WO1988003607A1 - Device for the electronic control of the fuel flow in an internal combustion engine - Google Patents

Device for the electronic control of the fuel flow in an internal combustion engine Download PDF

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WO1988003607A1
WO1988003607A1 PCT/DE1987/000352 DE8700352W WO8803607A1 WO 1988003607 A1 WO1988003607 A1 WO 1988003607A1 DE 8700352 W DE8700352 W DE 8700352W WO 8803607 A1 WO8803607 A1 WO 8803607A1
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speed
threshold
fuel
internal combustion
combustion engine
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PCT/DE1987/000352
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Frank Ahlborn
Wolfgang DÜHLMEYER
Volker SCHÄFER
Albrecht Sieber
Rainer Buck
Herbert KÄLBERER
Alf LÖFFLER
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02D2250/00—Engine control related to specific problems or objectives
    • F02D2250/28—Control for reducing torsional vibrations, e.g. at acceleration

Definitions

  • the known device which intervenes directly in the fuel quantity control, does not operate in all operating states of a force vehicle or an associated internal combustion engine, because the connection of the differentiated speed signal with the fuel quantity control can also lead to instabilities in the control loop.
  • the object of the invention is to provide a method for damping bucking in internal combustion engines by which on the one hand the sucking vibrations are effectively damped, especially when accelerating and in overrun mode, but on the other hand does not directly intervene in the fuel quantity control.
  • the method according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage over the cited prior art that it can be easily implemented since there is no intervention in the fuel quantity control.
  • a further advantage can be seen in the limitation of the speed range in which the bucking damping is to be carried out, since this measure saves time for controls with a microcomputer.
  • FIG. 1 shows the internal combustion engine with the elements necessary for its control
  • Figure 2 shows schematically the operation of the method in acceleration, in overrun mode and the signal curve of the speed, the first and the second derivative of the speed when sucking and in the event of synchronous fluctuations.
  • FIG. 3 shows the sequence of process steps using a flow chart
  • FIG. 4 serves to explain the flow 3
  • FIG. 5 shows in a block diagram the elements necessary for carrying out the method
  • FIG. 6 shows an implementation of the decision stage
  • FIG. 7 one with the limitation of the speed range
  • FIG. 8 shows an implementation for negative and positive values of dn / dt.
  • 10 denotes an electronic control unit, 11 an internal combustion engine, and 12 an output stage for controlling an actuating device 13.
  • Sensor signals are fed to the electronic control unit via the inputs 14 to 17.
  • a speed signal is present at input 14, and a signal proportional to fuel quantity Q K is present at input 15, but the signals of the start of spraying or of a control transmitter are also conceivable.
  • 16 is an accelerator position transmitter
  • number 17 refers to input signals such as the air temperature, the fuel temperature, the engine temperature or the throttle valve position.
  • 18 is a group of output signals, which include, for example, the start of spraying or the control rod position.
  • the fuel quantity signal is output at output 19.
  • the electronic control device 10 contains a microcomputer which is connected to the input and output signals via interface modules.
  • the method to be described below is intended to counteract these jerky vibrations.
  • the fuel supply to the internal combustion engine is reduced. This is shown in the lower diagram in FIG. 2a.
  • the fuel quantity supplied has the value marked with 24. If the actual speed deviates too much from the desired speed curve, the quantity of fuel supplied to the internal combustion engine is reduced to the value marked with 25.
  • the fuel quantity values marked with 24 and 25 are not absolute values, but relative values. It is essential that the fuel quantity is reduced if the actual speed deviates too much from the desired profile.
  • Figure 2b deals with the case of overrun operation. After the fuel supply is interrupted, real internal combustion engines often experience excessive drops in speed. If the speed were to change from a value denoted by 26 to a value denoted by 29, it would ideally follow the curve denoted by 27. However, speed drops corresponding to the line marked with 28 are observed. According to the method, fuel is briefly supplied in this case in order to compensate for the excessive drop in speed. This is shown in the lower diagram of Figure 2b. While the fuel supply is interrupted at the beginning of the overrun operation, it is briefly restarted if the speed drops too much.
  • Figures 2c and 2d show the temporal behavior of the speed, the first derivative of the speed and the second derivative of the speed once for the case of jerking, ( Figure 2c), the other time in the case of synchronism fluctuations ( Figure 2d).
  • the speed signal n is plotted over time in the upper part of FIG. 2c. 21 denotes the speed curve over time, which is already mentioned in FIG. 2a and can often be observed on real internal combustion engines.
  • 210 denotes the first derivative of the speed signal, and 211 a threshold for the differentiated speed signal.
  • the differentiated signal 210 leads to a representation corresponding to the curve labeled 212. This curve is the second derivative of the speed signal.
  • the bottom diagram in FIG. 2c shows that the fuel quantity is only modulated if
  • FIG. 2d The case of synchronism fluctuations is dealt with in FIG. 2d, which should not lead to fuel quantity modulation.
  • the increasing speed signal, to which synchronism fluctuations are superimposed, is identified by 214.
  • the associated differentiated speed signal, identified by 215, fluctuates very rapidly between values below threshold 211 and above threshold 211. These fluctuations are not intended to cause fuel quantity modulation.
  • a switching sequence with the in Figure 2d with the Behavior marked number 217 should not occur. This is prevented by observing the second derivative of the speed signal.
  • a second derivation of the speed signal corresponding to 216 according to FIG. 2D prevents the fuel quantity modulation, so that jerk and synchronism fluctuations can be distinguished from one another by this device.
  • FIG. 3 shows a flow chart which contains the steps necessary to carry out the method.
  • This flowchart can be understood, for example, as a subroutine of a subroutine contained in the control unit as a pictorial representation.
  • Figure 3 is divided into Figures 3a, b and c.
  • Figure 3a applies in the event that the fuel quantity modulation is dependent on the second derivative of the speed signal.
  • the fuel quantity modulation is made dependent on whether the first derivative of the speed suffers a sign change or not.
  • the program starts at 30.
  • the current speed n is read.
