DE2507055C2

DE2507055C2 - Verfahren (Optimierungsverfahren) und Vorrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2507055C2
Application number: DE2507055A
Authority: DE
Inventors: Velerio Dipl.-Ing. Dr. 7147 Hochdorf Bianchi; Reinhard Dipl.-Ing. Dr. 7143 Vaihingen Latsch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1975-02-19
Filing date: 1975-02-19
Publication date: 1984-11-22
Also published as: FR2333128A1; BR7600999A; US4064846A; FR2333128B1; GB1543379A; JPS5912860B2; JPS51106827A; SE7601847L; SE437062B; DE2507055A1

Description

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reich durch Regelung zu überführen, und zwar deshalb Durchführung des Verfahrens zur Regelung auf optima-

weil sonstige, nicht auf die vorgenommene Verstellung Ie Leistung,

oder Modulation zurückzuführende Schwankungen der F i g. 4 die im Blockdiagramm der F i g. 3 verwendete

jeweils gemessenen Maschinenfunktion (Drehzahl) zu- Steuerlogik,

riickgewiesen werden, diesen gegenüber also im hoch- 5 F i g. 5 ein Impulsdiagramm der aus der Steuerlogik

sten MaBe unempfindlich reagiert wird. gewonnenen Impulsfolgen,

Durch die Erfindung wird also sichergestellt, daß die Fig.6 die Auswerteschaltung des Blockdiagramms Regelung präzise nur auf eine Maschincnfunktionsün- der F i g. 3 in Detaildarstellung,

derung anspricht, die auch tatsächlich durch die Modu- F i g. 7 den der Auswerteschaltung nachgeschalteten

lation bewirkt worden ist und nicht auf sonstige Ände- tn Regler,

rungen oder Beeinflussungen der jeweiligen Betriebsbe- Fig. 8 eine weitere Diagrammdarstellung einer

dingungen, die natürlich ebenfalls stets auf dem Betrieb Drehmomentkurve über sich änderndem Zündwinkel

einer Brennkraftmaschine, insbesondere dann, wenn und

diese zum Antrieb eines Fahrzeugs eingesetzt ist, ein- Fig. 9 eine Schaltungsvariantc zur optimalen Einstelwirken. Eine solche Einwirkung ergibt sich schon dann. 15 lung des Zündwinkels einer Brennkraftmaschine, wenn eine Brennkraftmaschine gleichförmig beschleunigt wird, was notwendigerweise eine durch die bekan n- Beschreibung der Ausführungsbeispiele ten Systeme zu erfassende Beschleunigung darstellt, auf

die dann regelungstechnisch und insofern falsch reagiert Die Erfindung ermöglicht den Betrieb einer Brennwird. 20 kraftmaschine, beispielsweise eines Otto-Motors, auf-

Bei der Erfindung ergibt sich demgegenüber der Vor- grund einer Extremwert-Regelung bei leistungs-maxi-

teil, daß sozusagen selektiv immer nur die Maschinen- malen oder kraftstoffverbrauchs-minimalen Luftzahl-

funktionsänderung herausgegriffen wird, die tatsächlich werten oder leistungs-maximalem Zündwinkel. Übli-

auf das Optimierungsverfahren zurückzuführen ist. Vor- cherweise sind diese Größen deutlich abhängig von sol-

teilhaft ist bei vorliegender Erfindung ferner, daß die 25 chen Werten wie Luft- und Kraftstoffeigenschaften, der

Regelung spontan und unmittelbar reagiert und insbe- Drehzahl, dem Saugrohrdruck, dem Verdichtungsver-

sondere die Regelgeschwindigkeit bei hohen Drehzah- hältnis und dergleichen. Vorwiegend wird so geregelt,

len gleichfalls erhöht ist, denn die Modulationsfrequenz daß die Brennkraftmaschine grundsätzlich bei jeweils

für Maschinenvariablen ist zur Maschinendrehzahl gegebenen Betriebsbedingungen ihre maximale Lei-

zwangssynchronisiert 30 stung abgeben kann bzw. im Bereich minimalen Kraft-

Durch die zweimalige Differenzierung eines zur Kur- Stoffverbrauchs betrieben wird.

