DE3923031A1 - Steuersystem fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents
Steuersystem fuer eine brennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Steuersystem für eine Brennkraft
maschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Die "Automobiltechnische Zeitschrift" (ATZ) 82 (1980) 4 befaßt sich
auf Seite 169 mit der "Verringerung des Kraftstoffverbrauchs von
Ottomotoren durch elektronische Steuerung von Einspritzung und
Zündung". Dabei werden dann auf Seite 173 verschiedene Möglichkeiten
beschrieben und speziell unter 3.5 die "Digitale Motorelektronik"
behandelt. Es wird dargestellt, wie neben verschiedenen
Lambda-Werten auch die Zündzeitpunkte auf Werte eingestellt werden,
die mit dem jeweiligen Lambda-Wert abgestimmt sind. Dabei ergibt
sich nach einem Bild 6 ein über Saugrohrdruck und Drehzahl auf
gespanntes Zündkennfeld.
Die DE-PS 25 10 526 betrifft ein "Verfahren zur Regelung des
Betriebsverhaltens einer Brennkraftmaschine". Im einzelnen geht es
nach deren Anspruch 1 um eine Laufruheregelung, von der es im
Kennzeichen des Anspruchs 1 heißt, "daß auch der Zündwinkel
zusätzlich zur Änderung des Kraftstoff-Luft-Gemisches und/oder der
Abgasrückführmenge ... verändert wird". Hier wird demnach im Rahmen
der Laufruheregelung eine kombinierte Verstellung von Zündwinkel,
Lambda- oder Abgasrückführmenge vorgeschlagen.
Schließlich offenbart die EP-B-33 616 ein Regelsystem für die
Leerlaufdrehzahl, bei dem die Zündverstellung proportional zur
Ist-Solldrehzahl-Abweichung verstellt wird und der luft- oder
gemischseitige Eingriff mittels eines Integral-Anteils ausgehend von
der Ist-Solldrehzahl-Abweichung ausgeregelt wird.
Bei den bekannten Systemen mit Lambda-Regelung und Leerlaufdrehzahl
regelung hat sich nun gezeigt, daß ihr Zusammenspiel nicht immer
optimal ist. Vom Prinzip her laufen beide Funktionen, d.h. die
Leerlaufregelung, als auch die Lambda-Regelung völlig unabhängig
voneinander. Da jedoch beide über den Motor gekoppelt sich, kann es
zu unangenehmen Betriebszuständen kommen, weil die Regler je nach
Betriebsbereich auch gegeneinander arbeiten können. So ist das vom
Motor abgegebene Drehmoment eine Funktion von Lambda. Verändert sich
der Lambda-Wert, so hat dies über das geänderte Drehmoment auch
einen Einfluß auf die Drehzahl. Da diese im Leerlauf konstant
gehalten werden soll, muß der Drehzahlregler sofort eingreifen, um
den Lambda-Einfluß rückgängig zu machen. Bei ungünstigen Phasenlagen
der beiden Reglereingriffe kann sich deshalb ein verschlechterter
Rundlauf der Brennkraftmaschine im Leerlauf ergeben.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, Maßnahmen gegen eine gegen
seitige negative Beeinflussung von verschiedenen Reglern vorzusehen.
Mit dem erfindungsgemäßen Steuersystem mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 lassen sich gegenseitige negative Einflüsse unterschied
licher Regler beseitigen mit dem Ergebnis eines ruhigen Laufes. Dies
resultiert aus der Entkopplung zwischen den unterschiedlich schnell
wirkenden Steuer- bzw. Regelsignalen.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich in Verbindung mit den
Unteransprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfüh
rungsbeispiels.
Als besonders vorteilhaft hat sich ein Eingriff in die Zündung
ausgehend von einem Lambda-Signal ergeben, das als Entkopplungs
element wenigstens ein Verzögerungsglied durchläuft.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben und erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 ein erstes relativ grobes Blockschaltbild bezüg
lich der Verhältnisse bei einem Lambda- und einem Drehzahl-Regler.
Fig. 2 zeigt anhand eines konkreten Beispiels die Verhältnisse bei
einem Zündungseingriff ausgehend von einem Lambda-Signal.