  • 32 a decision is made as to whether the current speed is in a predeterminable speed range. This speed range is limited at the bottom by the speed nl, at the top by the speed n2. If the current speed lies outside the desired range, the program jumps to end point 37. If the speed lies within the desired speed range, in the
  • the first and the second derivative of the speed, dn / dt and d 2 h / dt 2 are formed from block 33 from the read speed values.
  • FIG. 331 of FIG. 3a it is checked whether the amount of the second derivative is greater than a predefinable threshold S5. If it is larger, the signal jumps to point A marked 333.
  • block 332 of FIG. 3b the procedure is as follows: First, it is checked whether the first derivative of the speed signal has already exceeded the first positive threshold S1 once or whether it has already fallen below the first negative threshold S3. Then it is checked whether there is a change of sign for the first derivation of the speed signal. If the sign change takes place, the program jumps to point A marked with 333. Otherwise it ends in 37. In FIG. 3c there is point A marked with 333, at which the partial programs shown in FIGS. 3a and 3b are continued.
  • block 34 it is checked whether the idle switch is closed or not. If the idle switch is open, the program branches to block 351 and detects acceleration of the internal combustion engine. If the idle switch is closed, branches to 361. The case of "idle switch open" will be dealt with first.
  • decision stage 351 it is checked whether the first derivative of the speed is greater than a positive threshold S1. If dn / dt is smaller than this first positive threshold S1, the value zero is assigned in block 357 to a flag denoted by two.
  • block 358 it is output that the amount of fuel supplied is not to be corrected. In this case, correction means a reduction in the amount of fuel.
  • the program then jumps to its end point 37.
  • decision stage 351 if the value of the differentiated speed signal is greater than the positive threshold S1, it is checked in block 352 whether the value of the differentiated speed signal is greater than a positive threshold S2.
  • the positive threshold S2 is larger than the threshold S1. If dn / dt is greater than threshold S2, flag 2 is set in 354. At block 355, it is output that the amount of fuel is to be reduced. The program then ends. Was the first derivative. of the speed signal less than the second threshold S2, one arrives at decision block 353, in which it is checked whether flag 2 is set or not. If flag 2 is set, it is output in block 356 that the fuel quantity is no longer increasing correct it. The program then ends. If flag 2 is not set, the program jumps back to block 355, which results in a reduction in the fuel quantity.
  • block 365 the command is issued to increase the amount of fuel.
  • the program then ends in 37.
  • dn / dt was greater than the second negative threshold S4
  • the mode of operation of the method becomes even clearer on the basis of FIG. 4.
  • the first derivative of the speed signal dn / dt is plotted on the ordinate of FIG. 4, the time t on the abscissa.
  • the first positive threshold S1 is identified by 41 and the second positive threshold S2 by 42.
  • the two negative thresholds S3 and S4 have the reference symbols 43 and 44.
  • the mode of operation of the device is explained on the basis of the fictitious curve shape and the points a to h.
  • the fuel quantity to be supplied remains unchanged below the positive threshold S1.
  • the dn / dt has the first positive threshold S1 exceeded.
  • the amount of fuel to be supplied is reduced.
  • dn / dt continues to increase, for example up to point b, the amount of fuel to be supplied is further reduced.
  • the fuel quantity correction is only canceled after falling below the second positive threshold S2.
  • Such an operating point is point c. If dn / dt also falls below the first positive threshold, this initially has no effect. However, if dn / dt increases again without exceeding the second positive threshold (point d), the amount of fuel to be supplied is reduced again. However, the reduction in the amount of fuel is now only canceled when it drops below the first positive threshold S1 again after dt.
  • Point e is identified as the operating point at which dn / dt has fallen below the first negative threshold S3. It can be seen from the flow chart that in this case the amount of fuel to the internal combustion engine is increased. Even when the second negative threshold S4 is undershot, the fuel quantity is increased further (operating point f). Only after the second negative threshold S4 (operating point g) has been exceeded is the fuel supply to the internal combustion engine reduced or interrupted. Exceeding the first negative threshold S3 has no effect on the amount of fuel supplied. Only when the value falls below the first negative threshold S3 without falling below the second negative threshold S4 does the fuel supply change. Since there is overrun, the amount of fuel to be supplied is increased (operating point h).
  • FIG. 5 contains a series of essential details for carrying out the method.
  • the crankshaft or camshaft is identified, on which reference marks 51 are attached.
  • 52 denotes a speed sensor, the output signal of which is fed to a divider with variable part ratio 53.
  • the speed n is determined in 54 from the periods measured at 50.
  • the speed signal determined in this way is filtered in a filter 55 in order to eliminate disruptive components.
  • the filtered speed signal is differentiated and then passed to a decision stage 57.
  • FIG. 6 shows a hardware implementation of the decision stage 57.
  • the differentiated speed signal reaches the two comparators 61 and 62 via 63.
  • the threshold S1 is monitored by the comparator 61, the threshold S2 by the comparator 62.
  • the output of the comparator 61 is connected to an inverter 67 and the set input of a flip-flop 65.
  • the output of the comparator 62 is connected on the one hand to the set input of a flip-flop 64, but on the other hand also to the input of an inverter 66.
  • the output of the inverter 66 and the output of the flip-flop 64 are fed to the AND gate 68, the input of which is connected to an OR circuit 69 is connected.
  • the output of the inverter 67 is also fed to this OR circuit 69.
  • the reset inputs of the two flip-flops 64 and 65 are connected to the output of the OR gate 69.
  • the output of the flip-flop 65 controls an output stage 70, which in turn controls an actuating device 71.
  • a device 630 is also connected to the input 63, the output of which influences the blocking input 631 of the flip-flop 65.
  • the two thresholds identified by S1 and S2, which are fed to the comparators 61 and 62, are connected to a device 621, to which 622 signals of operating parameters of the internal combustion engine are fed at their input. The operation of the device is easy to understand in connection with Figure 4.
  • Another function of block 630 is to monitor the sign change of the first derivative of the speed signal. If the first derivative does not change its sign after a first fuel quantity modulation, further modulations are prevented via the lock input 631.
