DE3523535A1

DE3523535A1 - Regelanordnung fuer eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3523535A1
Application number: DE19853523535
Authority: DE
Inventors: Albin Hassler; Rainer Rudolph; Juergen Wietelmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1985-07-02
Filing date: 1985-07-02
Publication date: 1987-01-15
Also published as: EP0207316A3; EP0207316B1; DE3674083D1; EP0207316A2; JPS6223550A

Description

Stand der Technik

Der Gegenstand der Erfindung betrifft eine Regelanordnung für eine Brennkraftmaschine mit einer Endstufe zur Beein flussung einer Kraftstoffzumeßeinrichtung, die die der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoffmenge bestimmt, sowie mit einem Rechengerät zur Ansteuerung der Endstufe wenigstens in Abhängigkeit von der der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffmenge.

Es ist bekannt, eine Brennkraftmaschine dadurch zu regeln, daß z.B. mit Hilfe entsprechender Geber die der Brennkraft maschine zugeführte Kraftstoffmenge gemessen wird, daß mit Hilfe von anderen Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine die für den Betriebszustand derselben optimale Kraftstoff menge bestimmt und in Abhängigkeit von diesen Ist- und Sollwerten dann die Brennkraftmaschine beeinflußt wird. Schaltungstechnisch kann dies z.B. bei einer Diesel brennkraftmaschine mit Hilfe eines Regelweggebers, eines elektronischen Rechengeräts, sowie einer Endstufe reali siert werden, wobei dann die Beeinflussung der Brennkraft maschine auf verschiedene Weisen, z.B. mit einem elek tromagnetischen Stellwerk durchgeführt werden kann. Der beschriebene Regelkreis muß dabei so ausgeführt sein, daß er ein stabiles Regelverhalten auch unter extremen Be triebsbedingungen aufweist, gleichzeitig muß er jedoch ein schnelles und genaues Einregeln, insbesondere ein Einregeln ohne Überschwingen, auf den entsprechenden ge wünschten Wert gewährleisten. Aufgrund der begrenzten Speicherkapazität und auch der endlichen Rechenzeit ist es nicht möglich, sämtliche der genannten Anforderungen mit Hilfe eines Rechners optimal zu erfüllen. Verringert man z.B. die Frequenz, mit der der Rechner den Istwert geber abtastet, so hat dies eine destabilisierende Wir kung auf den gesamten Regelkreis zur Folge. Erhöht man hingegen die Abtastfrequenz, so verringert sich die Rechenzeit zwischen den einzelnen Abtastungen und damit auch die Möglichkeit, eine genaue Regelung durchzufüh ren. Ein weiterer Nachteil der Verwendung eines Rech ners zur Regelung einer Brennkraftmaschine besteht darin, daß mit dem Ausfall der Versorgungsspannung des Rechners auch keine Regelung der Brennkraftmaschine mehr statt findet und damit die Brennkraftmaschine gegebenenfalls sogar unkontrollierbar wird. Dieser zuletzt genannte Fall kann zumindest teilweise mit Hilfe mechanischer Notfahreinrichtungen vermieden werden. Ein weiterer sinnvoller Betrieb der Brennkraftmaschine nach dem Aus fall des Rechners ist damit jedoch zumeist nicht möglich.

Vorteile der Erfindung

Gegenüber dem beschriebenen Stand der Technik hat die Erfindung den Vorteil, daß bei optimalen Notfahreigen schaften gleichzeitig eine genaue und schnelle Regelung einer Brennkraftmaschine möglich ist.

Dies wird dadurch erreicht, daß eine Koppelschaltung un abhängig vom Rechengerät, jedoch abhängig von der der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffmenge ebenfalls die Endstufe ansteuert.

Besonders vorteilhaft ist es dabei, die Koppelschaltung als eine differenzierende Gegenkopplung des eigentlichen Regelkreises auszuführen. Ein weiterer Vorteil der Er findung besteht darin, für den Notfahrbetrieb das eigent liche Eingangssignal des Regelkreises direkt mit dem Ausgangssignal der Koppelschaltung zu verknüpfen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildun gen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, sowie aus der Zeichnung mit zugehöriger Beschreibung. Die Zeichnung zeigt in ihrer einzigen Figur ein Block schaltbild eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, das in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert ist.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

Das beschriebene Ausführungsbeispiel betrifft die Rege lung einer Diesel-Brennkraftmaschine. Die Erfindung be schränkt sich jedoch nicht auf selbstzündende Brennkraft maschinen, sondern ist in analoger Weise auch auf andere Brennkraftmaschinentypen anwendbar.

