DE3923031A1 - Steuersystem fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Stand der Technik

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.

Vorteile der Erfindung

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.

Zeichnung

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.

Ausführungsbeispiele der Erfindung

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.