WO2015086141A1 - Verfahren zur drehzahlregelung einer brennkraftmaschine - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method for controlling the speed of an internal combustion engine and a speed control loop for carrying out the method.
  • a speed controller which influences the operation of the internal combustion engine by specifying a manipulated variable such that the rotational speed is kept as constant as possible at the predetermined level, which corresponds to a desired rotational speed, whereby interference effects are reduced.
  • controllers Different types are known whose behavior is determined by controller parameters and can be influenced by their choice.
  • the document DE 10 2004 023 993 Al describes a method for speed control of an internal combustion engine generator unit with a clutch during the starting process. In the method, after the start of the first ramp-up with detection of the closing of the
  • Clutch changed from a first parameter set to a second parameter set, after which the first parameter set is deactivated.
  • a second ramp-up ramp is set as decisive for specifying the setpoint speed.
  • This coupling signal must be available as an external signal.
  • Manipulated variable of the speed controller described is the fuel injection quantity.
  • a method having the features of claim 1 and a speed control loop according to claim 12 are presented.
  • the fuel energy per injection is used as the output variable of the speed controller or as a control variable of the speed control loop, so that the use in systems with two or more fuels is possible.
  • the controller parameters are tracked via internally available signals, for example the engine speed, the fuel energy and the speed control deviation.
  • use of the load signal can be used to improve the speed controller dynamics.
  • Fuel energy is understood to mean the energy content of the fuel per injection typical for a fuel grade.
  • the speed controller described can be automatically adapted to the operating point-dependent behavior of the controlled system.
  • a better dynamics of the speed control loop is achieved by calculating the proportional coefficient as a function of the speed control deviation and by using the load signal.
  • the total fuel energy is used as the manipulated variable of the speed controller and not the desired torque or the injection quantity as in previously known speed controllers.
  • the proposed method has, at least in its design, the following overall features:
  • the speed control circuit is fuel energy based, d. H.
  • the manipulated variable of the speed control loop is the total fuel energy injected per cylinder for one combustion process.
  • the controller behavior is calculated as a function of controller parameters.
  • a stationary proportional coefficient is calculated in proportion to the fuel energy and inversely proportional to the engine speed.
  • the stationary proportional coefficient can be limited downwards.
  • the controller behavior can furthermore be adjusted as a function of a second controller parameter, the dynamic proportional coefficient, wherein the dynamic
  • Proportional coefficient additionally depends on the speed control deviation.
  • the proportionality factor of the steady-state proportionality coefficient consists of two multipliers, with a first multiplier being dependent on the application and having the value 2 for the Schiff application and the value 1 for the Generator application.
  • a second multiplier reflects an operator definable Rreisverstärkung the open speed control loop and is independent of the application.
  • the proportional component of the speed controller depends on the dynamic speed
  • the integral part of the speed controller is dependent on the stationary
  • the differential component of the speed controller is dependent on the stationary
  • Another controller parameter, the derivative time is tracked linearly via the fuel energy to calculate the differential component.
  • an output signal of the speed controller a fuel energy load signal can be added, the
  • Fuel energy load signal is calculated from a plant signal that is generated when occurring load circuit.
  • the dynamic proportional coefficient depends on the speed control deviation and improves the dynamics of the speed control loop.
  • the method can be used in a speed control circuit in particular also in systems in which two or more fuels of different types for a
  • Combustion process are injected (diesel, gasoline, .).
  • the presented method has, at least in some of the embodiments, a number of advantages. Since the manipulated variable of the speed control loop is the total fuel energy, the speed control loop can be used in motors in which two or more Fuels are injected. By tracking the steady-state proportional coefficient over the fuel energy and the engine speed becomes the operating point-dependent stationary
  • FIG. 1 shows an embodiment of a speed control loop for carrying out the presented method.
  • Figure 2 shows a discrete algorithm of a Pl DT speed controller.
  • FIG. 3 shows the calculation of a dynamic proportional coefficient.
  • FIG. 4 shows the calculation of a static proportional coefficient.
  • FIG. 5 shows the calculation of a derivative time tv.
  • FIG. 6 shows the calculation of a load signal.
  • Figure 1 illustrates in a block diagram a speed control circuit, which is designated overall by the reference numeral 10.
  • This speed control circuit 10 operates on fuel energy based.
  • the illustration shows a controller 12, in this case a PI DT controller, a fuel energy restriction block 14, a filter 16, a speed filter 18, an engine management system 20 and an internal combustion engine 22.
  • a controller in this case a PI DT controller
  • a fuel energy restriction block 14 a filter 16
  • a speed filter 18 a speed filter 18, an engine management system 20 and an internal combustion engine 22.
  • P ⁇ DT ⁇ controller instead of a P ⁇ DT ⁇ controller
  • a PI controller, PID controller or (PID) T controller use find.
  • the input signal of the speed control loop 10 is the setpoint speed 30.
  • the difference between this setpoint speed 30 and the measured engine speed 32 represents the speed control deviation 34.
  • the speed control deviation 34 is the input of the PI DT speed controller 12.
  • the speed regulator is the PliDT fuel energy 36, which is related to an injection for a combustion process of a cylinder of the internal combustion engine.
  • the output variable 36 of the speed controller 12, the load signal fuel energy 38 is added up. This addition represents a feedforward control. It serves to improve the dynamics of the speed controller 12.
  • the sum of speed regulator output 36 and load signal fuel energy 38 is then limited up to the maximum fuel energy 40 and down to the negative fuel frictional energy 42 per cylinder through block 14.
  • the maximum fuel energy 40 depends on the engine speed, the charge air pressure and other variables.
  • the limited fuel energy 44 represents the manipulated variable of
  • Fuel frictional energy 46 is understood to mean the fuel energy which corresponds to the friction losses of the internal combustion engine. Frictional losses are u. a. Friction losses in the
  • Cylinders of the internal combustion engine The sum of the required fuel energy is finally passed to the engine management 20 and converted by this into the injection quantity.
  • this is the injection quantity 48 and, in the case of a fuel injection system with dual fuel injection, additionally the gasoline injection quantity 50.
  • the engine speed 52 is detected and filtered by means of the speed filter 18.
  • Output of the speed filter 18 is the measured speed 32nd
  • Figure 2 shows the time discrete algorithm of the P ⁇ DT ⁇ speed controller, indicated generally by reference numeral 12.
  • the output variable 36 of the speed controller algorithm is a Sum of three components: the proportional component 74, the integrating component 76 and the DT i component 78.
  • the proportional component 74 represents the product of the speed control deviation 34 and the so-called dynamic proportional coefficient 80.
  • the dynamic proportional coefficient 80 is a controller parameter of the speed controller - Algorithmusses, the calculation of this parameter is shown in detail in Figure 3.