  • the height of the two thresholds S1 and S2 can be controlled. This is shown by the block marked 621.
  • This can be a memory unit that outputs values for thresholds S1 and S2 depending on operating parameters that are supplied via input 622. For example, the speed, the first derivative of the speed, the machine temperature or the like are suitable as input variables. For the person skilled in the field of electronic control of internal combustion engines, it is not difficult to implement the device identified by 621 and 630, since it is adequately described in the specialist literature.
  • the mode of operation of the device according to FIG. 6 described here for the positive thresholds S1 and S2 naturally also applies to the two negative thresholds S3 and S4. The only difference is in influencing the output stage. While the amount of fuel is reduced when the positive thresholds are exceeded, the amount of fuel is increased when the two negative thresholds are undershot in order to counteract excessive drops in engine speed.
  • FIG. 7 shows a block diagram for the case where the speed range in which the fuel quantity correction is to be carried out is limited.
  • the already known speed signal arrives at the filter device 55. From there it reaches the window comparator 72 on the one hand and the differentiating device 56 on the other.
  • the known decision stage 57 with its thresholds S1, S2 or with thresholds S3 and S4 connects to the differentiating device 56.
  • the output of the window comparator and the output of the decision stage are fed to an AND gate 73, which is used to control the output stage 70.
  • the operation of the circuit shown has already been explained in detail in the handling of the flow chart. Through the window comparator 72 causes the amount of fuel to be influenced only in a certain speed range. In all other cases, the computer has a considerably longer computing time to deal with other tasks.
  • FIG. 8 shows a hardware implementation which can be used to distinguish whether the internal combustion engine is in overrun mode or in the state of acceleration.
  • the speed signal n in turn reaches the filter designated 55, from there to the differentiating device 56.
  • the output signal of the differentiating device is fed to two decision stages 57, one of which queries thresholds S1 and S2, the other queries negative thresholds S3 and S4 .
  • An idle switch is identified by 80, which switches to the decision level with the two thresholds S3 and S4 in the event of idle speed, with the thresholds S1 and S2 in the case of acceleration to the decision-making level.
  • the output signal of the respective decision stage is then fed to the final stage 70, which in turn controls an actuating device 71.
  • the changeover switch bears the reference number 81.

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Description

Elektronische Steuereinrichtung zur Kraftstoffmengenmodulation einer Brennkraftmaschine
Stand der Technik
In Kraftfahrzeugen werden oft durch das Zusammenwirken von Brennkraftmaschine, elastischer Aufhängung und schwingungsfähigen Massen Suckelschwingungen angeregt, die sich störend auf das Verhalten des Kraftfahrzeuges auswirken. Solche Schwingungen können auch durch Beschleunigung oder Abbremsen (Schubbetrieb) angeregt werden.
Aus der DE-OS 29 06 782 ist eine Einrichtung zum Dämpfen von Ruckelschwingungen bei einer Brennkraftmaschine bekannt. Dabei wird von der Überlegung ausgegangen, daß mit den Ruckelschwingungen deutlich meßbare Schwankungen der Drehzahl verbunden sind. Diese Drehzahlschwankungen werden aus dem differenzierten Drehzahlsignal abgeleitet. Das differenzierte Drehzahlsignal selbst wird dann der Kraftstoffmengen-Regelung zugeführt, um den Suckelschwingungen entgegenzuwirken.
Die bekannte Einrichtung, die direkt in die Kraftstoffmengen-Regelung eingreift, wird nicht allen Betriebszustanden eines Kraft fahrzeuges bzw. einer damit verbundenen Brennkraftmaschine gerecht, denn die Verbindung des differenzierten Drehzahlsignales mit der Kraftstoffmengen-Regelung kann auch zu Instabilitäten im Regelkreis führen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Ruckeldämpfung bei Brennkraftmaschinen anzugeben durch das einerseits die Suckelschwingungen, vor allem bei Beschleunigung und im Schubbetrieb wirkungsvoll gedämpft werden, das aber andererseits nicht direkt in die Kraftstoffmengen-Begelung eingreift.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat gegenüber dem genannten Stand der Technik den Vorteil einfacher Realisierbarkeit, da nicht in die Kraftstoffmengenregelung eingegriffen wird. In der Beschränkung des Drehzahlbereiches, in welchem die Ruckeldämpfung durchgeführt werden soll, ist ein weiterer Vorteil zu sehen, da durch diese Maßnahme bei Steuerungen mit einem Mikrorechner Sechenzeit eingespart wird.