Fig. 1 zeigt grobschematisch in einer Blockdarstellung eine Brenn
kraftmaschine mit Fremdzündung zusammen mit ihren wesentlichsten
Steuerungs- bzw. Regelungselementen. Die Brennkraftmaschine selbst
ist mit 10 bezeichnet. Sie wird gesteuert über einen Eingang 11
bezüglich der Zündung, einen Eingang 12 bezüglich der zugeführten
Luftmenge bzw. Luftmasse sowie über einen Eingang 13 bezüglich
Kraftstoff oder Luft-Kraftstoffgemisch. Ausgangsseitig der Brenn
kraftmaschine sind lediglich zwei Größen markiert. Eine betrifft
einen Lambda-Istwert an einem Ausgang 14 sowie die Drehzahl an einem
Ausgang 15. Vorgeschaltet ist der Brennkraftmaschine 10 eine Steuer
einheit 17, die abhängig von den einzelnen Parametern und Meßgrößen
der nachfolgenden Brennkraftmaschine 10 Luft und Kraftstoff sowie
ein Zündsignal zur Verfügung stellt.
Mit 20 ist ein Lambda-Regler bezeichnet, mit 25 ein Drehzahl-Regler
und mit 30 ein Entkopplungselement. Selbstverständlich können die
elektrischen Elemente der Steuereinheit 17, der beiden Regler 20 und
25 sowie des Entkopplungselement 30 in einem Steuergerät selbst
zusammengefaßt werden.
Der Lambda-Regler 20 beeinflußt abhängig vom Lambda-Istwert vom
Ausgang 14 der Brennkraftmaschine 10 sowie abhängig von einem
Lambda-Sollsignal von einem Eingang 21 über eine Vergleichsstelle 22
ein Steuersignal zur Beeinflussung des Luft-Kraftstoff-Gemisches im
Sinne einer möglichst geringen Lambda-Soll-Ist-Abweichung. Ent
sprechend verhält es sich beim Drehzahl-Regler 25, dem über eine
Vergleichsstelle 26 die Ist-Drehzahl vom Ausgang 15 der Brennkraft
maschine 10 sowie eine Soll-Drehzahl von einem Eingang 27 zugeführt
wird. Dieser Drehzahl-Regler 25 bestimmt seinerseits in an sich
bekannter Weise einen möglichst konstanten Drehzahlverlauf über eine
entsprechende Luftzumessung zur Brennkraftmaschine 10 oder jedoch
über eine entsprechende Beeinflussung des Zündzeitpunkts oder des
Lambda-Wertes.
Die bisher beschriebene Anordnung zur Steuerung einer Brennkraft
maschine gehört als solche zum Stand der Technik. Erfindungsgemäß
wird beim Gegenstand von Fig. 1 ein Entkopplungselement 30 vor
gesehen, das in der gezeichneten Ausführung doppelseitig wirkt,
d. h. einmal vom Lambda-Regler 20 über ein Entkopplungsteilelement
30a auf eine Summationsstelle 31 am Ausgang des Drehzahlreglers 25
und ferner gegenläufig vom Ausgang des Drehzahlreglers 25 über das
Entkopplungsteilelement 30b zu einer entsprechenden Summationsstelle
32 am Ausgang des Lambda-Reglers 20.
Wesentlich ist nun beim Gegenstand von Fig. 1, daß Lambda-Regler 20
und Drehzahlregler 25 unterschiedlich rasch auf dynamische Vorgänge
reagieren. Begründet ist dies in der Physik der Brennkraftmaschine
selbst. So wird Lambda als das Verhältnis von Luft zu Kraftstoff
zwangsläufig im Vorfeld des Verbrennungsvorgangs in der Brennkraft
maschine beeinflußt, weil die Gemischaufbereitung im Luftansaugrohr
vorgenommen wird. Dadurch ergibt sich eine gewisse Totzeit bei der
Beeinflussung seitens Lambda abhängig vom Lambda-Ist-Signal mit dem
Ergebnis einer nicht vernachlässigbaren Reaktionszeit. Andererseits
kann der Drehzahl-Regelungseingriff über die Zündung erfolgen. Weil
sie unmittelbar die Verbrennungsvorgänge in der Brennkraftmaschine
beeinflußt, ist deren Reaktionszeit wesentlich kürzer gegenüber der
jenigen einer Lambda-Verstellung.
Wird nun beispielsweise beim Gegenstand von Fig. 1 Lambda-Soll
verändert, dann verändert sich das von der Brennkraftmaschine
abgegebene Drehmoment entsprechend nach einem an sich bekannten
Zusammenhang. Das veränderte Drehmoment wiederum beeinflußt die
Drehzahl, die jedoch mittels des Drehzahl-Reglers konstant gehalten
wird. Aufgrund der relativ raschen Reaktion der Brennkraftmaschine
auf ein geändertes Drehzahl-Reglerausgangssignal werden bei der
Erfindung nun mittels des Entkopplungselements 30 Maßnahmen
getroffen, die ein ungünstiges Zusammenwirken der beiden Regler 20
und 30 verhindern und somit für einen ruhigen Lauf sorgen. Mittels
des Entkopplungselementes ist es ein- oder beidseitig möglich, auf
Änderungen des jeweils anderen Reglers zu reagieren und dessen
Einfluß in die Brennkraftmaschinensteuerung mit einzubeziehen. Dabei
erweist es sich als zweckmäßig, die Mittel zur Entkopplung nur in
selektiven Betriebsbereichen, insbesondere im Leerlauf, über einen
Steuereingang 30c einzuschalten.