  • the integrating portion 76 of the speed controller represents the sum of current, delayed by one sample (delay element 82), limited integrating component and the product of the gain factor 84 and the sum of current and delayed by a sampling step (delay element 86) Speed control deviation 34.
  • the integral part of the speed controller is doing up to the maximum
  • the calculation of DTVAnteils 78 is shown in the lower part of Figure 2.
  • the DT share 78 is the sum of two products.
  • the first product 92 results from the multiplication of the factor 94 by the DT i fraction 78 delayed by one sampling step (delay element 96).
  • the second product 98 results from the multiplication of the factor 100 by the output of a switch 102 whichever position the switch 102 is in, the factor 100 becomes either the difference of current speed droop 34 and the one-step delayed (delay 86) speed droop
  • Switch position 2 is here always favored when the engine target speed 30 is not or only slightly, such as. In generator applications changes.
  • the amplification factors 84 and 100 of the I component or of the DT V component depend on the so-called stationary one
  • Proportional coefficient 80 depends.
  • the stationary proportional coefficient is thus proportional to the integral component E'soii and inversely proportional to the measured engine speed n ls t.
  • the proportionality factor is the product of two multipliers. The first multiplier is the factor f, the second multiplier is the circle gain v.
  • the factor f depends on the application. For the Ship application f takes the value 2, for the Generator application the value 1.
  • the loop gain v can be specified by the operator, which is the dimensionless loop gain of the open speed control loop. If v assumes large values, the dynamics of the speed control loop are large, but if v takes on small values, the dynamics of the speed control loop are small.
  • the stationary proportional coefficient kpStat is limited down to the specifiable minimum proportional coefficient kpmin: kpStat> kpmin
  • FIG. 3 illustrates the calculation of the dynamic proportional coefficient 80.
  • the dynamic proportional coefficient 80 is calculated as an additive value from the stationary proportional coefficient kpStat 152 and a speed-dependent control component 154. This is activated when the switch 156 assumes the position 1. On the other hand, if the switch 156 assumes the position 0, then the dynamic proportional coefficient 80 is with the stationary one
  • Switch 156 assumes position 1 when switch 158 changes to position 2. In this case, the switch 158 switches a logic 1 on the switch 156, whereby it assumes the position 1. The switch 158 assumes the position 2 when the signal 160 has the logical value of 1. This is the case when the measured engine speed 32 is greater than or equal to the predetermined activation speed 164 and the speed control deviation 34 is simultaneously less than or equal to the value 0. For the starting process of the engine, this means the following: When the engine speed reaches 32 after starting the engine
  • Proportionalbeiiere kpStat 152 and one of the speed control deviation 34 dependent Proportion 154 is calculated. If a motor stall is detected, the logic signal 165 has the value 1 and the switch 158 assumes the position 1. Thus, a logical 0 is switched by the switch 158, whereby the switch 156 assumes the position 0. In this case, the dynamic proportional value 80 is again identical to the stationary proportional coefficient kpStat 152.
  • the proportion 154 dependent on the speed control deviation 34 is calculated as follows: If the speed control deviation 34 is greater than the predefinable value e min pos , then the additive proportion 154 of the dynamic proportional coefficient 80 which is dependent on the speed control deviation 34 is increased linearly until the speed control deviation 34 reaches the value e max . With a further increase in the speed control deviation, the additive component 154 remains constant. If, however, the speed control deviation 34 is negative and smaller than the predefinable value e mm neg , the additive component 154 is increased linearly until the speed control deviation 34 reaches the negative predefinable value e max . Will the
  • FIG. 4 shows the calculation of the stationary proportional coefficient kpStat 152
  • kpStat 152 (f * v * E I soii) / n is (1)
  • the I component E ⁇ oii must be limited down to the value E mln , so that the stationary proportional coefficient kpStat not too small or identical 0 and thus the speed controller has not too low dynamics. With a proportional coefficient of 0 would be the
  • nj St Proportional component of the speed controller no longer active.
  • the engine speed nj St must be limited down to at least the detection limit of the engine speed, this is, for example, 80 1 / min.
  • kpStat will eventually be down to the bottom
  • Equation (1) represents the control law of the fuel energy-based speed controller. This control law characterizes the calculation of the steady-state proportional coefficient kpStat.
  • the stationary proportional coefficient kpStat is proportional to the fuel energy E'soii or Esoii Filtered and inversely proportional to the engine speed ⁇ ; 8 ⁇ .
  • the proportionality factor is a product of two multipliers: the factor f and the circle gain v, where the factor f depends on the application and the loop gain v is specified by the operator.
  • the angular velocity w is calculated as follows:
  • the fuel energy E so ii per injection is related to the engine torque M m as follows:
  • Equation (6) shows that the gain of the engine is small at low engine speed and high at high engine speed. At low fuel energy, the gain of the engine is large and at high fuel energy, so high load, small. Since according to the above-mentioned rule law at less
  • Engine speed is a large kpStat and at high engine speed a small kpStat is calculated, the overall loop gain of the open speed control loop is kept constant.
  • the fuel energy At low fuel energy, a small kpStat and at high fuel energy a large kpStat is calculated, whereby the loop gain can be kept constant in this case as well.
  • the circle gain v is a predefinable parameter. By increasing this parameter, the dynamics of the speed control loop can be increased.
  • - Stationary proportional coefficient is inversely proportional to the engine speed.
  • - Stationary proportional coefficient is proportional to the circle gain v, which can be specified by the operator.
  • the derivative time tv is used in Figure 2 to calculate the gain 100 of the DIV component.
  • the derivative time tv can be constant or alternatively, as shown in Figure 5, in Dependence of the fuel energy can be calculated.
  • As fuel energy either the I component E'soii of the speed controller or alternatively the filtered fuel target energy Esoii Filtered can be used.
  • FIG. 5 shows the progression of the derivative time tv 250 as a function of the fuel energy 248. The illustration shows that the derivative time tv 250 is identical to the value tv m i n 252 if the fuel energy is less than the predefinable value ⁇ " ⁇ ⁇ 254. If the fuel energy is greater than the predefinable value E max 256, then tv is identical to the value tv max 258. Is the
  • the values tVmin 252 and tv max 258 can be specified by the operator.
  • FIG. 1 shows that the load signal fuel energy 38 is added to the output 36 of the PI (DTi) speed controller.
  • the load signal fuel energy 38 is a disturbance of the speed control loop. It has the task to improve the dynamics of the speed controller in unsteady operations, eg. During load and Lastabschaltvor réellen.
  • FIG. 6 shows the calculation of the load signal fuel energy 38.