Im Blockschaltbild der einzigen Figur der Zeichnung bil den ein Fußfahrgeber 10 (FFG), ein Analog/Digital-Wandler 11 (ADC), eine Verknüpfung 22, ein erster Regelalgo rithmus 12 (RA 1), eine Begrenzung 13, eine Verknüpfung 20, ein zweiter Regelalgorithmus 14 (RA 2), ein Digital/ Analog-Wandler 15 (DAC), eine Verknüpfung 24, eine End stufe 16 (ES), eine Einspritzpumpe 17 (EP) und eine Brenn kraftmaschine 18 (BKM) eine Serienschaltung. Bei dem Ausgangssignal der Brennkraftmaschine 18 handelt es sich um die Drehzahl N der Brennkraftmaschine, wobei dieses Signal über einen Analog/Digital-Wandler 21 (ADC) mit einem negativen Vorzeichen der Verknüpfung 22 zugeführt ist. Demgegenüber handelt es sich bei dem Eingangssignal der Brennkraftmaschine 18 um den Regelweg RW der Ein spritzpumpe 17, wobei dieses Signal einerseits über einen weiteren Analog/Digital-Wandler 19 (ADC) mit einem negativen Vorzeichen versehen an die Verknüpfung 20 angeschlossen ist, andererseits über eine Koppel schaltung 23 (KS) ebenfalls mit einem negativen Vor zeichen versehen mit der Verknüpfung 24 verbunden ist. Schließlich ist das Ausgangssignal des Fußfahrgebers 10 über eine Schalteinrichtung 26 ebenfalls mit der Ver knüpfung 24 gekoppelt. Die Schalteinrichtung 26 befin det sich dabei normalerweise in ihrem geöffneten Zu stand und wird nur unter bestimmten Betriebsbedingungen geschlossen. Dieses Schließen wird dabei von dem mit dem Kennzeichen 25 bezifferten Mikroprozessor hervor gerufen, wobei der Mikroprozessor 25 wenigstens die mit den Kennzifferen 11, 22, 12, 13, 20, 14, 15, 19 und 21 bezeichneten Funktionen bzw. Einrichtungen durchführt bzw. aufweist.

Die einzelnen Blöcke des beschriebenen Blockschaltbilds können dabei noch von weiteren, nicht dargestellten Be triebsparametern beeinflußt werden, so z.B. insbesondere die Begrenzung 13 durch den Ladeluftdruck PL und die Ladelufttemperatur TL eines gegebenenfalls vorhandenen Turboladers oder durch die Kraftstofftemperatur TK oder die Motortemperatur TM usw. Schließlich kann auch die Drehzahl N der Brennkraftmaschine auf die Begrenzung 13 einwirken, wie dies strichliert dargestellt ist.

Ein erster Regelkreis des dargestellten Ausführungsbei spiels besteht aus dem zweiten Regelalgorithmus 14, dem Digital/Analog-Wandler 15, der Verknüpfung 24, der End stufe 16, der Einspritzpumpe 17, dem Analog/Digital- Wandler 19 und der Verknüpfung 20. Geregelt wird in diesem Regelkreis der Regelweg der Einspritzpumpe 17, wobei das negative Eingangssignal der Verknüpfung 20 den Ist-Regelweg darstellt, das positive Eingangssignal hingegen den Soll-Regelweg.

Ein zweiter Regelkreis, der dem ersten Regelkreis über lagert ist, besteht aus dem Fußfahrgeber 10, dem Analog/ Digital-Wandler 11, der Verknüpfung 22, dem ersten Regel algorithmus 12, der Begrenzung 13, dem ersten Regelkreis und dem Analog/Digital-Wandler 21. In diesem zweiten Regelkreis wird die Drehzahl N der Brennkraftmaschine 18 geregelt. Dabei handelt es sich bei dem negativen Eingangssignal der Verknüpfung 22 um die Ist-Drehzahl, bei dem positiven Eingangssignal hingegen um eine Soll- Drehzahl der Brennkraftmaschine.

Die beiden Regelalgorithmen 12 und 14 haben die Aufgabe, in Abhängigkeit von ihrem Differenz-Eingangssignal Ausgangssignale zu bilden, die ein optimales Verhalten der Brennkraftmaschine gewährleisten. Die Aufgabe der Begrenzung 13 besteht darin, das Sollsignal für den Regelweg an die mechanischen Eigenschaften der Ein spritzpumpe 17 anzupassen. Die Analog/Digital- bzw. Digital/Analog-Wandler 11, 15, 19 und 21 stellen je weils die Verbindung zwischen dem digital arbeitenden Mikroprozessor 25 und den analogen peripheren Einrich tungen her.

Der Vorteil einer derartigen, mit Hilfe eines Rechners realisierten Regelung einer Brennkraftmaschine besteht insbesondere darin, daß hohe Regelgenauigkeiten erreicht werden können, was optimale Betriebseigenschaften der gesamten Einrichtung zur Folge hat. Ebenfalls ist es mög lich, mit Hilfe des Rechners Langzeitdriften z.B. der Einspritzpumpe oder der Brennkraftmaschine zu erkennen und zu kompensieren. Der Nachteil besteht jedoch, wie eingangs schon erwähnt wurde, in einer Destabilisierung des gesamten Regelkreises.

