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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
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Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine ist aus der
DE 31 30 080 A1 bekannt. Dort wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Drehzahl insbesondere einer mit Selbstzündung betriebenen Brennkraftmaschine beschrieben. Abhängig von der Abweichung zwischen einem Soll- und einem Istwert für die Drehzahl bestimmt ein Regler eine Stellgröße zur Beaufschlagung eines elektromagnetischen Stellers, der die einzuspritzende Kraftstoffmenge festlegt. Um ein Abfallen der Drehzahl unter den Drehzahlsollwert zu vermeiden ist vorgesehen, daß der Sollwert für die Leerlaufdrehzahl bei Erreichen einer bestimmten Drehzahl um einen bestimmten Wert angehoben wird. Der Betrag, um den der Sollwert angehoben wird, nimmt anschließend über der Zeit ab.
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Desweiteren ist aus der
DE 41 12 848 A1 ein System zur Regelung der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftmaschine bekannt. Hier ist ebenfalls vorgesehen, daß ein Regler ausgehend von der Differenz zwischen einem Soll- und einem Istwert ein Signal zur Beaufschlagung eines Stellers bildet. Desweiteren ist eine sogenannte Vorsteuerung vorgesehen, die abhängig vom Drehzahlsignal das Ausgangssignal des Reglers additiv beeinflußt. Diese Vorsteuerung wird bei Erreichen bestimmter Drehzahlschwellen ein- bzw. ausgeschaltet.
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Die
DE 34 29 351 A1 zeigt eine Regelung der Leerlaufdrehzahl mit einer Vorsteuerung. Dem Vorsteuerwert wird ein Signal überlagert, das vom Reglerausgangssignal abhängt.
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Die
DE 33 11 550 A1 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine, bei der eine Vorsteuerung vorgesehen ist. Die Vorsteuerung hängt von verschiedenen Größen wie der Temperatur, der Drehzahl und dem Zustand einer Klimaanlage ab. Eine Wichtung der Vorsteuerung, abhängig von der Regelabweichung, zeigt diese Schrift ebenfalls nicht.
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Die
US 4 638 898 beschreibt ebenfalls einen Regelkreis, wobei sowohl die Regeldifferenz als auch der Sollwert mittels eines Wichtungsfaktors gewichtet wird. Der Wichtungsfaktor ist abhängig von dem Istwert der Drehzahl vorgebbar.
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Die
DE 43 05 573 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs. Ein Vorsteuerwert ist abhängig vom Einschalten zusätzlicher Verbraucher.
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Nachteilig bei diesen Einrichtungen ist es, daß der Wert, bei dem die Vorsteuerung bzw. die Anhebung des Sollwerts aktiviert ist, fest vorgegeben ist. Bei unterschiedlicher Belastung der Brennkraftmaschine ergibt sich ein unterschiedliches Sturzgasverhalten. Dies bedeutet, abhängig davon, welche elektrische Verbraucher beispielsweise Heckscheibenheizung bzw. die Klimaanlage eingeschaltet sind, fällt die Drehzahl unterschiedlich schnell bzw. unterschiedlich weit unter ihren Sollwert ab. Entsprechend muß für den Wert, bei dem die Vorsteuerung bzw. die Sollwertanhebung eingreift, ein Kompromißwert gewählt werden.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art das Verhalten der Brennkraftmaschine zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 und eine Vorrichtung nach Patentanspruch 7.
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Vorteile der Erfindung
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Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist es möglich, daß sich auch bei unterschiedlichen Bedingungen der Brennkraftmaschine immer ein günstiges Verhalten beim Wergang in die Leerlaufdrehzahl einstellt.
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Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Zeichnung
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen 1 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, 2 eine detaillierte Darstellung des Reglers mit der Vorsteuerung, 4 eine detaillierte Darstellung des Reglers mit einer Sollwertanhebung, und 3 und 5 die Abhängigkeit eines Wichtungsfaktors F abhängig von der Regelabweichung DN.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung wird im folgenden am Beispiel einer selbstzündenden Brennkraftmaschine beschrieben. Es läßt sich aber ohne weiteres auch bei anderen Brennkraftmaschinentypen anwenden. In diesem Fall sind entsprechende Elemente auszutauschen. So tritt beispielsweise bei einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine die Drosselklappe an die Stelle des Stellglieds zur Beeinflussung der eingespritzten Kraftstoffmenge. Bei einer solchen Brennkraftmaschine beeinflußt das Ausgangssignal des Reglers den leistungsbestimmenden Steller 100, wobei es sich hierbei um einen Drosselklappensteller handelt. Desweiteren können bestimmte Elemente weggelassen werden bzw. andere Elemente sind hinzuzufügen.