  • the load signal fuel energy is calculated from a plant signal which, for example, is a
  • the System signal is provided as 0 ... 10 V or 4 ... 20 mA signal from the plant operator. If the switch 341 has the position 1, then a voltage signal U (0 ... 10 volts) is used, the switch 341 has the position 2, then a current signal I (4 ... 20 mA) is used.
  • the respective input signal 302 or 304 is first converted over a two-dimensional curve 306 or 308 in percent. This results in the signal 310 defined in percent.
  • the predefinable maximum load signal fuel energy 312, z. B. identical to the value 20000 J, is divided by the value 100 and multiplied by this percentage converted value.
  • the result 316 of this multiplication is now amplified by a DTi member 318.
  • the predeterminable parameters of the DTi algorithm are the derivative time tVLoad and the
  • the output 320 of the DTi system 318 is processed by the block "Hysteresis" 322 as follows: If the output of the DTV system exceeds an upper limit, eg 1000 J, or if it falls below a lower limit, eg -1000 J, the output becomes of the DTV System switched, ie activated. In this case, the output 324 of the hysteresis block is identical to the output of the DTr system. By contrast, if the output of the DTr system falls short of an additional limit value, for example 50 J, then this becomes
  • the load signal fuel energy 38 is identical to the output 324 of the hysteresis block 322 when the switch 330 is in the 1 position. This is the case when the engine speed 32 is greater than or equal to the predetermined speed 334 and the parameter "Load Signal Active" 340 is identical to 1 at the same time. This means that the load signal fuel energy 38 is released when the engine speed 32 reaches the predeterminable speed 334 and the predefinable parameter "Load Signal Active" 340 is set to the value 1. In all other cases, the load signal fuel energy 38 is identical to 0.
  • the task of the load signal fuel energy 38 is to assist the speed controller in load-on and -off operations. If a load is switched on or off with a generator, the generator output increases or decreases.
  • the signal is amplified with the aid of the DTV song and applied to the speed controller as a disturbance variable, whereby the dynamics, i. H. the responsiveness of the speed control loop is improved.

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Abstract

Es werden ein Verfahren zum Regeln der Drehzahl einer Brennkraftmaschine und ein Drehzahl- Regelkreis zur Durchführung des Verfahrens vorgestellt. Bei der Regelung wird eine Kraftstoffenergie als Ausgangsgröße verwendet. Die Regleranteile werden in Abhängigkeit eines stationären Proportionalbeiwerts berechnet, wobei der stationäre Proportionalbeiwert proportional zur Kraftstoffenergie und umgekehrt proportional zur Motordrehzahl berechnet wird.

Description

BESCHREIBUNG
Verfahren zur Drehzahlregelung einer Brennkraftmaschine
'
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Drehzahl einer Brennkraftmaschine und einen Drehzahl-Regelkreis zur Durchführung des Verfahrens.
Die Drehzahl einer Brennkraftmaschine, welche die Häufigkeit der Umdrehungen der
Brennkraftmaschine pro Zeiteinheit bezeichnet, wird üblicherweise im Betrieb geregelt, insbesondere in bestimmten Zeiträumen konstant gehalten. Hierzu wird ein Drehzahlregler eingesetzt, der den Betrieb der Brennkraftmaschine durch Vorgabe einer Stellgröße derart beeinflusst, dass die Drehzahl auf dem vorgegebenen Niveau, das einer Soll-Drehzahl entspricht, möglichst konstant gehalten wird, wobei Störeinflüsse reduziert werden. Es sind unterschiedliche Arten von Reglern bekannt, deren Verhalten durch Reglerparameter bestimmt und durch deren Wahl beeinflussbar ist.
Die Druckschrift DE 10 2004 023 993 AI beschreibt ein Verfahren zur Drehzahlregelung einer Brennkraftmaschinen-Generatoreinheit mit einer Kupplung während des Startvorgangs. Bei dem Verfahren wird nach Beginn der ersten Hochlauframpe mit Erkennen des Schließens der
Kupplung von einem ersten Parametersatz auf einen zweiten Parametersatz gewechselt, woraufhin der erste Parametersatz deaktiviert wird. Im zweiten Parametersatz wird eine zweite Hochlauframpe als maßgeblich für die Vorgabe der Soll-Drehzahl gesetzt. Bei dem beschriebenen Verfahren werden somit Reglerparameter in Abhängigkeit eines
Kuppelsignals umgeschaltet. Dieses Kuppelsignal muss als externes Signal verfügbar sein.
Stellgröße des beschriebenen Drehzahlreglers ist die Kraftstoff-Einspritzmenge. Somit ist ein Einsatz bei Systemen mit mehreren Kraftstoffen nicht ohne weiteres möglich. Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Drehzahl-Regelkreis gemäß Anspruch 12 vorgestellt. Es wird somit ein Verfahren beschrieben, mit dem die Motordrehzahl einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Brennkraftmaschine mit einem Common-Rail-Einspritzsystem, geregelt werden kann, auch wenn ein oder mehrere Kraftstoffe unterschiedlicher Sorte pro Zylinder eingespritzt werden. Dabei wird die Kraftstoffenergie pro Einspritzung als Ausgangsgröße des Drehzahlreglers bzw. als Stellgröße des Drehzahlregelkreises verwendet, so dass der Einsatz bei Systemen mit zwei oder mehr Kraftstoffen möglich ist. Die Reglerparameter werden über intern verfügbare Signale, bspw. die Motordrehzahl, die Kraftstoffenergie und die Drehzahl- Regelabweichung, nachgeführt. Weiterhin kann ein Einsatz des Loadsignals zur Verbesserung der Drehzahlregler-Dynamik eingesetzt werden. Unter Kraftstoffenergie wird der für eine Kraftstoffsorte typische Energieinhalt des Kraftstoffs pro Einspritzung verstanden.
Der beschriebene Drehzahlregler kann automatisch an das betriebspunktabhängige Verhalten der Regelstrecke angepasst werden. Eine bessere Dynamik des Drehzahl-Regelkreises wird erreicht durch Berechnung des Proportionalbeiwerts in Abhängigkeit der Drehzahl-Regelabweichung sowie durch Einsatz des Loadsignals.
Zu beachten ist, dass als Stellgröße des Drehzahlreglers die Kraftstoff-Gesamtenergie und nicht wie bei bisher bekannten Drehzahlreglern das Sollmoment bzw. die Einspritzmenge verwendet wird.
Das vorgestellte Verfahren weist, zumindest in Ausgestaltung, insgesamt folgende Merkmale auf:
Der Drehzahl-Regelkreis ist Kraftstoffenergie-basiert, d. h. die Stellgröße des Drehzahl- Regelkreises ist die für einen Verbrennungsvorgang pro Zylinder eingespritzte Kraftstoff- Gesamtenergie. Das Reglerverhalten wird in Abhängigkeit von Reglerparametern berechnet. Dabei wird ein stationärer Proportionalbeiwert proportional zur Kraftstoffenergie und umgekehrt proportional zur Motordrehzahl berechnet. Der stationäre Proportionalbeiwert kann nach unten begrenzt werden.