Zeichnung
Die Erfindung soll anhand der nachfolgenden Zeichnung ausführlich dargestellt und erläutert werden. Figur 1 zeigt die Brennkraftmaschine mit den zu ihrer Steuerung notwendigen Elementen, Figur 2 zeigt schematisch die Wirkungsweise des Verfahrens bei Beschleunigung, im Schubbetrieb und den Signalverlauf der Drehzahl, der ersten und der zweiten Ableitung der Drehzahl beim Suckeln und bei Gleichlaufschwankungen. Figur 3 zeigt die Folge der Verfahrensschritte anhand eines Flußdiagrammes, Figur 4 dient der Erläuterung des Fluß diagrammes nach Figur 3, Figur 5 gibt in einem Blockdiagramm die zur Durchführung des Verfahrens notwendige Elemente an, Figur 6 zeigt eine Realisation der Entscheidungsstufe, Figur 7 eine solche mit der Einschränkung des Drehzahlbereiches, und Figur 8 zeigt eine Realisation für negative und positive Werte von dn/dt.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 ist mit 10 ein elektronisches Steuergerät gekennzeichnet, mit 11 eine Brennkraftmaschine, und mit 12 eine Endstufe zur Steuerung einer Stelleinrichtung 13. Dem elektronischen Steuergerät werden über die Eingänge 14 bis 17 Sensorsignale zugeführt. Am Eingang 14 liegt ein Drehzahlsignal an, am Eingang 15 ein Signal proportional zur Kraftstoffmenge QK, jedoch sind auch die Signale des Spritzbeginns oder eines Regelweggebers denkbar. Mit 16 ist ein Fahrpedalstellungsgeber gekennzeichnet, Ziffer 17 bezieht sich auf Eingangssignale z.B. der Lufttemperatur, der Kraftstofftemperatur, der Maschinentemperatύr oder der Drosselklappenstellung. Mit 18 ist eine Gruppe von Ausgangssignalen gekennzeichnet, zu denen beispielsweise der Spritzbeginn oder die Regelstangenstellung gehören. Am Ausgang 19 wird das Kraftstoffmengensignal ausgegeben. In modernen Steuergeräten enthält die elektronische Steuereinrichtung 10 einen Mikrocomputer, der über Schnittstellenbausteine mit den Eingangs- und den Ausgangssignalen verbunden ist. Zusätzlich zum Mikrocomputer sind verschiedene Speichereinheiten im Steuergerät vorgesehen. Ein Aufbau des Steuergerätes in analoger Schaltungstechnik ist natürlich ebenfalls denkbar. Wegen der zunehmenden Bedeutung mikrocomputergesteuerter Systeme wird jedoch auf eine analoge Darstellung verzichtet. In Figur 2a sind die Drehzahl n und die Kraftstoffmenge QK über der Zeit aufgetragen. Der dargestellte Fall entspricht dem Zustand der Beschleunigung eines Kraftfahrzeuges. Ausgehend von einem Drehzahl- wert 20 soll auf einen mit 23 bezeichneten Drehzahlwert beschleunigt werden. Im Idealfalle würde sich die Drehzahl nach der mit 22 be- zeichneten Kurve ändern. Bei realen Brennkraftmaschinen wird jedoch häufig ein Drehzahlverhalten beobachtet, wie es der mit 21 bezeich- neten Linie entspricht. Die Drehzahl steigt nach Einsetzen des Be- schleunigungsvorganges steil an, was dann die Ruckelschwingungen des mit der Brennkraftmaschine verbundenen Kraftfahrzeuges zur Folge hat. Das nachfolgend noch zu beschreibende Verfahren soll diesen Ruckelschwingungen entgegenwirken. Zu diesem Zweck wird immer dann, wenn die Drehzahl übermäßig stark zunimmt, die Kraftstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine vermindert. Im unteren Diagramm der Figur 2a ist dies dargestellt. Zu Beginn des Beschleunigungsvorganges hat die zu- geführte Kraftstoffmenge den mit 24 gekennzeichneten Wert. Weicht die tatsächliche Drehzahl vom gewünschten Drehzahlverlauf zu stark ab, wird die der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoffmenge auf den mit 25 gekennzeichneten Wert abgesenkt. Bei den mit 24 und 25 gekennzeichneten Kraftstoffmengenwerten handelt es sich selbstverständlich nicht um absolute, sondern um relative Werte. Wesentlich ist, daß bei zu starker Abweichung der Istdrehzahl vom gewünschten Verlauf die Kraftstoffmenge abgesenkt wird. Figur 2b behandelt den Fall des Schubbetriebes. Nach unterbrechen der Kraftstoffzufuhr treten bei realen Brennkraftmaschinen häufig zu starke Drehzahleinbrüche auf. Soll sich die Drehzahl von einem mit 26 bezeichneten Wert auf einen mit 29 bezeichneten Wert ändern, so würde sie im Idealfalle der mit 27 bezeichneten Kurve folgen. Beobachtet werden jedoch Drehzahleinbrüche entsprechend der mit 28 gekennzeichneten Linie. Gemäß dem Verfahren wird in diesem Fall kurzzeitig Kraftstoff zugeführt, um den zu starken Drehzahleinbruch aufzufangen. Dies ist im unteren Diagramm der Figur 2b dargestellt. Während die Kraftstoffzufuhr zu Beginn des Schubbetriebes unterbrochen ist, wird sie bei zu starkem Drehzahlabfall kurzzeitig wieder aufgenommen.
Die Figuren 2c und 2d zeigen das zeitliche Verhalten der Drehzahl, der ersten Ableitung der Drehzahl und der zweiten Ableitung der Drehzahl einmal für den Fall von Ruckein, (Figur 2c), das andere Mal im Fall von Gleichlaufschwankungen (Figur 2d). Im oberen Teil der Figur 2c ist das Drehzahlsignal n über der Zeit aufgetragen. Mit 21 ist der schon in Figur 2a genannte, häufig an realen Brennkraftmaschinen zu beobachtende Drehzahlverlauf über der Zeit bezeichnet. Im darunterliegenden Diagramm ist mit 210 die erste Ableitung des Drehzahlsignales, mit 211 eine Schwelle für das differenzierte Drehzahlsignal bezeichnet. Das differenzierte Signal 210 führt zu einer Darstellung entsprechend der mit 212 gekennzeichneten Kurve. Bei dieser Kurve handelt es sich um die zweite Ableitung des Drehzahlsignales. Aus dem untersten Diagramm der Figur 2c geht hervor, daß die Kraftstoffmenge immer nur dann moduliert wird, wenn
1. die erste Ableitung des Drehzahlsignales die Schwelle 211 überschreitet und
2. die zweite Ableitung des Drehzahlsignales deutlich von Null verschieden ist.
In Figur 2d ist der Fall von Gleichlaufschwankungen behandelt, die nicht zu einer Kraftstoffmengenmodulation führen sollen. Mit 214 ist das ansteigende Drehzahlsignal, dem Gleichlaufschwankungen überlagert sind, gekennzeichnet. Das dazu gehörende, mit 215 gekennzeichnete differenzierte Drehzahlsignal schwankt sehr schnell zwischen Werten unterhalb der Schwelle 211 und oberhalb der Schwelle 211 hin und her. Diese Schwankungen sollen keine Kraftstoffmengenmodulation veranlassen. Eine Schaltfolge mit dem in Figur 2d mit der Nummer 217 gekennzeichneten Verhalten soll nicht auftreten. Verhindert wird dies durch die Beobachtung der zweiten Ableitung des Drehzahlsignales. Eine zweite Ableitung des Drehzahlsignales entsprechend 216 nach Figur 2d unterbindet die Kraftstoffmengemodulation, so daß durch diese Einrichtung Ruckein und Gleichlaufschwankungen voneinander unterschieden werden können.