belwellenumdrehung proportionalen und bevorzugt in- Der Darstellung nach Fig. 1 läßt sich die Abhängigduktiv durch eine Marke an der Kurbelwelle abgeleite- keil der pro Zeiteinheit verbrauchten Kraftstoffmenge ten Signals gelingt es, ein Maß für die Änderung der /n* über der pro gleicher Zeiteinheit umgesetzten Luft-Beschleunigung zu gewinnen, der die Kurbelwelle un- 35 menge wl entnehmen. Den gleichfalls eingezeichneten terworfen ist und die ausschließlich auf die Modulation Kurvenverläufen konstanten Drehmoments M läßt sich einer Maschinenvariablen zurückzuführen ist. Dieses entnehmen, daß, legt man senkrechte und horizontale zweimal differenzierte Signal wird in seiner Phase mit Tangenten an diese Kurven konstanten Drehmoments, dem Modulationssignal verglichen und man erzielt dann sich Betriebspunkte jeweils maximalen Drehmoments auf relativ einfache Weise, da bei der weiteren Verarbei- 40 einmal bei konstanter angesaugter Luftmenge (A) und tung nur das Vorzeichen selbst von Bedeutung ist, zum anderen bei konstant gehaltener Kraftstoffmenge schließlich ein auf die Maschinenvariable einwirkendes (B) ermitteln lassen. Die horizontalen Tangenten erge-Regelsignal, bevorzugt durch Integration des Ausgangs- ben dabei Betriebspunkte (B) minimalen Kraftstoffversignals eines Phasenverglcichers. brauchs bei konstant gehaltener Kraftstoffmenge und

Da im wesentlichen mit digitalen Signalen gearbeitet 45 veränderlicher zugeführter Luftmenge, während die

wird und die Phasenverschiebung jeweils nur 0° oder senkrechten Tangenten im Schnittpunkt mit der jeweili-

180° betragen kana läßt sich der Phasenvergleich durch gen Drehmomentkurve zu Betriebspunkten (A) kon-

Multiplikation in einem Digitalmultipliziercr durchfüh- stanter angesaugter Luftmenge und sich verändernder

ren. Kraflstoffmenge führen.

Durch die in den Unteransprüchen ferner aufgeführ- 50 Um den Betrieb der Brennkraftmaschine auf die Beten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und tricbspunkte A (bzw. die Betriebspunkte B)einregeln zu Verbesserungen der Erfindung möglich. können, wird gemäß einem Merkmal vorliegender Erfindung so vorgegangen, daß jeweils während einer

Zeichnung Kurbelwellenumdrehung einer bestimmten Teilzylin-

55 deranzahl. bei einem Vlerzylinder-Motor etwa zwei Zy-

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der lindern und bei einem Sechszylinder-Motor etwa drei Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Zylindern, ein deutlich mageres Kraftstoffluftgemisch, Beschreibung näher erläutert. Es zeigt also eine im Verhältnis geringere Kraftstoffmenge (bzw.

F i g. 1 ein Diagramm der Abhängigkeit des pro Zeit- erhöhte Luftmenge) zugeführt wird als den übrigen; in einheit einer Brennkraftmaschine zugeführten Kraft- 60 der jeweils darauffolgenden Kurbelwellenumdrehung Stoffs über der pro Zeiteinheit zugeführten Luftmenge, wird dann diesen Arbeitszylindern ein hierzu fetteres wobei Kurvenscharen konstanten Drehmoments und Gemisch zugeführt Nach vorstehendem gilt die Darkonstanten Kraftluftverhältnisses (konstante Luftzahl X) stellung der F ig. 2 für beide Möglichkeiten, d.h. bei eingezeichnet sind. Regelung auf minimalen Kraftstoffverbrauch (Punkt B)

F i g. 2 den Verlauf einer Drehmomentkurve bei sich 65 gelten die in Klammern gesetzten Ausdrücke der

ändernder, pro Zeiteinheit zugeführter Kraftstoff- oder F i g. 2.