Das Reglerverhalten kann weiterhin in Abhängigkeit eines zweiten Reglerparameters, dem dynamischen Proportionalbeiwert, angepasst werden, wobei der dynamische
Proportionalbeiwert zusätzlich von der Drehzahl-Regelabweichung abhängt. Der Proportionalitätsfaktor des stationären Proportionalitätsbeiwerts besteht aus zwei Multiplikatoren, wobei ein erster Multiplikator von der Anwendung abhängig ist und bei der Anwendung Schiff den Wert 2 und bei der Anwendung Generator den Wert 1 hat. Ein zweiter Multiplikator spiegelt eine vom Betreiber vorgebbare Rreisverstärkung des offenen Drehzahlregelkreises wider und ist unabhängig von der Anwendung.
Der Proportional-Anteil des Drehzahlreglers wird in Abhängigkeit des dynamischen
Proportionalbeiwerts berechnet.
Der integrierende Anteil des Drehzahlreglers wird in Abhängigkeit des stationären
Proportionalbeiwerts berechnet.
Der differentielle Anteil des Drehzahlreglers wird in Abhängigkeit des stationären
Proportionalbeiwerts berechnet.
Ein weiterer Reglerparameter, die Vorhaltzeit, wird zur Berechnung des differentiellen Anteils linear über die Kraftstoffenergie nachgeführt. Zur Verbesserung der Dynamik des Drehzahlreglers kann einem Ausgangssignal des Drehzahlreglers ein Kraftstoffenergie-Loadsignal aufaddiert werden, wobei das
Kraftstoffenergie- Loadsignal aus einem Anlagensignal berechnet wird, das bei auftretender Lastschaltung erzeugt wird. Der dynamische Proportionalbeiwert hängt von der Drehzahl-Regelabweichung ab und verbessert die Dynamik des Drehzahl-Regelkreises.
Das Verfahren kann in einem Drehzahlregelkreis insbesondere auch bei Sytemen eingesetzt werden, bei denen zwei oder mehr Kraftstoffe unterschiedlicher Sorte für einen
Verbrennungsvorgang eingespritzt werden (Diesel, Benzin,....).
Das vorgestellte Verfahren hat, zumindest in einigen der Ausführungen, eine Reihe von Vorteilen. Da die Stellgröße des Drehzahl-Regelkreises die Kraftstoff-Gesamtenergie ist, kann der Drehzahl-Regelkreis bei Motoren zum Einsatz kommen, bei denen auch zwei oder mehrere Kraftstoffe eingespritzt werden. Durch Nachführung des stationären Proportionalbeiwerts über die Kraftstoffenergie und die Motordrehzahl wird die betriebspunktabhängige stationäre
Verstärkung des Motors invertiert und der Drehzahlregler damit so an die Regelstrecke angepasst, dass das Verhalten des Drehzahl-Regelkreises weitgehend unabhängig vom
Betriebspunkt wird. Zudem sind eine Verbesserung des dynamischen Verhaltens des Drehzahl- Regelkreises durch Verwendung des von der Drehzahl-Regelabweichung abhängigen
dynamischen Proportionalbeiwerts bei der Berechnung des Proportionalanteils und eine
Verbesserung des dynamischen Verhaltens des Drehzahl-Regelkreises durch Aufschalten einer Loadsignal-Kraftstoffenergie auf den Ausgang des PI(DTi)-Drehzahlreglers möglich.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Figur 1 zeigt eine Ausführung eines Drehzahl-Regelkreises zur Durchführung des vorgestellten Verfahrens. Figur 2 zeigt einen diskreten Algorithmus eines Pl DT -Drehzahlreglers. Figur 3 zeigt die Berechnung eines dynamischen Proportionalbeiwerts. Figur 4 zeigt die Berechnung eines statischen Proportionalbeiwerts.
Figur 5 zeigt die Berechnung einer Vorhaltzeit tv.
Figur 6 zeigt die Berechnung eines Lastsignals. Figur 1 stellt in einem Blockschaltbild einen Drehzahl-Regelkreis dar, der insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist. Dieser Drehzahl-Regelkreis 10 arbeitet Kraftstoffenergie-basiert. Die Darstellung zeigt einen Regler 12, in diesem Fall einen PI DT -Regler, einen Block 14 zur Begrenzung einer Kraftstoffenergie, ein Filter 16, ein Drehzahlfilter 18, ein Motormanagement 20 und eine Brennkraftmaschine 22. An Stelle eines P^DT^-Reglers können insbesondere auch ein PI-Regler, PID-Regler oder (PID) T Regler Verwendung finden.
Eingangssignal des Drehzahl-Regelkreises 10 ist die Solldrehzahl 30. Die Differenz von dieser Solldrehzahl 30 und der gemessenen Motordrehzahl 32 stellt die Drehzahl-Regelabweichung 34 dar. Die Drehzahl-Regelabweichung 34 ist die Eingangsgröße des PI DT -Drehzahlreglers 12. Ausgangsgröße des P^DT^-Drehzahlreglers ist die PliDT -Kraftstoffenergie 36, welche auf eine Einspritzung für einen Verbrennungsvorgang eines Zylinders der Brennkraftmaschine bezogen ist. Der Ausgangsgröße 36 des Drehzahlreglers 12 wird die Loadsignal- Kraftstoffenergie 38 aufaddiert. Diese Addition stellt eine Störgrößenaufschaltung dar. Sie dient dazu, die Dynamik des Drehzahlreglers 12 zu verbessern. Die Summe von Drehzahlregler- Ausgang 36 und Loadsignal-Kraftstoffenergie 38 wird anschließend nach oben auf die maximale Kraftstoffenergie 40 und nach unten auf die negative Kraftstoff-Reibenergie 42 pro Zylinder durch Block 14 begrenzt. Die maximale Kraftstoffenergie 40 hängt dabei von der Motordrehzahl, dem Ladeluftdruck und weiteren Größen ab. Die begrenzte Kraftstoffenergie 44 stellt die Stellgröße des
Drehzahlregelkreises dar und ist ebenfalls auf eine Einspritzung bezogen. Der begrenzten Kraftstoffenergie wird anschließend die Kraftstoff-Reibenergie 46 aufaddiert. Unter Kraftstoff- Reibenergie 46 wird die Kraftstoffenergie verstanden, welche den Reibungsverlusten der Brennkraftmaschine entspricht. Reibungsverluste sind dabei u. a. Reibungsverluste in den
Zylindern der Brennkraftmaschine. Die Summe der benötigten Kraftstoffenergie wird schließlich an das Motormanagement 20 übergeben und von diesem in die Einspritzmenge umgerechnet. Bei einem Diesel-Einspritzsystem ist dies die Einspritzmenge 48 und bei einem Einspritzsystem mit Diesel- und Benzineinspritzung (Dual-Fuel-Einspritzung) zusätzlich die Benzin-Einspritzmenge 50. Die Motordrehzahl 52 wird erfasst und mit Hilfe des Drehzahlfilters 18 gefiltert.