Figur 3 zeigt ein Flußdiagramm, das die zur Durchführung des. Verfahrens notwendigen Schritte enthält. Dieses Flußdiagramm kann beispielsweise als Unterprogramm eines im Steuergerät enthaltenen als bildliche Darstellung eines Unterprogrammes aufgefaßt. Figur 3 ist aufgeteilt in die Figuren 3a, b und c. Figur 3a gilt für den Fall, daß die Kraftstoffmengemodulation abhängig von der zweiten Ableitung des Drehzahlsignales ist. Im Flußdiagramm nach Figur 3b wird die Kraftstoffmengenmodulation davon abhängig gemacht, ob die erste Ableitung des Drehzahles einen Vorzeichenwechsel erleidet oder nicht. Die nachfolgende Beschreibung gilt bis auf eine Ausnahme für beide Figuren 3a und 3b. Das Programm startet bei 30. Bei 31 wird die aktuelle Drehzahl n eingelesen. In 32 wird entschieden, ob die aktuelle Drehzahl in einem vorgebbaren Drehzahlbereich liegt. Dieser Drehzahlbereich ist nach unten durch die Drehzahl nl, nach oben durch die Drehzahl n2 begrenzt. Liegt die aktuelle Drehzahl außerhalb des gewünschten Bereiches, springt das Programm zum Endpunkt 37. Liegt die Drehzahl innerhalb des gewünschten Drehzahlbereiches, werden im
Block 33 aus den eingelesenen Drehzahlwerten die erste und die zweite Ableitung der Drehzahl, dn/dt und d2h/dt2, gebildet. Im Block
331 der Figur 3a wird überprüft, ob der Betrag der zweiten Ableitung größer als eine vorgebbare Schwelle S5 ist. Ist er größer, springt das Signal zum mit 333 gekennzeichneten Punkt A. Im Block 332 der Figur 3b wird wie folgt vorgegangen: Zunächst wird geprüft, ob die erste Ableitung des Drehzahlsignales die erste positive Schwelle S1 bereits einmal überschritten oder die erste negative Schwelle S3 bereits einmal unterschritten hat. Daran anschließend wird überprüft, ob sich für die erste Ableitung des Drehzahlsignales ein Vorzeichenwechsel ergibt. Findet der Vorzeichenwechsel statt, springt das Programm zum mit 333 gekennzeichneten Punkt A. Anderenfalls endet es in 37. In Figur 3c findet sich der mit 333 gekennzeichnete Punkt A wieder, an dem die in Figur 3a und 3b dargestellten Teilprogramme fortgesetzt werden. Im Block 34 wird geprüft, ob der Leerlaufschalter geschlossen ist oder nicht. Ist der Leerlaufschalter offen, verzweigt das Programm zum Block 351 und erkennt auf Beschleunigung der Brennkraftmaschine. Ist der Leerlaufschalter geschlossen wird nach 361 verzweigt. Zunächst soll der Fall "Leerlaufschalter offen" behandelt werden. In der Entscheidungsstufe 351 wird überprüft, ob die erste Ableitung der Drehzahl größer als eine positive Schwelle S1 ist. Ist dn/dt kleiner als diese erste positive Schwelle S1, so wird im Block 357 eine mit zwei bezeichne- ten Flagge der Wert Null zugeordnet. Im Block 358 wird ausgegeben, daß die zugeführte Kraftstoffmenge nicht zu korrigieren ist. Korrektur bedeutet in diesem Fall Reduktion der Kraftstoffmenge. Anschließend springt das Programm zu seinem Endpunkt 37. Ist in der Entscheidungsstufe 351 der Wert des differenzierten Drehzahlsignales jedoch größer als die positive Schwelle S1, so wird im Block 352 geprüft, ob der Wert des differenzierten Drehzahlsignales größer als eine positive Schwelle S2 ist. Die positive Schwelle S2 ist größer als die Schwelle Sl. Ist dn/dt größer als die Schwelle S2, wird in 354 die Flagge 2 gesetzt. Im Block 355 wird ausgegeben, daß die Kraftstoffmenge zu reduzieren ist. Danach endet das Programm. War die erste Ableitung. des Drehzahlsignales kleiner als die zweite Schwelle S2, gelangt man zum Entscheidungsblock 353, in dem geprüft wird, ob die Flagge 2 gesetzt ist oder nicht. Bei gesetzter Flagge 2 wird im Block 356 ausgegeben, daß die Kraftstoffmenge nicht mehr zu korrigieren ist. Danach endet das Programm. Bei nicht gesetzter Flagge 2 springt das Programm wieder zum Block 355, was eine Reduktion der Kraftstoffmenge zur Folge hat.
Nach dem Vorgang der Beschleunigung soll jetzt der Schubbetrieb behandelt werden. Im Block 34 wurde festgestellt, daß der Leerlaufschalter geschlossen war. Dort gelangt man zur Entscheidungsstufe 361, in der geprüft wird, ob dn/dt kleiner als eine erste negative Schwelle S3 ist. Liegt der Wert von dn/dt oberhalb dieser Schwelle, wird in 367 die Flagge 1 zurückgesetzt. Im Block 368 wird ausgegeben, daß die Kraftstoffmenge nicht zu erhöhen ist, worauf in 37 das Programm endet. War bei der Abfrage im Block 361 der Wert von dn/dt kleiner als die erste negative Schwelle S3, wird im Block 362 geprüft, ob dn/dt auch kleiner als eine zweite negative Schwelle S4 ist. Falls ja, wird im Block 364 die Flagge 1 gesetzt. Im Block 365 wird der Befehl ausgegeben, die Kraftstoffmenge zu erhöhen. Danach endet das Programm in 37. War dn/dt jedoch größer als die zweite negative Schwelle S4, so wird im Block 363 geprüft, ob die Flagge 1 gesetzt ist oder nicht. Ist Flagge 1 gesetzt, wird in 366 entschieden, die Kraftstoffmenge nicht zu erhöhen und in Block 37 endet dann das Programm. War Flagge 1 nicht gesetzt, so verzweigt das Programm wieder zum Block 365, und die Kraftstoffmenge wird erhöht.
