EP0207316A2 - Regelanordnung für eine Brennkraftmaschine - Google Patents
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- F02D2041/224—Diagnosis of the fuel system
- F02D2041/226—Fail safe control for fuel injection pump
Definitions
- the subject matter of the invention relates to a control arrangement for an internal combustion engine with an output stage for influencing a fuel metering device which determines the amount of fuel supplied to the internal combustion engine, and with a computing device for controlling the output stage at least as a function of the amount of fuel supplied to the internal combustion engine.
- the control loop described must be designed so that it has a stable control behavior even under extreme operating conditions, but at the same time it must ensure rapid and precise adjustment, in particular adjustment without overshoot, to the corresponding desired value. Due to the limited storage capacity and the finite computing time, it is not possible to optimally meet all of the above requirements with the help of a computer. If, for example, the frequency with which the computer scans the actual value transmitter is reduced, this has a destabilizing effect on the entire control loop. If, on the other hand, the sampling frequency is increased, the computing time between the individual samples is reduced, and with it the possibility of carrying out precise control.
- Another disadvantage of using a computer for regulating an internal combustion engine is that if the supply voltage of the computer fails, the internal combustion engine is no longer regulated and the internal combustion engine may even become uncontrollable. This latter case can be avoided at least in part with the help of mechanical emergency driving devices. A further meaningful operation of the internal combustion engine after the failure of the computer is, however, usually not possible.
- the invention has the advantage that, with optimal emergency driving properties, precise and rapid control of an internal combustion engine is possible at the same time.
- a coupling circuit also controls the output stage independently of the computing device, but depending on the amount of fuel supplied to the internal combustion engine.
- Another advantage of the invention is to link the actual input signal of the control loop directly to the output signal of the coupling circuit for emergency operation.
- the exemplary embodiment described relates to the control of a diesel internal combustion engine.
- the invention is not limited to self-igniting internal combustion engines, but can also be applied in an analogous manner to other types of internal combustion engines.
- a pedestrian 10 FCG
- an analog / digital converter 11 ADC
- a link 22 a first control algorithm 12 (RA1), a limitation 13, a link 20, a second control algorithm 14 (RA2), a digital / Analog converter 15 (DAC), a link 24, an output stage 16 (ES), an injection pump 17 (EP) and an internal combustion engine 18 (BKM) a series connection.
- the output signal of the internal combustion engine 18 is the rotational speed N of the internal combustion engine, this signal being fed via an analog / digital converter 21 (ADC) with a negative sign to the link 22.
- the input signal of the internal combustion engine 18 is the control path RW of the injection pump 17, this signal being connected to the link 20 on the one hand via a further analog / digital converter 19 (ADC) provided with a negative sign, and on the other hand via a coupling circuit 23 (KS) is also provided with a negative sign connected to the link 24.
- ADC analog / digital converter
- KS coupling circuit 23
- the output signal of the pedestrian 10 is also coupled to the link 24 via a switching device 26.
- the switching device 26 is normally in its open state and is only closed under certain operating conditions. This closing is brought about by the microprocessor numbered 25, the microprocessor 25 performing or having at least the functions or devices identified by the numbers 11, 22, 12, 13, 20, 14, 15, 19 and 21.
- the individual blocks of the block diagram described can also be influenced by further operating parameters, not shown, for example in particular the limitation 13 by the charge air pressure PL and the charge air temperature TL of a turbocharger which may be present or by the fuel temperature TK or the engine temperature TM etc.
- the speed N of the internal combustion engine can also act on the limit 13, as shown in broken lines.
- a first control loop of the exemplary embodiment shown consists of the second control algorithm 14, the digital / analog converter 15, the linkage 24, the output stage 16, the injection pump 17, the analog / digital converter 19 and the linkage 20 the control path of the injection pump 17, the negative input signal of the link 20 representing the actual control path, the positive input signal, however, the target control path.
- a second control loop which is superimposed on the first control loop, consists of the pedestrian 10, the analog / digital converter 11, the link 22, the first control algorithm 12, the limitation 13, the first control loop and the analog / digital converter 21.
- the speed N of the internal combustion engine 18 is regulated in this second control loop.