Ausgangsgröße des Drehzahlfilters 18 ist die gemessene Drehzahl 32.
Figur 2 zeigt den zeitdiskreten Algorithmus des P^DT^-Drehzahlreglers, der insgesamt mit der Bezugsziffer 12 bezeichnet ist. Die Ausgangsgröße 36 des Drehzahlregler- Algorithmus ist eine Summe von drei Anteilen: dem Proportionalanteil 74, dem integrierenden Anteil 76 und dem DT i -Anteil 78. Der Proportionalanteil 74 stellt hierbei das Produkt von Drehzahl- Regelabweichung 34 und dem sogenannten dynamischen Proportionalbeiwert 80 dar. Der dynamische Proportionalbeiwert 80 ist ein Reglerparameter des Drehzahlregler- Algorithmusses, die Berechnung dieses Parameters wird in Figur 3 detailliert dargestellt.
Der integrierende Anteil 76 des Drehzahlreglers, der I- Anteil, stellt die Summe von aktuellem, um einen Abtastschritt (Verzögerungsglied 82) verzögerten, begrenzten integrierenden Anteil und dem Produkt des Verstärkungsfaktors 84 und der Summe von aktueller und um einen Abtastschritt (Verzögerungsglied 86) verzögerter Drehzahl-Regelabweichung 34 dar. Der integrierende Anteil des Drehzahlreglers wird dabei nach oben auf die maximale
Kraftstoffenergie 40 und nach unten auf die negative Kraftstoff-Reibenergie 42 begrenzt.
Die Berechnung des DTVAnteils 78 ist im unteren Teil von Figur 2 dargestellt. Der DT Anteil 78 ergibt sich als Summe zweier Produkte. Das erste Produkt 92 entsteht aus der Multiplikation des Faktors 94 mit dem um einen Abtastschritt (Verzögerungsglied 96) verzögerten DT i -Anteil 78. Das zweite Produkt 98 ergibt sich aus der Multiplikation des Faktors 100 mit dem Ausgang eines Schalters 102. Je nachdem, in welcher Position sich der Schalter 102 befindet, wird der Faktor 100 entweder mit der Differenz von aktueller Drehzahl-Regelabweichung 34 und um einen Abtastschritt verzögerter (Verzögerungsglied 86) Drehzahl-Regelabweichung
(Schalterstellung 1) oder mit der Differenz von um einen Abtastschritt verzögerter
(Verzögerungsglied 108) gemessener Motordrehzahl und aktueller gemessener Motordrehzahl 32 (Schalterstellung 2) multipliziert. Die Schalterstellung 2 wird hierbei immer dann favorisiert, wenn sich die Motorsolldrehzahl 30 nicht oder nur wenig, wie bspw. bei Generatoranwendungen, ändert. Die Verstärkungsfaktoren 84 und 100 des I- Anteils bzw. des DTVAnteils hängen vom sogenannten stationären
Proportionalbeiwert kpStat ab, während der Proportionalanteil vom dynamischen
Proportionalbeiwert 80 abhängt. Die Berechnung des stationären Proportionalbeiwerts kpStat erfolgt nach: kpStat = (f*v*EI Soii) / nii Hierbei ist die gemessene Motordrehzahl n,st durch das Bezugszeichen 32 und der integrierende Anteil E'soli durch das Bezugszeichen 76 gekennzeichnet. Der stationäre Proportionalbeiwert ist damit proportional zum integrierenden Anteil E'soii und umgekehrt proportional zur gemessenen Motordrehzahl nlst. Der Proportionalitätsfaktor ist das Produkt zweier Multiplikatoren. Der erste Multiplikator ist der Faktor f, der zweite Multiplikator ist die Kreisverstärkung v.
Der Faktor f hängt von der Anwendung ab. Bei der Anwendung Schiff nimmt f den Wert 2, bei der Anwendung Generator den Wert 1 an. Die Kreisverstärkung v kann vom Betreiber vorgegeben werden, es handelt sich dabei um die dimensionslose Kreisverstärkung des offenen Drehzahl-Regelkreises. Nimmt v große Werte an, so ist die Dynamik des Drehzahl-Regelkreises groß, nimmt v hingegen kleine Werte an, so ist die Dynamik des Drehzahl-Regelkreises klein. Der stationäre Proportionalbeiwert kpStat wird nach unten auf den vorgebbaren minimalen Proportionalbeiwert kpmin begrenzt: kpStat > kpmin
Figur 3 stellt die Berechnung des dynamischen Proportionalbeiwerts 80 dar. Der dynamische Proportionalbeiwert 80 berechnet sich additiv aus dem stationären Proportionalbeiwert kpStat 152 und einem von der Drehzahl -Regelabweichung 34 abhängigen Anteil 154. Dieser wird dann aktiviert, wenn Schalter 156 die Stellung 1 annimmt. Nimmt der Schalter 156 hingegen die Stellung 0 an, so ist der dynamische Proportionalbeiwert 80 mit dem stationären
Proportionalweiwert kpStat 152 identisch.
Der Schalter 156 nimmt die Stellung 1 an, wenn der Schalter 158 in die Stellung 2 wechselt. In diesem Fall schaltet der Schalter 158 eine logische 1 auf den Schalter 156 durch, wodurch dieser die Stellung 1 annimmt. Der Schalter 158 nimmt die Stellung 2 an, wenn das Signal 160 den logischen Wert 1 hat. Dies ist dann der Fall, wenn die gemessene Motordrehzahl 32 größer oder gleich als die vorgebbare Aktivierungsdrehzahl 164 wird und die Drehzahl-Regelabweichung 34 gleichzeitig kleiner oder gleich als der Wert 0 wird. Für den Startvorgang des Motors bedeutet dies folgendes: Erreicht die Motordrehzahl 32 nach dem Start des Motors die
Aktivierungsdrehzahl 164, bspw. 1500 1/min, und erreicht die Motordrehzahl 32 gleichzeitig die Solldrehzahl 30 (Drehzahl-Regelabweichung identisch 0), so wechselt der Schalter 156 in die Stellung 1 , wodurch der dynamische Proportionalbeiwert 80 additiv aus dem stationären
Proportionalbeiwert kpStat 152 und einem von der Drehzahl-Regelabweichung 34 abhängigen Anteil 154 berechnet wird. Wird ein Motorstillstand erkannt, so hat das logische Signal 165 den Wert 1 und der Schalter 158 nimmt die Stellung 1 an. Damit wird vom Schalter 158 eine logische 0 durchgeschaltet, wodurch der Schalter 156 die Stellung 0 annimmt. In diesem Fall ist der dynamische Proportionalwert 80 wieder mit dem stationären Proportionalbeiwert kpStat 152 identisch.
