833343854
Authority: DE
Inventors: Hermann Dr.-Ing. 7000 Stuttgart Kull; Wilfried 7257 Ditzingen Sautter; Wolf Ing.(grad.) 7141 Oberriexingen Wessel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1983-12-03
Filing date: 1983-12-03
Publication date: 1985-06-13
Also published as: FR2556045A1; US4656986A; DE3343854C2; FR2556045B1; JPS60122249A; JPH0718369B2

Description

2U.1 1 . 1983 l3r,

ROBERT BOSCH GMBH, TOOO STUTTGART 1

Einrichtung zur Beeinflussung eines .Stellregelkreises bei einer Brennkraftmaschine mit Selbstzündung

Stand der Technik

Ein Kraftfahrzeug stellt aufgrund der elastischen Aufhängung von Motor und Fahrwerk ein schwingungsfähiges Gebilde dar, das bei Störeinflüssen .zu mehr oder weniger gedämpften Schwingungen angeregt werden kann. Störeinflüsse sind z.B. ein Kraftstoffmengensprung bei der Kraftstoffzumessung der Brennkraftmaschine oder ein von außen, z.B. durch ein Schlagloch in der Fahrbahn verursachter Momentensprung. Die Schwingungen, die sich z.B. durch Drehzahländerungen oder Relativbewegungen zwischen Motor und Karosserie bemerkbar machen, liegen normalerweise zwischen 1 und 8 Hz und werden meist als Ruckein bezeichnet.

In der nicht vorveröffentlichten DE-Patentanmeldung P 32 32 725 ist eine Einrichtung zum Dämpfen von Ruckelschwingungen bei einer Brennkraftmaschine mit Selbstzündung offenbart. Dort ist zwischen einem Sollwert-

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steuergerät und dem Mengenstellwerk der Einspritzpumpe eine Regelung aufgebaut, die mit Hilfe der Drehzahl der Brennkraftmaschine und der Mengenstellwerksposition die Kraft stoffzumessung in die Brennkraftmaschine so beeinflußt, daß die Ruckelschwingungen möglichst stark gedämpft werden.

Der Nachteil der bekannten Einrichtung besteht nun darin, daß sie einen relativ hohen Aufwand an Schaltungselementen benötigt, und daß·zu ihrer Einstellung eine größere Anzahl von Parametern aufeinander abgestimmt werden müssen. Dies hat unter anderem zur Folge, daß die bekannte Einrichtung nicht nachträglich in ein vorhandenes Kraftstoff zumeßsystem eingebaut werden kann.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat gegenüber dem genannten Stand der Technik den Vorteil, daß durch einen vereinfachten regelungstechnischen Aufbau die Anzahl der Schaltungselemente wie auch die Anzahl der Einstellparameter verringert werden kann, ohne dabei die Dämpfung der Ruckelschwingungen durch die Einrichtung zu verschlechtern. Vor allem ist es mit Hilfe des vereinfachten regelungstechnischen Aufbaus und der geringen Anzahl von Einstellparametern möglich, die erfindungsgemäße Einrichtung nachträglich in ein vorhandenes Kraft stoffzumeßsystem einzubauen und es diesem anzupassen.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich in Verbindung mit den Unteransprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung angegeben und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt Figur 1 den prinzipiellen Aufbau eines Kraft stoffzumeßsystems mit einem eingefügten Ruckeldämpfer, Figur 2 ein Ausführungsbeispiel eines Stellregelkreises j Figur 3 ein Ausführungsbeispiel eines Führungsstellregelkreises, und Figur h drei Beispiele von Einrichtungen'zur Bildung der Ruckelstörgröße. Zuletzt ist in Figur 5 ein weiteres Beispiel eines Ruckeldämpfers dargestellt.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Bei den Ausführungsbeispielen handelt es sich um Regelungen zur Beeinflussung der Kraftstoffzumessung in eine Brennkraftmaschine mit Selbstzündung.