Luftmenge, Befindet sich bei einer solchen Drehzahl synchronen F i g. 3 das Biockdiagramm einer ersten Schaltung zur Modulation der zugeführten Kraflstoffmengc die

Brennkraftmaschine in einem nichtleistungsoptimalen Bereich, dann erhält man ein JM, wobei dieser Wert JM = 0 ist, wenn die Maschine leistungsoptimal betrieben wird, man hat dann auch einen leistungsoptimalen /{-Wert erreicht.

Die praktische Realisierung /ur Modulierung der zugeführten Kraftstoffmengen kann beispielsweise durch entsprechend unterschiedliche Einspritzmengen von jeweils zwei Ventilgruppen bei einer Benzineinspritzung erreicht werden, man kann jedoch auch unterschiedliche Ventilquerschnitte, verschiedene Magnetisierungsströme für elektrisch betriebene Ventile, unterschiedliche Kraftstoffdruckniveaus oder Ventilöffnungszeiten vorsehen, wobei sämtliche diese Veränderungen drchzahlsynchron durchgeführt werden.

Mißt man den sich bei einer Moduiierung ergebenden Drehmomentunterschied JM, so läßt sich dieser dann zur Bestimmung einer Veränderung des Modulationsmittelpunktes und Verschiebung desselben in den leistungsoptimalen Bereich verwenden.

Hierauf wird weiter unten in Verbindung mit der Darstellung der Fig.3 noch eingegangen, zunächst sei jedoch noch darauf hingewiesen, daß, wie auch der F i g. 2 entnommen werden kann, die aus der Drehmomentänderung gewonnenen Signale eine Phasenverschiebung von 180° aufweisende nach dem, ob man sich links oder rechts vom Drehmoment-Maximum M„_m befindet. Moduliert man beispielsweise zunächst mit einem Jm^ links vom Drehmoment-Maximum, dann erhält man, wie die zum Zwecke der Verdeutlichung in Fig.2 als sinusförmige Modulationsschwingungen gezeigten Kurvenverläufe darstellen, bei einer Anfettung oder einem Größerwerden der pro Zeiteinheit zugeführten Kraftstoffmenge einen Drehmomentanstieg, wie sich durch Spiegelung der Modulationskurven an der Drehmomentkurve ergibt, während man bei einer Modulation in Richtung fett rechts vom Maximum der Drehmomentskurve einen Drehmomentabfall bewirkt (Jnn')-

Es versteht sich, daß bei einem praktischen Ausführungsbeispiel die Modulation rechteckförmig oder doch im wesentlichen rechteckförmig erfolgt, wie weiter vorn schon erwähnt. Vergleicht man die Modulationssignalc mit den sich ergebenden Drehmomentveränderungen bzw. multipliziert man diese Modulationssignale, die bei der Darstellung der Fig.2 einer Änderung der Kraftstoffmengen in Richtung fettmager entsprechen, mit der sich daraus ergebenden Drehmomentänderung (Zunahme oder Abnahme), dann gewinnt man das Vorzeichen der Regelabweichung, d. h. man ist in der Lage festzustellen, ob man sich mit seiner Modulation links oder rechts vom Maximum der Drehmomentkurve in F i g. 2 befindet Die Häufigkeit der dabei anfallenden Vorzeichen dient dann dazu, den Betriebspunkt optimal einzuregeln.

In entsprechender Weise wird bei der Regelung kraftstoffverbrauchs-minimaler Betriebspunkte (Punkt B in Fig. I) vorgegangen, wobei hier jedoch eine Modulation der den jeweils ausgewählten Arbeitszylindern zugeführten Luftmengen anstelle unterschiedlicher Kraftstoffmengen erfolgt In diesem Falle ergeben sich λ-Werte, die bei einem JM - 0 einem minimalen spezifischen Kraftstoffverbrauch entsprechen.