Der von der Drehzahl-Regelabweichung 34 abhängige Anteil 154 wird folgendermaßen berechnet: Wird die Drehzahl-Regelabweichung 34 größer als der vorgebbare Wert emin pos, so wird der von der Drehzahl-Regelabweichung 34 abhängige additive Anteil 154 des dynamischen Proportionalbeiwerts 80 so lange linear erhöht, bis die Drehzahl-Regelabweichung 34 den Wert emax erreicht. Bei einer weiteren Vergrößerung der Drehzahl-Regelabweichung bleibt der additive Anteil 154 konstant. Ist die Drehzahl-Regelabweichung 34 hingegen negativ und kleiner als der vorgebbare Wert emm neg, so wird der additive Anteil 154 so lange linear erhöht, bis die Drehzahl-Regelabweichung 34 den negativen vorgebbaren Wert emax erreicht. Wird die
Drehzahl-Regelabweichung weiter verkleinert, so bleibt der additive Anteil 154 wiederum konstant.
Mit der Berechnung des dynamischen Proportionalbeiwerts 80 in Abhängigkeit der Drehzahl- Regelabweichung 34 kann die Dynamik des Drehzahl-Regelkreises bei instationären Vorgängen, insbesondere bei Lastauf- und Lastabschaltvorgängen, entscheidend verbessert werden, da bei Auftreten einer Drehzahl-Regelabweichung eine Erhöhung des Proportionalbeiwerts des
Drehzahlreglers und damit auch des Proportionalanteils erfolgt.
Figur 4 zeigt die Berechnung des stationären Proportionalbeiwerts kpStat 152. Ist die
Motordrehzahl njSt 32 gleich 0, so nimmt der Schalter 200 die Stellung 1 an, womit der Wert 80 durchgeschaltet wird. Ist die Motordrehzahl njst 32 hingegen ungleich 0, so wird die
Motordrehzahl njst 32 auf den vorgebbaren Wert nmjn 202 nach unten begrenzt und vom Schalter 200 durchgeschaltet, da dieser in diesem Fall die Stellung 0 annimmt. Anschließend wird vom Ausgangswert des Schalters 200 der Kehrwert 206 (Block 204) gebildet. Dieser Kehrwert 206 wird mit dem Faktor f 208, der Kreisverstärkung v 209 und dem auf den vorgebbaren Wert Emin 210 nach unten begrenzten I- Anteil E'soii 212 multipliziert. Das Ergebnis 214 dieser
Multiplikation wird noch auf den vorgebbaren Wert kpmin 216 begrenzt und stellt den stationären Proportionalbeiwert kpStat 152 dar. Insgesamt wird also kpStat 152 folgendermaßen berechnet: kpStat = (f*v*EIsoii) / nist (1)
Figure imgf000011_0001
l ist— nmin
kpStat > kpmin
mit f = 1 (Generator)
f = 2 (Schiff)
Der I- Anteil E^oii muss nach unten auf den Wert Emln begrenzt werden, damit der stationäre Proportionalbeiwert kpStat nicht zu klein bzw. identisch 0 wird und damit der Drehzahlregler keine zu geringe Dynamik aufweist. Bei einem Proportionalbeiwert von 0 wäre der
Proportionalanteil des Drehzahlreglers nicht mehr aktiv. Die Motordrehzahl njSt muss nach unten zumindest auf die Erfassungsgrenze der Motordrehzahl begrenzt werden, diese beträgt bspw. 80 1/min. Zur weiteren Sicherheit wird kpStat schließlich insgesamt noch auf den unteren
Grenzwert kpmin begrenzt.
Alternativ an Stelle des I- Anteils E'soii kann die gefilterte Kraftstoffenergie ESoiiGefiltert 53 zur Berechnung des stationären Proportionalbeiwerts kpStat verwendet werden: kpStat = (f*v*ESoii ) / n, ist mit
E Gefiltert J
Soll — Ε-πώ kpStat > kpmin mit f = 1 (Generator)
f = 2 (Schiff)
Die Gleichung (1) stellt das Regelgesetz des Kraftstoffenergie-basierten Drehzahlreglers dar. Dieses Regelgesetz charakterisiert die Berechnung des stationären Proportionalbeiwerts kpStat. Der stationäre Proportionalbeiwert kpStat ist proportional zur Kraftstoffenergie E'soii bzw. EsoiiGefiltert und umgekehrt proportional zur Motordrehzahl η;8ΐ. Der Proportionalitätsfaktor ist dabei ein Produkt zweier Multiplikatoren: des Faktors f und der Kreisverstärkung v, wobei der Faktor f von der Anwendung abhängt und die Kreisverstärkung v vom Betreiber vorgegeben wird.