Die Wirkungsweise des Verfahrens wird anhand der Figur 4 noch deutlicher. Auf der Ordinate der Figur 4 ist die erste Ableitung des Drehzahlsignales dn/dt aufgetragen, auf der Abszisse die Zeit t. Mit 41 ist die erste positive Schwelle S1, mit 42 die zweite positive Schwelle S2 gekennzeichnet. Die beiden negativen Schwellen S3 und S4 tragen die Bezugszeichen 43 und 44. Die Wirkungsweise der Einrichtung wird anhand des fiktiven Kurvenverlaufes und der Punkte a bis h erläutert. Unterhalb der positiven Schwelle S1 bleibt die zuzuführende Kraftstoffmenge unverändert. Im Punkt a hat der dn/dt die erste positive Schwelle S1 überschritten. Die zuzuführende Kraft- stoffmenge wird reduziert. Nimmt dn/dt weiter zu, beispielsweise bis zum Punkt b, wird die zuzuführende Kraftstoffmenge weiterhin reduziert. Erst nach Unterschreiten der zweiten positiven Schwelle S2 wird die Kraftstoffmengenkorrektur aufgehoben. Ein solcher Betriebspunkt ist der Punkt c. Fällt dn/dt auch unter die erste positive Schwelle, so bleibt dies zunächst ohne Auswirkung. Steigt dn/dt jedoch wieder an ohne die zweite positive Schwelle zu überschreiten (Punkt d), so wird die zuzuführende Kraftstoffmenge wieder reduziert. Die Reduktion der Kraftstoffmenge wird jetzt jedoch erst aufgehoben, wenn der nach dt die erste positive Schwelle S1 wieder unterschreitet.
Bei Drehzahleinbrüchen wirkt das Verfahren ähnlich. Punkt e ist als Betriebspunkt gekennzeichnet, bei dem dn/dt die erste negative Schwelle S3 unterschritten hat. Aus dem Flußdiagramm ist zu entnehmen, daß in diesen Fall die Kraftstoffmenge zur Brennkraftmaschine erhöht wird. Auch bei Unterschreiten der zweiten negativen Schwelle S4 wird die Kraftstoffmenge weiter erhöht (Betriebspunkt f). Erst nach Überschreiten der zweiten negativen Schwelle S4 (Betriebspunkt g) wird die Kraftstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine abgesenkt bzw. unterbrochen. Ein Überschreiten der ersten negativen Schwelle S3 hat keine Auswirkung auf die zugeführte Kraftstoffmenge. Erst ein Unterschreiten der ersten negativen Schwelle S3, ohne daß dabei die zweite negative Schwelle S4 unterschritten wird, führt zu einer Änderung der Kraftstoffzufuhr. Da Schubbetrieb vorliegt, wird die zuzuführende Kraftstoffmenge erhöht (Betriebspunkt h). Die Erhöhung wird erst dann wieder aufgehoben, wenn dn/dt die erste negative Schwelle S3 überschreitet. Figur 5 enthält eine Reihe zur Durchführung des Verfahrens wesentlicher Einzelheiten. Mit 50 ist die Kurbel- oder Nockenwelle gekennzeichnet, auf der Bezugsmarken 51 angebracht sind. 52 kennzeichnet einen Drehzahlsensor, dessen Ausgangssignal einem Teiler mit variablem Teilverhältnis 53 zugeführt wird. Aus den an 50 gemessenen Perioden wird in 54 die Drehzahl n ermittelt. Das so ermittelte Drehzahlsignal wird in einem Filter 55 gefiltert, um störende Anteile zu eliminieren. In 56 wird das gefilterte Drehzahlsignal differenziert, und darauf einer Entscheidungsstufe 57 zugeführt.
Figur 6 zeigt eine Hardware-Realisierung der Entscheidungsstufe 57. Über 63 gelangt das differenzierte Drehzahlsignal auf die beiden Komparatoren 61 und 62. Vom Komparator 61 wird die Schwelle S1 überwacht, vom Komparator 62 die Schwelle S2. Der Ausgang des Komparators 61 steht mit einem Inverter 67 und dem Setzeingang eines Flipflops 65 in Verbindung. Der Ausgang des Komparators 62 ist einerseits mit dem Setzeingang eines Flipflops 64 verbunden, andererseitsjedoch auch mit dem Eingang eines Inverters 66. Der Ausgang des Inverters 66 und der Ausgang des Flipflops 64 werden dem UND-Glied 68 zugeführt, dessen Eingang mit einer ODER-Schaltung 69 verbunden ist. Dieser ODER-Schaltung 69 wird darüber hinaus auch der Ausgang des Inverters 67 zugeführt. Die Rücksetzeingänge der beiden Flipflops 64 und 65 sind mit dem Ausgang des ODER-Gliedes 69 verbunden. Der Ausgang des Flipflops 65 steuert eine Endstufe 70, die ihrerseits eine Stelleinrichtung 71 ansteuert. Ebenfalls mit dem Eingang 63 ist eine Einrichtung 630 verbunden, deren Ausgang den Sperreingang 631 des Flipflops 65 beeinflußt. Die beiden mit S1 und S2 gekennzeichneten Schwellen, die den Komparatoren 61 und 62 zugeführt werden, stehen mit einer Einrichtung 621 in Verbindung, der an ihrem Eingang über 622 Signale von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine zugeführt werden. Die Wirkungsweise der Einrichtung ist in Verbindung mit Figur 4 leicht verständlich. Überschreitet dn/dt die erste positive Schwelle, liegt am Ausgang des Komparators 61 eine logische 1, wodurch das Flipflop 65 gesetzt wird und die Endstufe 70 ansteuert. Am Ausgang des Inverters 67 liegt eine logische 0, so daß auch am Rücksetzeingang des Flipflops 65 sowie am Rücksetzeingang des Flipflops 64 eine logische 0 liegt. Übersteigt das Signal dn/dt die zweite positive Schwelle S2, so liegt auch am Ausgang des Komparators 