Mit Hilfe der Koppelschaltung 23 ist es nun erfindungs gemäß möglich, den Nachteil der Destabilisierung weitge hend zu beheben. Dies wird dadurch erreicht, daß die Kop pelschaltung 23 im Hinblick auf den beschriebenen ersten Regelkreis als Gegenkopplung der aus Endstufe 16 und Einspritzpumpe 17 bestehenden Regelstrecke wirkt. Dabei ist die Koppelschaltung 23 vollkommen unabhängig vom Mikroprozessor 25 und normalerweise in analoger Schal tungstechnik aufgebaut. Besonders vorteilhaft ist es, die Koppelschaltung 23 als Differenzierglied zu rea lisieren. Dadurch entsteht insgesamt ein erster Regel kreis bezüglich des Regelwegs RW der Einspritzpumpe, in dem ein Parameter durch eine differenzierende Gegen kopplung zusätzlich zum Regelalgorithmus frei bestimmt werden kann. Des weiteren ist der erste Regelkreis von einem zweiten Regelkreis bezüglich der Drehzahl N der Brennkraftmaschine überlagert ist.

Mit Hilfe dieser zuletzt beschriebenen Konfiguration ist es möglich, eine Brennkraftmaschinen-Regelung nicht nur schnell und genau, sondern gleichzeitig stabil zu gestalten. Die Anforderungen an ein stabiles Regel verhalten der gesamten Regelung, die, wie eingangs erwähnt wurde, mit Hilfe eines einzigen Rechners nicht erreicht werden können, sind also durch die erfindungs gemäße Einführung einer Koppelschaltung, insbesondere eines gegengekoppelten Differenzierglieds zu erfüllen.

Gleichzeitig ist mit Hilfe der erfindungsgemäßen Hin zufügung der Koppelschaltung 23 in besonders vor teilhafter Weise ein Notfahrbetrieb der gesamten Brennkraftmaschine möglich. Fällt z.B. durch irgendwelche Gründe die Spannungsversorgung des Mikroprozessors 25 aus, so geht die Schalteinrichtung 26 erfindungsgemäß in ihren geschlossenen Schaltzustand über. Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, daß als Schalteinrichtung 26 ein Relais verwendet wird, das nur bei vorhandener Versorgungsspan nung für den Mikroprozessor 25 sich in seinem aktiven, also angezogenen geöffneten Zustand befindet, und das des halb bei Spannungsausfall automatisch schließt. Durch diesen Vorgang wird das Ausgangssignal des Fußfahrgebers 10 direkt auf die Verknüpfung 24 geschaltet und ersetzt damit das aufgrund des Spannungsausfalls fehlende Aus gangssignal des Digital/Analog-Wandlers 15. Bei Span nungsausfall des Mikroprozessors 25 wird also durch das Schließen der Schalteinrichtung 26 ein Einfach-Regel kreis gebildet, der aus dem Fußfahrgeber 10, der ge schlossenen Schalteinrichtung 26, der Verknüpfung 24, der Endstufe 16, der Einspritzpumpe 17 und der Koppel schaltung 23 besteht. Bei geeigneter Dimensionierung insbesondere der Koppelschaltung 23 ist es dann mit Hilfe dieses Einfach-Regelkreises möglich, eine zumindest vorübergehend zufriedenstellende Arbeitsweise der Brenn kraftmaschine zu gewährleisten.

Insgesamt wird also mit Hilfe der erfindungsgemäßen Ein führung einer Koppelschaltung nicht nur eine stabilere Regelung der Brennkraftmascchine erreicht, sondern gleichzeitig auch die Möglichkeit eines einfachen, aber wirkungsvollen Notfahrkonzepts realisiert.

Claims

1. Regelanordnung für eine Brennkraftmaschine mit einer Endstufe zur Beeinflussung einer Kraftstoffzumeßein richtung, die die der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoffmenge bestimmt, sowie mit einem Rechengerät zur Ansteuerung der Endstufe wenigstens in Abhängigkeit von der der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff menge, dadurch gekennzeichnet, daß eine Koppelschaltung unabhängig vom Rechengerät, jedoch abhängig von der der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffmenge ebenfalls die Endstufe ansteuert.

2. Regelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Koppelschaltung als Gegenkopplung zu der Serienschaltung aus Endstufe und Kraftstoff zumeßeinrichtung wirkt.

3. Regelanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelschaltung differenzie rendes Verhalten aufweist.

4. Regelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoffmenge mit Hilfe eines Regelweg gebers gemessen wird.

5. Regelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoffmenge mit Hilfe eines Nadelhub gebers gemessen wird.

6. Regelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rechengerät von einem Signal bezüglich der Drehzahl der Brennkraftmaschine angesteuert wird.

7. Regelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Rechengerät von einem Lastsignal angesteuert ist.

8. Regelanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net, daß das Lastsignal mit Hilfe eines Fußfahrgebers erzeugt wird.

9. Regelanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net, daß das Lastsignal über eine Schalteinrichtung die Endstufe ansteuert.

10. Regelanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß die Schalteinrichtung in ihren geschlos senem Schaltzustand übergeht, wenn das Rechengerät z.B. aufgrund eines Ausfalls der Spannungsversorgung des Rechengeräts, die Endstufe nicht mehr ansteuert.