In diesem Falle sind den Zylindern in aufeinanderfolgenden Kurbelwellenumdrehungen unterschiedliche Luftmengen zuzuführen, was beispielsweise durch Zusammenfassung entsprechender Saugrohre erzielt werden kann, so daß sich ein System mit mehreren, beispielsweise zwei Drosselklappen ergibt Diese können dann entweder unterschiedliche Durchmesser aufweisen und parallel bewegt werden oder über ein Gestänge so verbunden werden, daß die Durchsatzmengen die gewünschte Differenz aufweisen, wenn beispielsweise die Durchmesser gleich sind. Da die Brennkraftmaschine die von ihr benötigte Luftmenge ansaugt, erfolgt diese Ansaiigung ohnehin drehzahlsynchron. Eine weitere Möglichkeil besteht darin, daß sämtliche Zylinder der Brennkraftmaschine getrennte Saugrohrstutzen mit

ίο Drosselklappen aufweisen, wobei die unterschiedlichen Luftmengen ebenfalls durch verschiedene Drosselklappendurchmesser erzielt werden können.

Zur Durchführung einer solchen Regelung bedient man sich der Schaltung nach F i g. 3, wobei die Drehmomentschwankungen JM der Brennkraftmaschine dadurch erfaßt werden, daß ein induktiver Geber 1 vorgesehen ist, der durch den Vorbeilauf einer Marke 2 an der Kurbelwelle 3 beaufschlagt wird und seinen dadurch entstehenden Impuls einer Impulsformersiufe 4 zuführt, die beispielsweise einen Rechteck-Impuls an ihrem Ausgang erzeugt und diesen einer Steuerlogik 5 zuführt. Die Steuerlogik erzeugt aus der am Ausgang der Impulsformerstufc 4 eine Mehrzahl von Signalimpulsfolgen gleicher Frequenz, jedoch entsprechend verschobener Phase, die einer Auswerteschaltung 6 zugeführt werden, die aus der der Umlaufzeit der Kurbelwelle entsprechenden Signalimpulsfolge jeweils das Vorzeichen zweier aufeinanderfolgender Umlaufzeiten der Kurbelwelle ermittelt.

Im einzelnen wird hierzu wie folgt vorgegangen. Die primäre Signalimpulsfolge A, deren Frequenz der Kurbelwellendrehzahl proportional ist, wird der in Fig.4 im einzelnen dargestellten Steuerlogikschaltung 5 zugeführt, die aus zwei hintereinander geschalteten mono-

J5 stabilen Muliivibratoren 10 und 11 besteht.

Allgemein ausgedrückt ist es Aufgabe der Steuerlogikschaltung 5, eine Anzahl von in ihrer Phase derart zueinander versetzter, auf die primäre Impulsfolge A bezogene weitere Impulsfolge zu erzeugen und der Auswerteschaltung 6 in der Weise zuzuführen, daß diese in die Lage versetzt wird, verschiedene, aufeinander abgestimmte Schalt- und Arbeitsvorgänge durchzuführen, um neben einer zweifachen Differenzierung auch einen Vorzeichenvergleich der Änderungen zweier aufeinanderfolgender Umlaufzeiten der Kurbelwelle durchzuführen. Die Primär-lmpulsfolge A des Impulsformers 4 wird daher einem ersten monostabilen Multivibrator 10 zugeführt, der an seinem Ausgang eine um die Dauer der Impulsbreite der primären Impulsfolge A phasenverschobene Impulsfolge B erzeugt. Das gleiche geschieht mit der impulsfolge S, mit welcher der nachgeschaltete monostabile Multivibrator 11 angesteuert wird, der an seinem Ausgang die ebenfalls im Impulsdiagramm der F i g. 5 gezeigte Ausgangs-Impulsfolge ferzeugt Durch entsprechende Kombination der Impulsfolgen A, B und E werden dann noch zwei weitere Impulsfolgen C und D gewonnen, und zwar indem man jeweils die beiden Impulsfolgen A und B bzw. B und E Nor-Gattem 12 und 13 zuführt, die, wie leicht einzusehen ist, an ihrem Ausgang die entsprechenden Impulsfolgen erzeugen. Als Impulsfolge A dient die primäre Impulsfolge der Impulsformerschaltung 4 selbst