62 eine logische 1. Dadurch wird das Flipflop 64 gesetzt, so daß an seinem Ausgang, eine logische 1 anliegt. Nach Unterschreiten der Schwelle S2 liegt am Ausgang des Komparators 62 eine logische 0, am Ausgang des Inverters 66 eine logische 1, so daß beide Eingänge des UND-Gatters 68 mit einer logischen 1 versorgt werden. Dadurch gelangt über das ODER-Gatter 69 ein Rücksetzimpuls auf das Flipflop 65, so daß die Beeinflussung der Endstufe bzw. der Stelleinrichtung aufgehoben wird. Für den Fall, daß das Signal dn/dt die erste Schwelle S1 zwar überschreitet, die zweite Schwelle aber nicht, ergibt sich folgen- des: Nach Überschreiten der Schwelle Sl liegt am Ausgang des Komparators 61 eine logische 1. Dadurch wird das Flipflop 61 gesetzt. Sein AusgangsSignal beeinflußt die Endstufe sowie die Stelleinrichtung 71. Wird die Schwelle Sl unterschritten, so liegt am Ausgang des Komparators 61 eine logische 0, am Ausgang des Inverters 67 eine logische 1, wodurch das Flipflop 65 über das ODER-Glied 69 einen Rücksetzimpuls erhält. Dadurch wird die Beeinflussung der Endstufe 70 aufgehoben und die Kraftstoffmenge nicht mehr korrigiert. Im mit
630 gekennzeichneten Block lassen sich verschiedene Operationen durchführen. So besteht beispielsweise die Möglichkeit, das differenzierte Drehzahlsignal ein weiteres Mal zu differenzieren, und das Flipflop 65 immer nur dann schalten zu lassen, wenn der Sperreingang
631 des Flipflops freigegeben ist. Vergleiche dazu auch das Flußdiagramm nach Figur 3a. Eine andere Funktion des Blocks 630 liegt darin, den Vorzeichenwechsel der ersten Ableitung des Drehzahlsignales zu überwachen. Wechselt nach einer ersten Kraftstoffmengenmodulation die erste Ableitung ihr Vorzeichen nicht, werden über den Sperreingang 631 weitere Modulationen verhindert. Die beiden Schwellen S1 und S2 sind in ihrer Höhe steuerbar. Dargestellt ist dies durch den mit 621 gekennzeichneten Block. Hierbei kann es sich um eine Speichereinheit handeln, die abhängig von Betriebsparametern, die über den Eingang 622 zugeführt werden, Werte für die Schwellen S1 und S2 ausgibt. Als Eingangsgrößen eignen sich beispielsweise die Drehzahl, die erste Ableitung der Drehzahl, die Maschinentemperatur oder ähnliches. Für den Fachmann auf dem Gebiet der elektronischen Steuerung von Brennkraftmaschinen ist eine Ausführung der mit 621 und 630 gekennzeichneten Einrichtung nicht schwierig, da in der Fachliteratur hinreichend beschrieben.
Die hier für die positiven Schwellen S1 und S2 beschriebene Wirkungsweise der Einrichtung nach Figur 6 gilt selbstverständlich auch die beiden negativen Schwellen S3 und S4. Ein Unterschied ergibt sich nur in der Beeinflussung der Endstufe. Während bei Überschreiten der positiven Schwellen die Kraftstoffmenge vermindert wird, wird bei Unterschreiten der beiden negativen Schwellen die Kraftstoffmenge angehoben, um zu starken Drehzahleinbrüchen entgegenzuwirken.
Figur 7 zeigt ein Blockschaltbild für den Fall, daß der Drehzahlbereich, in dem die Kraftstoffmengenkorrektur vorgenommen werden soll, beschränkt ist. Das schon bekannte Drehzahlsignal gelangt auf die Filtereinrichtung 55. Von dort gelangt es einerseits zum Fensterkomparator 72 andererseits auch zur Differenziereinrichtung 56. An die Differenziereinrichtung 56 schließt sich die bekannte Entscheidungsstufe 57 mit ihren Schwellen S1, S2 oder mit den Schwellen S3 und S4 an. Der Ausgang des Fensterkomparators sowie der Ausgang der Entscheidungsstufe werden einem UND-Glied 73 zugeführt, welches zur Ansteuerung der Endstufe 70 dient. Die Arbeitsweise der dargestellten Schaltung wurde bereits bei der Behandlung des Flußdiagrammes ausführlich erläutert. Durch den Fensterkomparator 72 wird bewirkt, daß die Kraftstoffmenge immer nur in einem bestimmten Drehzahlbereich beeinflußt wird. Dadurch steht dem Sechner in allen anderen Fällen eine erheblich größere Rechenzeit für die Bewältigung anderer Aufgaben zur Verfügung.
Figur 8 zeigt eine Hardware-Realisation, mit deren Hilfe unterschieden werden kann, ob sich die Brennkraftmaschine im Schubbetrieb oder im Zustand der Beschleunigung befindet. Das Drehzahlsignal n gelangt wiederum auf das mit 55 bezeichnete Filter, von dort auf die Differenziereinrichtung 56. Das Ausgangssignal der Differenziereinrichtung wird zwei Entscheidungsstufen 57 zugeführt, von denen die eine auf die Schwellen S1 und S2, die andere auf die negativen Schwellen S3 und S4 abfragt. Mit 80 ist ein Leerlaufschalter gekennzeichnet, der im Falle des Leerlaufes auf die Entscheidungsstufe mit den beiden Schwellen S3 und S4 schaltet, im Falle der Beschleunigung auf die Entseheidungsstufe mit den Schwellen S1 und S2. Das Ausgangssignal der jeweiligen Entscheidungsstufe wird darauf hin der Endstufe 70 zugeführt, die ihrerseits eine Stelleinrichtung 71 ansteuert. Der Umschalter trägt das Bezugszeichen 81.