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In 1 ist ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung aufgezeigt. Ein Leerlaufregler 14 gibt ein Ausgangssignal UPI über einen Additionspunkt 13 und eine Minimalauswahl 11 an einen leistungsbestimmenden Steller 100. Abhängig von dem Eingangssignal fördert dieser Steller die entsprechende Kraftstoffmenge in die Brennräume einer nicht dargestellten selbstzündenden Brennkraftmaschine. Bei einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine beeinflußt der Steller 100 die Position der Drosselklappe bzw. eines Stellgliedes zur Beeinflussung der Leerlaufdrehzahl.
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Ein Drehzahlsensor 110 erfaßt die tatsächliche Drehzahl N der Brennkraftmaschine. Dieses Drehzahlsignal N gelangt zu einem Begrenzungskennfeld 12, zu einem Fahrverhaltenkennfeld 16, zu einem Vergleichspunkt 17 sowie zu einer Vorsteuerung 70. An einem weiteren Eingang des Vergleichspunktes 17 liegt das Ausgangssignal SN einer Sollwertvorgabe 7 an. Diese Sollwertvorgabe 7 gibt einen Sollwert SN für die Leerlaufdrehzahl vor. Das Ausgangssignal DN des Vergleichspunktes 17, das der Regelabweichung entspricht, gelangt zu dem Leerlaufregler 14.
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Die Vorsteuerung 70 erzeugt ein Ausgangssignal UD, das mit negativen Vorzeichen zu einem Summationspunkt 15 gelangt. Am zweiten Eingang des Summationspunktes 15 liegt das Ausgangssignal des Fahrverhaltenkennfeldes 16 an. An den Eingängen des Fahrverhaltenkennfeldes 16 liegt das Drehzahlsignal 17 sowie das Ausgangssignal des Fahrpedalstellungsgebers 5 an.
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Das Ausgangssignal des Summationspunktes 15 gelangt zu dem Additionspunkt 13. Das Ausgangssignal UPID des Additionspunktes 13 wird in einer Minimalauswahl 11 mit dem Ausgangssignal des Begrenzungskennfeldes 12 verglichen. Das kleinere der beiden Signale dient zur Ansteuerung der des leistungsbestimmenden Stellers 100.
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Die Vorrichtung gemäß 1 arbeitet nun wie folgt. Abhängig von der Differenz DN zwischen dem Ausgangssignal SN der Sollwertvorgabe 7 und der tatsächlichen Drehzahl N berechnet der Leerlaufregler ein Steilsignal UPI für den Steller 100. Von diesem Stellsignal wird im Additionspunkt das Ausgangssignal der Vorsteuerung 70 UD, an dessen Eingang die tatsächliche Drehzahl N anliegt, subtrahiert. Diese Vorsteuerung weist vorzugsweise ein differenzierendes Verhalten auf.
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Ist das Fahrpedal 5 nicht betätigt, bestimmt dieses Signal dominant die einzuspritzende Kraftstoffmenge. Bei betätigtem Fahrpedal erzeugt das Fahrverhaltenkennfeld 16 abhängig von der tatsächlichen Drehzahl N und der Fahrpedalstellung ein Ausgangssignal, das zum Ausgangssignal des Leerlaufreglers hinzuaddiert wird. In der Minimalauswahl 11 wird dieses Stellsignal auf einen höchstzulässigen Wert, der wenigstens von der tatsächlichen Drehzahl N abhängt, begrenzt.
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Üblicherweise ist vorgesehen, daß der D-Anteil 70 nur dann aktiv wird, wenn die Drehzahl unterhalb eines Schwellwertes liegt, der größer ist als die übliche Leerlaufdrehzahl.
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Anstelle eines D-Gliedes kann auch ein Block mit einem ähnlichen Übertragungsverhalten gewählt werden. Das Übertragungsverhalten ist im wesentlichen so gestaltet, daß sich bei stark abfallender Drehzahl ein Signal ergibt, das den Drehzahlabfall entgegenwirkt. Bei betragsmäßig kleinen Änderungen der Drehzahl wird eine kleine Korrekturgröße und bei betragsmäßig großen Änderungen wird eine große Korrektur aufgeschaltet. Die Korrekturgröße wird nur aufgeschaltet, wenn die Drehzahl abfällt. Dadurch soll vermieden werden, daß die Drehzahl unter den Sollwert SN abfällt.
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Es hat sich nun gezeigt, daß bei einer solchen Einrichtung sich abhängig von der Belastung der Brennkraftmaschine ein unterschiedliches Einschwingverhalten ergibt. Dies bedeutet, daß sich der tatsächliche Drehzahlwert N unterschiedlich schnell dem gewünschten Drehzahlwert SN annähert. Um nun das Einschwingverhalten zu verbessern, ist vorgesehen, daß die Vorrichtung wie in 2 dargestellt, modifiziert wird.