In Figur 1 ist der prinzipielle Aufbau eines Kraftstoffzumeßsystems mit einem eingefügten Ruckeldämpfer dargestellt. Mit der Bezugsziffer 10 ist dabei ein Fahrpedalstellungsgeber, mit der Ziffer 11 ein Drehzahlgeber bezeichnet. Ein Sollwertsteuergerät 12 ist mit dem Fahrpedalstellungsgeber 10 und dem Drehzahlgeber 11 verbunden. Ein Wandler 13 ist dagegen nur an den Drehzahlgeber 11 angeschlossen. Mit der Bezugsziffer 20 ist ein Ruckeldämpfer bezeichnet, der aus einem Führungsstellregelkreis 21, einer Einrichtung 22 zur Bildung der Ruckelstörgröße und einer Störgrößenaufschaltung 23 besteht. Dabei ist der Führungsstellregelkreis 21 mit dem Sollwertsteuergerät 12 und die Einrichtung 22 mit dem Wandler 13 verbunden, während die Störgrößenaufschaltung 23 an

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den Führungsstellregelkreis 21 und die Einrichtung 22 angeschlossen ist. Mit der Bezugsziffer 1U ist der Stellregelkreis des Kraftstoffzumeßsystems, mit der Ziffer die Brennkraftmaschine selbst bezeichnet. Es bestehen Verbindungen zwischen der Störgrößenaufschaltung 23 und dem Stellregelkreis 1h, und zwischen diesem Stellregelkreis 1k und der Brennkraftmaschine 15·

In der Einrichtung der Figur 1 bilden der Fahrpedalstellungsgeber 10., der Drehzahlgeber 11, das Sollwertsteuergerät 12, der Stellregelkreis 1k und die Brennkraftmaschine 15 den Grundaufbau eines Kraftstoffzumeßsystems. Das Sollwert steuergerät hat die Aufgabe, aus der Fahrpedalstellung O< und der Drehzahl η der Brennkraftmaschine ein Signal U^ .... zu bilden, das die Führungsgröße der nachfolgenden Regelung darstellt. Die Aufgabe des Stellregelkreises 1k besteht darin, das Ausgangssignal U^. , des Stellregelkreises 1k möglichst schnell

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und exakt dem Eingangssignal U ,.. dieses Stellregelkreises 1h nachzuführen. Zwischen das Sollwertsteuergerät 12 und den Stellregelkreis 1U ist nun der Ruckeldämpfer 20 eingefügt.

In diesem Ruckeldämpfer 20 wird einerseits von dem Führungsstellregelkreis 21 aus dem Signal U„ .... ein Signal U gebildet, und andererseits erzeugt die Einrichtung 22 zur Bildung der Ruckelstörgröße aus einem vom Wandler 13 gebildeten, drehzahlabhängigen Signal U- ein Signal U„. Diese beiden Signale, U_ und U₀ werden in der Störgrößenaufschaltung 23 zum Signal U ,, verknüpft.

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Für die Ausführung des Führungsstellregelkreises 21 und der Einrichtung 22 gibt es verschiedene Möglichkeiten. Unabhängig von dieser Ausführung ist es jedoch durch den prinzipiellen Aufbau der in Figur 1 dargestellten Einrichtung möglich, den Ruckeldämpfer 20 in vorhandene Kraftstoffzumeßsysteme einzufügen und ihnen anzupassen.

Das Sollwert steuergerät 12 und der Wandler 13 sind bekannte Einrichtungen. So ist es z.B. möglich, daß das Sollwert steuergerät 12 mit Hilfe eines Kennfelds das Ausgangssignal tL· .._ abhängig von den Eingangssignalen οζ und η bildet, während es sich bei dem Wandler 13 z.B. um einen Frequenz-Spannungs-Wandler handeln kann.

Ein Ausführungsbeispiel eines Stellregelkreises 1U ist in der Figur 2 dargestellt. Mit der Bezugsziffer 30 ist ein Regler bezeichnet, z.B. ein PID-Regler, während die Ziffer 31 an der Stelle eines Mengenstellwerks der Einspritzpumpe steht. Die Bezugsziffer 32 erhält ein Verknüpfungspunkt, an dem die Signale U^ und U-,. , miteinander verknüpft werden. Das Ausgangssignal dieses Verknüpfungspunktes 32 wird dem Regler 30 zugeführt, dessen Ausgangssignal dann an das Mengenstellwerk der Einspritzpumpe 31 angeschlossen ist. Das Ausgangssignal des Mengenstellwerks 31 ist das Signal U₀*. ,, das die Position des Mengenstellwerks angibt. Der Regler 30 steuert nun das Mengenstellwerk 31 so an, daß die Differenz der beiden Signale U ^. und U ^ immer möglichst Null ist, daß also die tatsächliche Position des Mengenstellwerks 31 möglichst immer der gewünschten Position des Mengenstellwerks entspricht.