Zur Herleitung des Regelgesetzes werden Motor und Anlage als Einmassen-Schwinger modelliert. Wird der Drallsatz auf diesen Einmassen-Schwinger angewandt, so ergibt sich für den Fall des Propeller-Antriebs (Anwendung Schiff) folgende Gleichung:
Θ * dw/dt = Mm - kB * nist 2 mit Θ = GMotor + ©Last
Θ - Gesamtträgheitsmoment [kg m2]
w - Winkelgeschwindigkeit [1/s]
Mm - Motormoment [Nm]
kB - Proportionalitätsfaktor [Nm min2]
n,st - Motordrehzahl [1/min]
Die Winkelgeschwindigkeit w wird folgendermaßen berechnet:
Figure imgf000012_0001
Damit ergibt sich folgendes nichtlineares Modell des Einmassen-Schwingers: Θ * 2 pi * dnist/dt + kB * nist 2 = Mm
Wird diese Gleichung linearisiert, so ergibt sich folgendes lineares Modell des Einmassen- Schwingers:
Θ * 2 * pi *d(Än) / dt + 2 * kB * nBet * Δη = ΔΜ, mit nBet: Motordrehzahl-Betriebspunkt, in welchem linearisiert wird Δη, AMm : Abweichungen der Motordrehzahl und des Motormoments aus dem Betriebspunkt Für die Übertragungsfunktion des Einmassen-Schwingers gilt damit: G(s) = An(s) / AMm(s) = km / (1+Tm*s) mit
Figure imgf000013_0001
Die Kraftstoffenergie ESoii pro Einspritzung hängt mit dem Motormoment Mm folgendermaßen zusammen:
ESoii = (pi *Mm) / (250*z*r,) mit
Esoii - Kraftstoffenergie pro Einspritzung [kJ]
Mm - Motormoment [Nm]
z - Zylinderzahl [ ]
η - Nutzwirkungsgrad [ ]
Damit gilt für das Motormoment Mm: Mm = kv * ESoii (3) mit kv = (250*z* η) / pi Im Betriebspunkt (Mm e , Es0n e ) gilt somit
Mm Bet = kv Bet
isoii (4)
Für das Lastmoment gilt:
ML DCl = kB*nBet2 Damit gilt kB*nBet = ML Bet/nBet (5)
Für die Verstärkung des Motors gilt: vm kv * km Mit (2) gilt:
vm = kv*[l/(2*kB*nBet)]
Mit (5) ergibt sich:
vm=(kv*nBet)/(2*ML Bet)
Im Stationärbetrieb sind Motormoment und Lastmoment identisch: Mm Bet = ML Bet
Damit gilt: vm = (kv*nBet)/(2*Mm Bet)
Mit (4) gilt: vm = (kv*nBet)/(2*kv*ESoll Bet)
Damit gilt für die stationäre Verstärkung des Motors: nBet/ (2*EsouBet) (6)
Für die Kreisverstärkung v des offenen Drehzahl-Regelkreises gilt: v = kpStat * vm
Damit ergibt sich folgendes Regel gesetz: kpStat = (2*v*ESoiiBet) / riBet mit
kpStat - stationärer Proportionalbeiwert [kJ min ] v - Kreisverstärkung [ ]
nBet - Motordrehzahl [1/min]
ESo„Bet - Kraftstoff-Sollenergie [kJ]
Wird für Es0nBet der I- Anteil des Drehzahlreglers verwendet und für nßet die gemessene Drehzahl n,st, so ergibt sich folgende Gleichung für die Anwendung Schiff: kpStat = (2*v*E1soii) / nist (Schiff)
Bei der Anwendung Generator gilt ein linearer Zusammenhang zwischen dem Lastmoment ML und der Motordrehzahl njSt. Dies führt zu einem geänderten Multiplikationsfaktor im
Regelgesetz: kpStat = (v*E'soii) njst (Generator)
Insgesamt ergibt sich damit o.a. Regelgesetz (1): kpStat = (f*v*EIsoii) / nist mit
f = 1 (Generator) f = 2 (Schiff)
Figure imgf000016_0001
kpStat > kpmin
Mit diesem Regelgesetz wird die Kreisverstärkung des offenen Drehzahl-Regelkreises über den gesamten Betriebsbereich konstant gehalten. Gleichung (6) zeigt, dass die Verstärkung des Motors bei kleiner Motordrehzahl klein und bei hoher Motordrehzahl groß ist. Bei kleiner Kraftstoffenergie ist die Verstärkung des Motors groß und bei großer Kraftstoffenergie, also hoher Last, klein. Da entsprechend voranstehend genanntem Regelgesetz bei kleiner
Motordrehzahl ein großes kpStat und bei großer Motordrehzahl ein kleines kpStat berechnet wird, wird insgesamt die Kreisverstärkung des offenen Drehzahl-Regelkreises konstant gehalten. Dasselbe gilt für die Kraftstoffenergie: Bei kleiner Kraftstoffenergie wird ein kleines kpStat und bei großer Kraftstoffenergie ein großes kpStat berechnet, wodurch die Kreisverstärkung auch in diesem Fall insgesamt konstant gehalten werden kann.
Die Kreisverstärkung v ist ein vorgebbarer Parameter. Durch Vergrößerung dieses Parameters kann die Dynamik des Drehzahl-Regelkreises erhöht werden. Das Regelgesetz in der
beschriebenen Form zeichnet sich durch folgende Merkmale aus:
- Stationärer Proportionalbeiwert kpStat wird linear über die Kraftstoffenergie nachgeführt.
- Stationärer Proportionalbeiwert ist umgekehrt proportional zur Motordrehzahl. - Stationärer Proportionalbeiwert ist proportional zur Kreisverstärkung v, welche vom Betreiber vorgegeben werden kann.
- Stationärer Proportionalbeiwert ist bei Schiffs- Anwendung doppelt so groß wie bei
Generator-Anwendung.
- Stationärer Proportionalbeiwert wird nach unten auf den vorgebbaren Wert kpmin begrenzt.
Die Vorhaltzeit tv wird in Figur 2 verwendet, um den Verstärkungsfaktor 100 des DIVAnteils zu berechnen. Die Vorhaltzeit tv kann dabei konstant oder alternativ, wie in Bild 5 dargestellt, in Abhängigkeit der Kraftstoffenergie berechnet werden. Als Kraftstoffenergie kann dabei entweder der I- Anteil E'soii des Drehzahlreglers oder alternativ die gefilterte Kraftstoff- Sollenergie EsoiiGefiltert verwendet werden. Figur 5 zeigt den Verlauf der Vorhaltzeit tv 250 in Abhängigkeit der Kraftstoffenergie 248. Die Darstellung zeigt, dass die Vorhaltzeit tv 250 mit dem Wert tvmin 252 identisch ist, wenn die Kraftstoffenergie kleiner als der vorgebbare Wert Ε„ύη 254 ist. Ist die Kraftstoffenergie größer als der vorgebbare Wert Emax 256, so ist tv mit dem Wert tvmax 258 identisch. Ist die
Kraftstoffenergie größer als Emjn 254 und kleiner als Emax 256, so wird tv 250 linear über die Kraftstoffenergie 248 nachgeführt. Die Werte tVmin 252 und tvmax 258 können vom Betreiber vorgegeben werden.
Figur 1 zeigt, dass dem Ausgang 36 des PI(DTi)-Drehzahlreglers die Loadsignal- Kraftstoffenergie 38 aufaddiert wird. Die Loadsignal-Kraftstoffenergie 38 stellt dabei eine Störgröße des Drehzahl-Regelkreises dar. Sie hat die Aufgabe, die Dynamik des Drehzahlreglers bei instationären Vorgängen, bspw. bei Lastauf- und Lastabschaltvorgängen, zu verbessern.