Im Grunde ist Art und Aufbau der von der Steuerlogik 5 gelieferten Impulsfolgen nicht von besonderer Bedeutung, wesentlich ist nur. daß diese phasenverschoben und so ausgebildet sein müssen, daß zwei Arbeits-Impulsfolgen und zwei Schah-Impulsfolgen (für den Betrieb der Auswerteschaltung 6) erzeugt werden müssen.

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wobei die Schalt-lmpulsfolgen, hier dargestellt durch die Impulsfolgen Cund D, zu den Arbeits-Impulsfolgen A und ßbzw. £im Gegentakt liegen müssen, wie weiter unten noch erläutert.

Die Auswerteschaltung der F i g. 6 hat folgenden Aufbau. An eine Sägezahnstufe 14 schließt sich ein erster Differenzierer 15 und ein zweiter Differcnzicrcr 16 an, dessen Ausgangssignal schließlich einer Vergleichsschaltung 17 zugeführt wird. Der Ausgang 18 der Auswerteschaltung gelangt dann auf den einen von drei Eingängen der nachgeschalteten Regelschaltung 8.

Die Sägezahnstufe 14 besteht im einfachsten Fall aus einen, über einen Widerstand 21 mit einer Versorgungsspannung verbundenen Kondensator 22, dem ein Schalter 23 parallel geschaltet ist. der beim dargestellten Ausführungsbeispiel als Malbleiter-Schaitcicmcnt, nämiich als Fehldefekt-Transistor ausgebildet ist. Da auch die weiteren in der Auswerteschaltung 5 verwendeten Schaltelemente als Feldeffekt-Transistoren ausgebildet sind, werden diese im folgenden ebenfalls als Feldeffekt-Transistoren bezeichnet, es versteht sich aber, daß im Grunde jeder beliebige geeignete Schalter Verwendung finden kann.

Der Feldeffekt-Transistor 23 wird angesteuert von der um die Breite eines Impulses gegenüber der primären Impulsfolge A phasenverschobenen Impulsfolge B-, bei Eintreffen jeweils eines Impulses wird der Feldeffekt-Transistor 23 leitend und bildet einen Entladcstrompfad für den Kondensator 22, der sich bei Sperrung des Feldeffekt-Transistors 23, also bei Abwesenheit eines Impulses der Impulsfolge B über den Widerstand 21 auf eine Spannung auflädt, deren Amplitude bestimmt ist durch den Abstand von jeweils zwei aufeinanderfolgenden Impulsen der Impulsfolge B. Man sieht, daß sich diese Spannungshöhe am Kondensator 22 daher proportional zur Umlaufzeit der Kurbelwelle der zu regelnden Brennkraftmaschine verhält. Kurz bevor dann der Feldeffekt-Transistor 23 durch ersten Differenzierer 15 nachgeschaltetcn Feldeffekt-Transislors 31 das einmal differenzierte und im Kondensator 26 gespeicherte Signal auf einen weiteren Differcnzicr-Kondensator 32 überleitet, der Teil des zweiten Differenzierers 16 ist, der im Aufbau identisch zum ersten Differenzierer 15 ausgebildet ist. Es wiederholt sich daher im zweiten Diffcrenzicrcr dann auch der mit Bezug auf den ersten schon ausführlich beschriebenen Vorgang, es ergibt sich wiederum ein Differenzstrom,

ίο der über einen dem Kondensator 32 nachgeschalteten Widerstand 33 in einem parallel zum Operationsverstärker 34 des zweiten Differenzierers geschalteten Kondensator 35 gespeichert wird, dem seinerseits ein fünfter Feldeffekt-Transistor 36 parallel geschaltet ist.