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In der Figur 3 ist ein Ausführungsbeispiel eines Führungs stellregelkreises dargestellt. Die Bezugsziffer hO bezeichnet einen Regler, z.B. einen PI-Regler, die Ziffer kl einen Tiefpaß und die Bezugsziffer U-2 steht an der Stelle eines Verknüpfungspunktes. Dieser Verknüpfungspunkt k2 wird von dem Signal U_ _Ί. und von dem Ausgangssignal des Tiefpasses hl beaufschlagt. Das Ausgangssignal des Verknüpfungspunktes U2 ist an den Regler Uo angeschlossen, dessen Ausgangssignal das Signal U_ ist. Als Eingangssignal des Tiefpasses U1 können nun zwei Signale verwendet werden. Führt man das Signal U^ .-dem Tiefpaß U1 zu, so ist die vollkommene Einfügbarkeit des Ruckeldämpfers 20 in ein vorhandenes Kraftstoffzumeßsystem gegeben, da in diesem Fall das Signal U₀/ -.. vom Ruckeldämpfer 20 selbst gebi-ldet wird. Schließt man dagegen das Signal O₀, . , an den Tiefpaß U1 an, so muß dieses Signal U₀/. ₊ von außen dem Ruckeldämpfer 20 zugeführt werden. In diesem zweiten Fall ist also die Einfügbarkeit des Ruckeldämpfers 20 in ein vorhandenes Kraftstoffzumeßsystem nur dann möglich, wenn vom Kraft stoffzumeßsystem das Mengenstellwerks Positionssignal U-,. dem Ruckeldämpfer zur Verfügung gestellt werden kann.

Wird das Signal U₀, ... rückgekoppelt, so muß darauf geachtet werden, daß der nachfolgende Stellregelkreis '\k keine bleibende Abweichung zwischen U₀, .. _ und U₀^. haben darf, und daß die Dynamik dieses Stellregelkreises 1h in hohem Maße die gesamte Ruckeldämpfung bestimmt. Abhängig vom Mengenstellwerk der Einspritzpumpe 31, wie •auch von der übrigen Auslegung des Ruckeldämpfers ist es möglich, daß der Tiefpaß Ui entfallen kann und damit das Rückkoppelsignal U^ .. bzw. U^. , direkt an den

Verknüpfungspunkt U2 angeschlossen werden kann. Der Regler Uo hat die Aufgabe, das Signal U„ dem Signal Up _ιη nachzuführen. Bei der Auslegung des Reglers Uo muß darauf geachtet werden, daß dieser Regler einerseits ein gutes Führungsverhalten aufweist, daß also das Signal U_, einem Sprung des Signals U„ möglichst schnell und exakt nachfolgt, daß aber trotz dieses Führungsverhaltens die Wirkung des Ruckeldämpfers 20 nicht aufgehoben wird. Es ist dabei auch möglich, daß der Regler U0 kein PI-Verhalten aufweist, sondern daß er eine andere, den Gegebenheiten des entsprechenden Ruckeldämpfers angepaßte Regelcharakteristik besitzt. Durch den prinzipiellen Aufbau des Ruckeldämpfers 20 und durch eine entsprechende Auslegung des in der Figur 3 dargestellten Führungsstellregelkreises 21 ist eine Signalformung der Führungsgröße des nachfolgenden Stellregelkreises, also z.B. eine Anstiegsbegrenzung oder eine Unempfindlichkeit szone dieses Signals nicht notwendig.

Die Figur k zeigt drei Beispiele von Einrichtungen zur Bildung der Ruckelstörgröße. Die Bezugsziffer 50 bezeichnet einen Hochpaß, die Ziffer 51 steht an der Stelle einer Einrichtung zur Anstiegsbegrenzung und die Ziffer 52 an der Stelle einer Einrichtung zur Anstiegsbegrenzung mit einer Unempfindlichkeitszone. Im einfachsten Fall beinhaltet die Einrichtung 22 zur Bildung der Ruckelstörgröße nur einen Hochpaß 50, wie dies in der Figur Ua dargestellt ist. Dieser Hochpaß hat die Aufgabe, Ruckelschwingungen zu erkennen und die Größe dieser Ruckelschwingungen als Störsignal U₀ an die Strögrößenaufschaltung 23 weiterzugeben. Es ist nun möglich oder notwendig, das Signal U_a zu begrenzen, wie dies in der Figur Ub dargestellt ist. Dazu wird das Ausgangssignal des Hochpasses 50 an die Einrichtung zur Anstiegsbegrenzung 51 angeschlossen, die dann das Signal U_ liefert. Eine weitere Signal-