Die in den Blockschaltbildern dargestellten Sachverhalte dienen einzig und allein der Verdeutlichung des Verfahrens. Beim heutigen Stand der Mikroprozessortechnik ist es ohne weiteres möglich, alle zum Verfahren notwendigen Schritte vom Mikroprozessor durchführen zu lassen. So ist es für den Fachmann ein Leichtes, Algorithmen für die Differentiation und Filterung von Signalen zu finden. Dazu sei auf die inzwischen in Fülle vorliegende Literatur zu diesen Themen hingewiesen.

Claims

Ansprüche
1. Elektronische Steuereinrichtung zur Kraftstoffmengenmodulation einer Brennkraftmaschine, mit einer elektrisch ansteuerbaren Stelleinrichtung, die abhängig von Betriebszuständen der Brennkraftmaschine angesteuert wird, weiterhin mit Sensoren für ein drehzahlabhängiges Signal, das im Verlauf seiner Weiterverarbeitung mehrfach differenziert und zur Kraftstoffmengenmodulation herangezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß an sich bekannte positive Schwellen für die erste Ableitung des drehzahlabhängigen Signales vorgesehen sind, oberhalb derer die Kraftstoffmenge so moduliert wird, daß Ruckelschwingungen der Brennkraftmaschine entgegengewirkt wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus der zweiten Ableitung des drehzahlabhängigen Signales auf Ruckein der Maschine geschlossen wird.
3. Elektronische Steuereinrichtung nach Anspruch 1 und 2, mit einer Schwelle (S5) für die zweite Ableitung des drehzahlabhängigen Signales, dadurch gekennzeichnet, daß die der Brennkraftmaschine zuzuführende Kraftstoffmenge moduliert wird, wenn der Betrag der zweiten Ableitung des drehzahlabhängigen Signales größer als die Schwelle (S5) ist.
4. Elektronische Steuereinrichtung nach Anspruch 1, mit einer Vorrichtung zur Erkennung von Vorzeichenwechseln bei Sensorsignalen, dadurch gekennzeichnet, daß die der Brennkraftmaschine zuzuführende Kraftstoffmenge moduliert wird, wenn die erste Ableitung des drehzahlabhängigen Signales ihr Vorzeichen wechselt.
5. Elektronische Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellen für das differenzierte drehzahlabhängige Signal abhängig von Betriebsparametern steuerbar sind.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Betriebsparameter die Drehzahl oder die erste Ableitung der Drehzahl 7der die zweite Ableitung der Drehzahl benutzt werden.
7. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoffmenge (QK) bei einem differenzierten drehzahlabhängigen Signal oberhalb einer ersten Schwelle (S1) vermindert wird.
8. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3 und 7, mit einer zweiten Schwelle (S2), die größer als die erste Schwelle (S1) ist, dadurch gekennzeichnet, daß beim Wechsel des differenzierten drehzahlabhängigen Signales von Werten oberhalb der zweiten Schwelle (S2) zu Werten unterhalb der Schwelle (S2) die Verminderung der Kraftstoffmenge aufgehoben wird.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß beim Wechsel des differenzierten drehzahlabhängigen Signales von Werten oberhalb der ersten Schwelle (S1), aber unterhalb der zweiten Schwelle (S2), zu Werten unterhalb der Schwelle (S1) die Verminderung der Kraftstoffmenge (QK) aufgehoben wird.
10. Elektronische Steuereinrichtung zur Kraftstoffmengenmodulation einer Brennkraftmaschine mit einer elektrisch ansteuerbaren Stelleinrichtung, die abhängig von Betriebszuständen der Brennkraftmaschine angesteuert wird, weiterhin mit Sensoren für ein drehzahlabhängiges Signal, das im Verlauf seiner Weiterverarbeitung mehrfach differenziert und zur Kraftstoffmengenmodulation herangezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß an sich bekannte negative Schwellen für die erste Ableitung des differenzierten drehzahlabhängigen Signales vorgesehen sind, unterhalb derer die Kraftstoffmenge so moduliert wird, daß Suckelschwingungen der Brennkraftmaschihe entgegengewirkt wird.
11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die der Brennkraftmaschine zuzuführende Kraftstoffmenge (QK) bei einem drehzahlabängigen Signal unterhalb einer dritten Schwelle (S3) angehoben wird.
12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 und 11, mit einer vierten Schwelle (S4) kleiner als die dritte Schwelle (S3), dadurch gekennzeichnet, daß beim Wechsel des differenzierten drehzahlabhängigen Signales von Werten unterhalb der vierten Schwelle (S4) zu Werten oberhalb der Schwelle (S4) die Anhebung der Kraftstoffmenge aufgehoben wird.
13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß beim Wechsel des differenzierten drehzahlabhangigen Signales von Werten unterhalb der dritten Schwelle (S3), aber oberhalb der vierten Schwelle (S4) zu Werten oberhalb der dritten Schwelle (S3) die Anhebung der Kraftstoffmenge (QK) aufgehoben wird.
14. Einrichtung nach Anspruch 1 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß das drehzahlabhängige Signal von einem Drehzahlsensor abgeleitet wird.
15. Einrichtung nach Anspruch 1- und 10, dadurch gekennzeichnet, daß das drehzahlabhängige Signal aus dem Signal eines Luftmassensensor abgeleitet wird.
16. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die der Brennkraftmaschine zuzuführende Kraftstoffmenge bei Beschleunigung abhängig von den Werten des differenzierten Drehzahlsignales vermindert, und bei Schubbetrieb abhängig von den Werten des differenzierten Drehzahlsignales angehoben wird.
17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffmenge nur in einem vorgebbaren Drehzahlbereich moduliert wird.
18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die drehzahlabhangigen Sensorsignale vor der Auswertung mit variablem Teilverhältnis geteilt werden.
19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die drehzahlabhängigen Sensorsignale vor dem Differenzieren gefiltert werden.
20. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß zur Filterung ein Tschelgscheff-Filter erster Ordnung verwendet wird.
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