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In 2 sind Elemente, die bereits in 1 beschrieben wurden, mit entsprechenden Bezugszeichen versehen. Das Signal DN, das die Abweichung zwischen dem Sollwert SN und dem tatsächlichen Wert N für die Drehzahl entspricht gelangt desweiteren zu einem Kennfeld 200. Das Ausgangssignal F dieses Kennfeldes 200 gelangt zu einem Verknüpfungspunkt 210. In dem Verknüpfungspunkt 210 werden die Eingangssignale vorzugsweise multiplikativ verknüpft. Als zweite Eingangsgröße dieses Verknüpfungspunktes dient das Ausgangssignal der Vorsteuerung 70. Das Ausgangssignal des Verknüpfungspunktes 210 gelangt zum Additionspunkt 15.
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Das Übertragungsverhalten des Kennfeldes ist in
3 dargestellt. Es ist nicht zwingend, daß der Block
200 als Kennfeld realisiert wird, es kann auch ein entsprechender Übertrager mit entsprechendem Übertragungsverhalten vorgesehen sein. Bei kleiner Regelabweichung DN ergibt sich ein Faktor von nahezu 1. Bei großen Regelabweichungen nähert sich der Faktor dem Wert 0. Vorzugsweise wird eine Funktion F gemäß folgender Formel gewählt:
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Beziehungsweise alternativ kann auch eine Übertragungsfunktion gemäß der folgenden Formel
gewählt werden. Die erste Funktion wird üblicherweise als Exponential-Funktion und die zweite als Hyperbel bezeichnet. Bei den Größen const handelt es sich um Konstanten. Bei dem wert DN handelt es sich um die Regelabweichung die der Differenz zwischen dem Sollwert SN für die Drehzahl und dem Istwert N für die Drehzahl entspricht.
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Dieser Übertrager 200 bewirkt, daß das Ausgangssignal der Vorsteuerung 70 bei großen Regelabweichungen DN mit dem Wert 0 gewichtet wird. Dies hat zur Folge, daß die Vorsteuerung 70 bei großen Regelabweichungen nicht wirksam ist. Bei kleinen Regelabweichungen DN dagegen nimmt der Wichtungsfaktor dagegen nahezu den Wert 1 an. Dies bewirkt, daß die Vorsteuerung bei kleinen Regelabweichungen voll wirksam ist. Der Übergang zwischen einer nicht wirksamen und einer voll wirksamen Vorsteuerung erfolgt allmählich. Dadurch, daß die Vorsteuerung mittels einer Funktion F gewichtet wird, die die Ausgangsgröße der Vorsteuerung umso stärker wichtet, je kleiner die Regelabweichung DN ist, kann ein weicher Beginn der Vorsteuerung bewirkt werden. Durch diese Vorgehensweise ergibt sich unabhängig von der Belastung der Brennkraftmaschine immer nahezu das gleiche Einschwingverhalten.
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Anstelle der Vorsteuerung
70 kann auch vorgesehen sein, daß entsprechend wie bei der
DE 31 30 080 A1 der Sollwert SN entsprechend angehoben wird. Entsprechend wie die Wichtung der Vorsteuerung kann auch eine Wichtung dieser Anhebung des Drehzahlsollwerts SN erfolgen, wobei die Wirkungsweise des Übertragers
200 umgekehrt ist, das heißt, daß ein großer Wichtungsfaktor bei großer Regelabweichung und ein kleiner Wichtungsfaktor bei kleiner Regelabweichung wirkt.
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Eine entsprechende Realisierung ist in
4 dargestellt. Entsprechende Elemente sind wieder mit entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet. Bei dieser Ausführungsform entfällt die Vorsteuerung
70. Die Sollwertvorgabe
7 wird durch die Blöcke
220 und
200 ergänzt. im Block
7 ist der übliche Sollwert SN für die Leerlaufdrehzahl entsprechend wie in der
DE 31 30 080 A1 abgelegt.
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Der Block 220 bildet den Wert AN, um den die Solldrehzahl angehoben werden soll. Einem Übertrager 200, der das entsprechende Übertragungsverhalten, wie in 5 aufweist, wird die Regelabweichung DN zugeführt. Der Übertrager 200 beaufschlagt einen Verknüpfungspunkt 215, der dem Verknüpfungspunk 210 bei 2 entspricht mit seinem Ausgangssignal. Am zweiten Eingang des Verknüpfungspunktes 215 liegt das Ausgangssignal des Blockes 220. Das Ausgangssignal des Verknüpfungspunktes 215 wird dem Additionspunkt 225 zugeleitet, an dessen zweiten Eingang das Ausgangssignal der Sollwertvorgabe 7 anliegt. Bei dem Ausgangssignal des Verknüpfungspunktes 225 wird der Verknüpfungspunkt 17 beaufschlagt.
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Die Sollwertvorgabe 7 gibt wie in 1 den Sollwert SN abhängig von verschiedenen Betriebsparametern, wie beispielsweise der Motortemperatur vor. Zu diesem Wert wird der mit dem Wichtungsfaktgor F modifizierte Ausgangswert der Sollwertanhebung 220 hinzuaddiert. Bei großen Regelabweichungen ist Wert um den der Sollwert SN angehoben wird nahezu AN. Bei kleinem Wert geht der Wert gegen Null.