formung des Signals U_c ist z.B. auch dadurch möglich,

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daß die Einrichtung 51 um eine Unempfxndlichkeitszone erweitert wird. Diese Möglichkeit ist in der Figur Uc dargestellt. Dort ist das Ausgangssignal des Hochpasses 50 an die Einrichtung zur Anstiegsbegrenzung mit Unempf xndlichkeitszone 52 angeschlossen, die dann das Signal U_ erzeugt. Die Entscheidung, welche der drei in der Figur h dargestellten Beispiele von Einrichtungen zur Bildung der Ruckelstörgröße im jeweiligen Anwendungsfall "benutzt wird, hängt vom jeweiligen Kraftstoffzumeßsy'stem ab, vor allem auch von dem benutzten Mengenstellwerk der Einspritzpumpe. Dabei ist es auch möglich, abweichend von der Figur h andere Möglichkeiten der Signalformung des Signals U-, vorzunehmen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Ruckeldämpfers zeigt Figur 5- Der Führungsstellregelkreis 21 dieses Ruckeldämpfers 20 besteht dabei aus einem Führungsformer 60, während die Einrichtung zur Bildung der Ruckelstörgröße 22 aus einem ersten Hochpaß 61, aus einer Einrichtung zur Signalformung 62 und aus einem zweiten Hochpaßt 63 besteht. Das Signal U„ .... wird dem Führungsformer 60 zugeführt, dessen Ausgangssignal U„ dann an die Störgrößenaufschaltung 23 angeschlossen ist. Die Reihenschaltung des ersten Hochpasses 61, der Einrichtung zur Signalformung 62 und des zweiten Hochpasses wird von dem Signal U- beaufschlagt, während das Ausgangssignal dieser Reihenschaltung ebenfalls an die Störgrößenaufschaltung 23 angeschlossen ist. Das Ausgangssignal der Störgrößenaufschaltung 23 ist dann das Signal U₀^ .., das den nachfolgenden Stellregelkreis lh ansteuert. Bei dem in der Figur 5 dargestellten Ruckeldämpfer wird das drehzahlabhängige Signal U^ über einen zweifachen Hochpaß als Störgröße der Führungsgröße des nachfolgenden

Stellregelkreises 1 h auf geschal.tet, wobei der Führungsstellregelkreis 21 dann nur aus dem Führungsformer 6θ besteht, also keine Rückkopplung von U_. .. bzw. U₀^. existiert. Die Ausführung des Führungsformers 60 kann auf verschiedene Weise vorgenommen werden, z.B. auch in der Form eines PDT.-Gliedes. Auch für die Einrichtung zur Signalformung 62 gibt es verschiedene Möglichkeiten, z.B. eine Einrichtung zur Anstiegsbegrenzung mit einer Unempfindlichkeitszone. Der in der Figur 5 dargestellte Ruckeldämpfer 20 ist so aufgebaut, daß er zwischen einem Sollwert steuergerät 12 und einem Stellregelkreis 1U eines vorhandenen Kraftstoffzumeßsystems eingefügt werden kann. Durch die verschiedenen Auslegungsmöglichkeiten des Ruckeldämpfers der Figur 5 ist es dabei möglich, diesen Ruckeldämpfer dem vorhandenen Kraftstoffzumeßsystem anzupassen.

Besonders vorteilhaft an dem mit Hilfe der Figuren 1 "bis 5 beschriebenen Ruckeldämpfer ist sein recht einfacher Aufbau. Dies hat zur Folge, daß bei der Abstimmung des Ruckeldämpfers auf das vorhandene Kraftstof fzumeßsystem wenig Einstellparameter beeinflußt werden müssen. Durch diese geringe Anzahl von Einstellparametern ist es möglich, daß die Parameter auch noch abhängig von ζ 'S. der Temperatur, der Drehzahl der Brennkraftmaschine, des eingelegten Ganges, usw. beeinflußt werden können.

Es hat sich herausgestellt, daß es vorteilhaft ist, beim Anlassen der Brennkraftmaschine die Wirkung des Ruckeldämpfers einzuschränken. Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, daß das Signal U^ unterhalb einer vorgegebenen, bestimmten Grenzdrehzahl eine konstante Spannung und damit unabhängig von der aktuellen Drehzahl der Brennkraftma-

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schine ist. Diese Berücksichtigung des Startvorgangs der Brennkraftmaschine kann z.B. innerhalb des Wandlers 13 durchgeführt werden.

Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Ruckelschwingungen nicht auf das Signal U_ .... einwirken zu lassen. Dies kann z.B. dadurch vermieden werden, daß z.B. im Sollwertsteuergerät 12 das vom Drehzahlgeber 11 gelieferte Signal zuerst z.B. über einen Tiefpaß geleitet wird, daß also die schnellen Ruckelschwingungen ausgefiltert werden. Eine derartige Filterung darf natürlich nicht das Signal U- beeinflussen, denn in der nachfolgenden Einrichtung zur Bildung der Ruckelstörgröße 22 wird ja gerade abhängig von den schnellen Ruckelschwingungen das Signal U₀ gebildet.

Es ist auch möglich, die in den beschriebenen Ausführungsbeispielen aufgeführten einzelnen Baugruppen zusammenzufassen. Dadurch entsteht in vorteilhafter Weise z.B. eine Einrichtung zur Beeinflussung einer Brennkraftmaschine mit Selbstzündung, bei der z.B. das Sollwertsteuergerät, der Ruckelcfmpf er, der Stellregelkreis, und gegebenenfalls noch weitere Baugruppen eine Einheit bilden und z.B. in analoger Schaltungstechnik auf kleinstem Raum Platz finden.

Die beschriebene Einrichtung zur Beeinflussung eines Stellregelkreises bei einer Brennkraftmaschine mit Selbst zündung kann nicht nur mit Hilfe eines analogen Schaltungsaufbaus realisiert werden, sondern es besonders vorteilhaft.die Einrichtung z.B. mittels eine Mikroprozessors und der entsprechenden Programmierung zu verwirklichen. Es ist auch möglich, daß die beschriebene Einrichtung letztendlich nicht das Mengenstellwerk

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der Einspritzpumpe eines Kraftstoffzumeßsystems beeinflußt, sondern daß die Einrichtung andere -Größen zur Beeinflussung der Verbrennung in der Brennkraftmaschine ansteuert.

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Claims

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2U.11.1983 Sr/Hm

ROBERT BOSCH GMBH₅ TOOO STUTTGART 1

Ansprüche

1./Einrichtung zur Beeinflussung eines Stellregelkreises "bei einer Brennkraftmaschine mit Selbstzündung mit Sensoren für Betriebskenngrößen (10, 11), einem Sollwertsteuergeräteteil (12) und einem Stellregelkreis (1U), dadurch gekennzeichnet, daß der mit Hilfe eines vom Stellregelkreis (lh) unabhängigen Führungsstellregelkreises (21) gebildeten Führungsgröße des Stellregelkreises eine von schnellen Drehzahländerungen abhängige Störgröße aufgeschaltet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsstellregelkreis (21) aus einem Regler (Uo) besteht, der mit einem Verknüpfungssignal beaufschlagt wird, das aus der Führungsgröße des Führungsstellregelkreises und der rückgekoppelten Führungsgröße des Stellregelkreises gebildet wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (Uo) vorzugsweise PI-Verhalten besitzt.

U. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Rückkoppelweg der Führungsgröße des Stellregelkreises sich ein Phasenschieber (U1) befindet.

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5. Einrichtung nach Anspruch h, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenschieber (hl) vorzugsweise aus einem Tiefpaß besteht.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von schnellen Drehzahländerungen abhängige Störgröße mit Hilfe eines Phasenschiebers (50) gebildet wird.

T. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die von schnellen Drehzahländerungen abhängige Störgröße einer Signalformung (51, 52) unterworfen wird.

8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenschieber (50) vorzugsweise aus einem Hochpaß besteht.

9. Einrichtung nach Anspruch T, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalformung (51, 52) vorzugsweise wenigstens eine Anstiegsbegrenzung und/oder eine Unempfindlichkeitszone umfaßt.

10. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsstellregelkreis (21) aus einem Führungsformer (6o) besteht, und daß die von schnellen Drehzahländerungen abhängige Störgröße mit Hilfe eines zweifachen Phasenschiebers (61, 63) und einer dazwischenliegenden Signalformung (62) gebildet wird.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsformer (βθ) vorzugsweise -Verhalten besitzt.

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12. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß es sich "bei dem zweifachen Phasenschieber (61, 63) vorzugsweise um zwei Hochpässe handelt.

13- Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die dazwischenliegende Signalformung (62) vorzugsweise wenigstens eine Anstiegsbegrenzung und/oder eine Unempfindlichkeitszone umfaßt.

"\k. Einrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsglieder (HO, Hl , 50, 51, 52, 60, 61, 62, 63) wenigstens abhängig sind von der Temperatur und/oder der Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder dem eingelegten Gang.

15· Einrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb einer vorgegebenen, bestimmten Grenzdrehzahl die der Führungsgröße des Stellregelkreises aufgeschaltete Störgröße konstant ist.

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