Ein detailliertes Blockschaltbild hierzu zeigt Fig. 2. Dort sind
aus Fig. 1 bekannte Elemente mit den gleichen Bezugsziffern
versehen. Beim Gegenstand von Fig. 2 findet sich ein Entkopplungs
element 35 zwischen dem Ausgang 14 der Brennkraftmaschine 10 bezüg
lich eines Lambda-Ist-Signals und der Eingangsleitung 11 der Brenn
kraftmaschine für den Zündungseingriff. Symbolisiert wird diese
Beeinflussung mittels eines Summationspunktes 36 vor dem Zündungs
eingang 11 der Brennkraftmaschine 10. Das Entkopplungselement 35
selbst umfaßt ein sogenanntes Totzeitglied 38 sowie nachgeschaltet
ein Proportionalglied 39. Beide einstellbaren Größen von Totzeit
glied 38 und Proportionalglied 39 sind zweckmäßigerweise abhängig
von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine wie Drehzahl und Last,
insbesondere der Grundeinspritzmenge einstellbar und auf den
einzelnen Brennkraftmaschinen- und Fahrzeugtypen angepaßt. Mit
diesem Entkopplungselement 35 von Fig. 2 ist es möglich, den an
sich schnellen Zündungseingriff an die Verhältnisse bezüglich der
Gemischzusammensetzung Lambda anzupassen und auf diese Weise eine
Lambda-abhängige Beeinflussung der Zündung im Sinne einer Ent
kopplung zwischen den Ausgangsgrößen der beiden Regler 20 und 25 zu
erreichen.
Alternativen bezüglich des in Fig. 2 gezeigten Gegenstandes sind
insoweit möglich, als das Eingangssignal des Entkopplungselementes
35 auch mit einem Lambda-Sollwert beaufschlagbar ist oder mit dem
Ausgangssignal des Lambda-Reglers 20 selbst.
Ferner läßt sich das Ausgangssignal des Entkopplungselementes 35
auch an ein Kraftstoffmengensteuersignal ankoppeln.
In beiden Darstellungen von Fig. 1 und Fig. 2 ist zur Darstellung
der Erfindung ein Blockschaltbild gewählt. Es ergibt sich von
selbst, daß dieses Blockschaltbild bei modernen Systemen in ein
Steuerungsprogramm umgesetzt wird, welches letztlich mittels eines
Rechners die einzelnen zu steuernden Größen bei der Brennkraft
maschine 10 bestimmt.
Claims (9)
1. Steuersystem für eine Brennkraftmaschine mit Sensoren bezüglich
Lambda, Drehzahl und Luftdurchsatz im Ansaugrohr bzw. Druck und/oder
Drosselklappenwinkel sowie Mitteln zum Beeinflussen von
Luftdurchsatz, Drehzahl und Lambda, dadurch gekennzeichnet, daß
Mittel zur Entkopplung (30, 35) zwischen unterschiedlich schnell
wirkenden Steuer- bzw. Regelsignalen vorgesehen sind.
2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Mittel zur Entkopplung (30, 35) zwischen Lambda-Regelung und Dreh
zahlregelung vorgesehen sind.
3. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Mittel zur Entkopplung (30, 35) in selektiven Betriebsbereichen,
insbesondere im Leerlaufbereich einschaltbar sind.
4. Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß ein Zündsignal abhängig von einem Lambda-Signal beein
flußbar ist (30a, 35).
5. Steuersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als
Lambda-Signal ein Lambda-Ist-Signal vorgesehen ist (Fig. 2).
6. Steuersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Beeinflussung über ein Verzögerungsglied (38) erfolgt.
7. Steuersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das
Verzögerungsglied steuerbar ist.
8. Steuersystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das
Verzögerungsglied abhängig von Drehzahl und Last, insbesondere der
Grundeinspritzmenge (t1) steuerbar ist.
9. Steuersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Beeinflussung über ein vorzugsweise steuerbares Proportionalglied
(39) erfolgt.
Priority Applications (4)
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Country Status (4)
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