Figur 6 zeigt die Berechnung der Loadsignal-Kraftstoffenergie 38. Die Loadsignal- Kraftstoffenergie wird aus einem Anlagensignal berechnet,bei dem es sich bspw. um ein
Generator- Leistungssignal handelt. Das Anlagensignal wird als 0 ... 10 Volt- oder 4 ... 20 mA - Signal vom Betreiber der Anlage zur Verfügung gestellt. Hat der Schalter 341 die Stellung 1, so wird ein Spannungssignal U (0 ... 10 Volt) verwendet, hat der Schalter 341 die Stellung 2, so wird ein Stromsignal I (4 ... 20 mA) verwendet. Das jeweilige Eingangssignal 302 bzw. 304 wird zunächst über eine 2-dimensionale Kurve 306 bzw. 308 in Prozent umgerechnet. Es ergibt sich das in Prozent definierte Signal 310. Die vorgebbare maximale Loadsignal-Kraftstoffenergie 312, z. B. identisch mit dem Wert 20000 J, wird durch den Wert 100 dividiert und mit diesem in Prozent umgerechneten Wert multipliziert. Das Ergebnis 316 dieser Multiplikation wird nun durch ein DTi -Glied 318 verstärkt. Die vorgebbaren Parameter des DTi-Algorithmusses sind die Vorhaltzeit tVLoad und die
Verzögerungszeit Load. Beide Parameter sind als Eingangsgrößen des Blocks 318 dargestellt. Der Ausgang 320 des DTi -Systems 318 wird von dem Block "Hysterese" 322 folgendermaßen verarbeitet: Überschreitet der Ausgang des DTVSystems einen oberen Grenzwert, bspw. 1000 J, oder unterschreitet dieser einen unteren Grenzwert, bspw. -1000 J, so wird der Ausgang des DTV Systems durchgeschaltet, d. h. aktiviert. In diesem Fall ist der Ausgang 324 des Hysterese- Blocks identisch mit dem Ausgang des DTrSystems. Unterschreitet der Ausgang des DTr Systems hingegen betragsmäßig einen weiteren Grenzwert, bspw. 50 J, so wird dieser
abgeschaltet, d. h. in diesem Fall ist der Ausgang des Hysterese-Blocks identisch 0. Die
Grenzwerte sind als Eingangsgrößen des Blocks 322 dargestellt.
Die Loadsignal-Kraftstoffenergie 38 ist mit dem Ausgang 324 des Hysterese-Blocks 322 identisch, wenn der Schalter 330 die Stellung 1 einnimmt. Dies ist dann der Fall, wenn die Motordrehzahl 32 größer oder gleich als die vorgebbare Drehzahl 334 wird und der Parameter "Load Signal Aktiv" 340 gleichzeitig identisch 1 ist. Dies bedeutet, dass die Loadsignal- Kraftstoffenergie 38 freigeschaltet wird, wenn die Motordrehzahl 32 die vorgebbare Drehzahl 334 erreicht und der vorgebbare Parameter "Load Signal Aktiv" 340 auf den Wert 1 gesetzt wird. In allen anderen Fällen ist die Loadsignal-Kraftstoffenergie 38 identisch 0. Die Aufgabe der Loadsignal-Kraftstoffenergie 38 ist, den Drehzahlregler bei Lastauf- und -abschaltvorgängen zu unterstützen. Wird bei einem Generator eine Last auf- oder abgeschaltet, so steigt bzw. sinkt die Generatorleistung. Wird diese erfasst und als 0...10 Volt - bzw. 4...20 mA -Signal von der Motorelektronik eingelesen, so wird das Signal mit Hilfe des DTVGlieds verstärkt und dem Drehzahlregler als Störgröße aufgeschaltet, wodurch die Dynamik, d. h. die Reaktionsfähigkeit des Drehzahl-Regelkreises, verbessert wird.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Regeln der Drehzahl (32) einer Brennkraftmaschine (22), in der
mindestens ein Kraftstoff einer Kraftstoffsorte eingespritzt wird, mit einem
Drehzahlregler (12), der in einem Drehzahl-Regelkreis (10) vorgesehen ist und dessen Verhalten durch Reglerparameter bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsgröße (36) des Drehzahlreglers (12) eine Kraftstoffenergie des mindestens einen einzuspritzenden Kraftstoffs erzeugt wird und die Anteile (74, 76, 78) des Drehzahlreglers (12) in Abhängigkeit eines stationären Proportionalbeiwerts (152) berechnet werden und der stationäre Proportionalbeiwert (152) proportional zur Kraftstoffenergie (76, 53) und umgekehrt proportional zur Drehzahl (32) der
Brennkraftmaschine (22) berechnet wird.
2. Verfahren zum Regeln der Drehzahl einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Anteile (74, 76, 78) des Drehzahlreglers (12) in Abhängigkeit eines dynamischen Proportionalbeiwerts (80) berechnet werden, wobei der dynamische Proportionalbeiwert (80) zusätzlich von der Drehzahl-Regelabweichung (34) abhängt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der
Proportionalitätsfaktor des stationären Proportionalbeiwerts (152) aus zwei
Multiplikatoren (208, 209) besteht, wobei ein erster Multiplikator (208) von der Anwendung abhängig ist und bei der Anwendung Schiff den Wert 2 und bei der Anwendung Generator den Wert 1 hat.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Multiplikator
(209) eine vom Betreiber vorgebbare Kreisverstärkung des offenen
Drehzahlregelkreises widerspiegelt und unabhängig von der Anwendung ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der
Proportional-Anteil (74) des Drehzahlreglers in Abhängigkeit des dynamischen Proportionalbeiwerts (80) berechnet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der integrierende Anteil (76) des Drehzahlreglers in Abhängigkeit des stationären
Proportionalbeiwerts (152) berechnet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der
differentielle Anteil (78) des Drehzahlreglers in Abhängigkeit des stationären
Proportionalbeiwerts (152) berechnet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorhaltzeit (250) zur
Berechnung des differentiellen Anteils (78) linear über die Kraftstoffenergie (248, 76, 53) nachgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass einem
Ausgangssignal (36) des Drehzahlreglers (12) ein Kraftstoffenergie-Loadsignal (38) zur Verbesserung der Dynamik des Drehzahlreglers aufaddiert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoffenergie-
Loadsignal (38) aus einem Anlagensignal berechnet wird, das bei auftretender
Lastschaltung erzeugt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils mehrere Kraftstoffe unterschiedlicher Sorte in einen Zylinder eingespritzt und in einem Verbrennungsvorgang verbrannt werden.
12. Drehzahl-Regelkreis (10) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche
1 bis 11, mit einem Drehzahlregler (12), der dazu ausgebildet ist, als Ausgangsgröße (36) eine Kraftstoffenergie zu erzeugen.
PCT/EP2014/003283 2013-12-13 2014-12-08 Verfahren zur drehzahlregelung einer brennkraftmaschine WO2015086141A1 (de)

Priority Applications (3)

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