- the negative input signal of link 22 is the actual speed, while the positive input signal is a target speed of the internal combustion engine.
- the two control algorithms 12 and 14 have the task, depending on their differential input signal, of forming output signals which ensure optimal behavior of the internal combustion engine.
- the task of the limitation 13 is to adapt the target signal for the control path to the mechanical properties of the injection pump 17.
- the analog / digital or digital / analog converters 11, 15, 19 and 21 each set because the connection between the digital microprocessor 25 and the analog peripheral devices.
- the coupling circuit 23 acts with regard to the described first control circuit as a negative feedback of the control system consisting of the output stage 16 and the injection pump 17.
- the coupling circuit 23 is completely independent of the microprocessor 25 and is normally constructed in analog circuit technology. It is particularly advantageous to implement the coupling circuit 23 as a differentiating element. Overall, this creates a first control loop with respect to the control path RW of the injection pump, in which a parameter can be freely determined in addition to the control algorithm by means of a differentiating negative feedback. Furthermore, the first control loop is overlaid by a second control loop with respect to the speed N of the internal combustion engine.
- the switching device 26 changes over to its closed switching state according to the invention. This can be achieved, for example, by using a relay as the switching device 26, which is only in its active, that is to say open, state when the supply voltage for the microprocessor 25 is present, and which therefore closes automatically in the event of a power failure.
- the output signal of the pedestrian 10 is switched directly to the link 24 and thus replaces the output signal of the digital / analog converter 15 which is missing due to the power failure , which consists of the pedals 10, the closed switching device 26, the link 2h, the output stage 16, the injection pump 17 and the coupling circuit 23.
- the power failure which consists of the pedals 10, the closed switching device 26, the link 2h, the output stage 16, the injection pump 17 and the coupling circuit 23.
- This simple control loop makes it possible to ensure an at least temporarily satisfactory operation of the internal combustion engine.
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Abstract
Description
- Der Gegenstand der Erfindung betrifft eine Regelanordnung für eine Brennkraftmaschine mit einer Endstufe zur Beeinflussung 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 Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoffmenge gemessen wird, daß mit Hilfe von anderen Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine die für den Betriebszustand derselben optimale Kraftstoffmenge 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 realisiert werden, wobei dann die Beeinflussung der Brennkraftmaschine auf verschiedene Weisen, z.B. mit einem elektromagnetischen Stellwerk durchgeführt werden kann. Der beschriebene Regelkreis muß dabei so ausgeführt sein, daß er ein stabiles Regelverhalten auch unter extremen Betriebsbedingungen aufweist, gleichzeitig muß er jedoch ein schnelles und genaues Einregeln, insbesondere ein Einregeln ohne Überschwingen, auf den entsprechenden gewünschten 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 Istwertgeber abtastet, so hat dies eine destabilisierende Wirkung 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 durchzuführen. Ein weiterer Nachteil der Verwendung eines Rechners zur Regelung einer Brennkraftmaschine besteht darin, daß mit dem Ausfall der Versorgungsspannung des Rechners auch keine Regelung der Brennkraftmaschine mehr stattfindet 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,Ausfall des Rechners ist damit jedoch zumeist nicht möglich.
- Gegenüber dem beschriebenen Stand der Technik hat die Erfindung den Vorteil, daß bei optimalen Notfahreigenschaften gleichzeitig eine genaue und schnelle Regelung einer Brennkraftmaschine möglich ist.
- Dies wird dadurch erreicht, daß eine Koppelschaltung unabhängig 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 Erfindung besteht darin, für den Notfahrbetrieb das eigentliche Eingangssignal des Regelkreises direkt mit dem Ausgangssignal der Koppelschaltung zu verknüpfen.
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, sowie aus der Zeichnung mit zugehöriger Beschreibung. Die Zeichnung zeigt in ihrer einzigen Figur ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, das in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert ist.
- Das beschriebene Ausführungsbeispiel betrifft die Regelung einer Diesel-Brennkraftmaschine. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf selbstzündende Brennkraftmaschinen, sondern ist in analoger Weise auch auf andere Brennkraftmaschinentypen anwendbar.
- Im Blockschaltbild der einzigen Figur der Zeichnung bilden ein Fußfahrgeber 10 (FFG), ein Analog/Digital-Wandler 11 (ADC), eine Verknüpfung 22, ein erster Regelalgorithmus 12 (RA1), eine Begrenzung 13, eine Verknüpfung 20, ein zweiter Regelalgorithmus 14 (RA2), ein Digital/ Analog-Wandler 15 (DAC), eine Verknüpfung 24, eine Endstufe 16 (ES), eine Einspritzpumpe 17 (EP) und eine Brennkraftmaschine 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 Einspritzpumpe 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 Koppelschaltung 23 (KS) ebenfalls mit einem negativen Vorzeichen versehen mit der Verknüpfung 24 verbunden ist. Schließlich ist das Ausgangssignal des Fußfahrgebers 10 über eine Schalteinrichtung 26 ebenfalls mit der Verknüpfung 24 gekoppelt. Die Schalteinrichtung 26 befindet sich dabei normalerweise in ihrem geöffneten Zustand und wird nur unter bestimmten Betriebsbedingungen geschlossen. Dieses Schließen wird dabei von dem mit dem Kennzeichen 25 bezifferten Mikroprozessor hervorgerufen, 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 Betriebsparametern 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 Ausführungsbeispiels besteht aus dem zweiten Regelalgorithmus 14, dem Digital/Analog-Wandler 15, der Verknüpfung 24, der Endstufe 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 überlagert ist, besteht aus dem Fußfahrgeber 10, dem Analog/ Digital-Wandler 11, der Verknüpfung 22, dem ersten Regelalgorithmus 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 Einspritzpumpe 17 anzupassen. Die Analog/Digital- bzw. Digital/Analog-Wandler 11, 15, 19 und 21 stellen jeweils die Verbindung zwischen dem digital arbeitenden Mikroprozessor 25 und den analogen peripheren Einrichtungen 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 möglich, 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 erfindungsgemäß möglich, den Nachteil der Destabilisierung weitgehend zu beheben. Dies wird dadurch erreicht, daß die Koppelschaltung 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 Schaltungstechnik aufgebaut. Besonders vorteilhaft ist es, die Koppelschaltung 23 als Differenzierglied zu realisieren. Dadurch entsteht insgesamt ein erster Regelkreis bezüglich des Regelwegs RW der Einspritzpumpe, in dem ein Parameter durch eine differenzierende Gegenkopplung 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 Regelverhalten der gesamten Regelung, die, wie eingangs erwähnt wurde, mit Hilfe eines einzigen Rechners nicht erreicht werden können, sind also durch die erfindungsgemäße Einführung einer Koppelschaltung, insbesondere eines gegengekoppelten Differenzierglieds zu erfüllen.
- Gleichzeitig ist mit Hilfe der erfindungsgemäßen Hinzufügung der Koppelschaltung 23 in besonders vorteilhafter 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 Versorgungsspannung für den Mikroprozessor 25 sich in seinem aktiven, also angezogenen geöffneten Zustand befindet, und das deshalb 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 Ausgangssignal des Digital/Analog-Wandlers 15. Bei Spannungsausfall des Mikroprozessors 25 wird also durch das Schließen der Schalteinrichtung 26 ein Einfach-Regelkreis gebildet, der aus dem Fußfahrgeber 10, der geschlossenen Schalteinrichtung 26, der Verknüpfung 2h, der Endstufe 16, der Einspritzpumpe 17 und der Koppelschaltung 23 besteht. Bei geeigneter Dimensionierung insbesondere der Koppelschaltung 23 ist es dann mit Hilfe dieses Einfach-Regelkreises möglich, eine zumindest vorübergehend zufriedenstellende Arbeitsweise der Brennkraftmaschine zu gewährleisten.
- Insgesamt wird also mit Hilfe der erfindungsgemäßen Einführung einer Koppelschaltung nicht nur eine stabilere Regelung der Brennkraftmascchine erreicht, sondern gleichzeitig auch die Möglichkeit eines einfachen, aber wirkungsvollen Notfahrkonzepts realisiert.
Claims (10)
die Endstufe ansteuert.
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