Dieser Feldeffekt-Transistor 36 wird von der D-Impuisfolgc angesteuert, die zum Zeitpunkt des Vorhandenseins eines ö-lmpulses und damit bei Obergabe und Differenzierung des Potentials am Kondensator 26 auf den Kondensator 35 durch Lcitcndschaltcn des Feldeffekl-Transislors31 negatives oder tiefliegendes Potential führt und den Feldeffekt-Transistor 36 sperrt. Sobald dann der /Mmpuls beendet ist, nimmt auch die C-Impulsfolge wieder positives Potential an (und zwar bis zum Eintreffen des nächsten /4-lmpulses, so daß der Feldeffekt-Transistor 29 bis zu diesem Zeitpunkt leitend bleibt und einen Strompfad parallel zum Kondensator 26 ausgebildet und diesen daher stets vollkommen entladen hält und auch gegen Störeinflüssc jeglicher Art schützt.

Die Schaltung der Fig.6 leistet daher folgendes. Je nach dem, ob jeweils bei Eintreffen eines ^-Impulses die Spannung am Kondensator 22 oder am Kondensator 25 überwiegt, was mit anderen Worten heißt, daß die soeben beendete Umlaufzeit mit der vorhergehenden

j5 Umlaufzeit der Kurbelwelle verglichen wird, ergibt sich ein Differenzstromfluß in der einen oder anderen Richtung, der in den Speicherkondensatoren 26 und 35 jeweils zur proportionalen Spannungen umgewandelt wird, die bei ihrer Übergabe an die nächste Stufe noch

das Eintreffen des nächsten ß-lmpulses wieder leitend

geschaltet wird, trifft, wie man dem Impulsdiagramm 40 einem Differenziervorgang unterworfen werden. Man der F i g. 5 entnehmen kann, am Feldeffekt-Transistor gewinnt daher einmal am Ausgang der Vergicichsschal-24 ein Impuls der Impulsfolge A ein, wodurch der die- tung 17 eine Aussage über das Vorzeichen der Änderunsem Feldeffekt-Transistor 24 nachgcschaltete Konden- gen zweier aufeinanderfolgender Umlaufzeiten der sator 25 des ersten Differenzierers 15 praktisch mit dem Kurbelwelle und zum anderen gelingt es aufgrund der einen Anschlußpunkt des Kondensators 22 verbunden 45 doppelten Differenzierung alle Störeinflüsse einschließwird. Dieser Kondensator weist jedoch, herrührend von lieh der gleichförmigen Beschleunigungen oder Verzögerungen (und nur diese treten beim Betrieb eines Kraftfahrzeuges praktisch auf) herauszufiltern, so daß die Auswertcschaltung 6 ausschließlich auf die die Mo-50 dulation zurückzuführende Bcschlcunigungsänderungcn der Kurbelwelle reagiert.

Das am Ausgang der Vergleichsschaltung 17 anstehende Plus- oder Minus-Signal, das digital auch als oder /, bezeichnet werden kann, wird dann, wie schon

die Spannungsdifferenz Ober den beiden Kondensato- 55 erwähnt, einem ersten Eingang 20 der Regelschaltung 8 ren 22 und 25, wobei das vom Kondensator 26 gebildete der F i g. 7 zugeführt; der Regler umfaßt eingangsmäßig

zunächst zwei Speicherschaltungen, die auch die Form bistabiler Multivibratoren haben können und auf deren tatsächlichen Aufbau nicht weiter eingegangen zu werden braucht. Die beiden Speicherschaltungen sind mit dem Bezugszeichen 38 und 39 gekennzeichnet und dienen im wesentlichen dazu, die am Eingang 20 der Regelschaltung anliegende und das Vorzeichen der jeweiligen Laufzeitänderung darstellende Spannung zum gleichen

des Kondensators 26 noch solange erhalten bleibt, bis b5 Zeitpunkt einem nachgeschaltetcn Multiplizierer 40 zuerneut ein ß-Impuls eintrifft, der, wie eingangs schon zuführen, wie dies mit der dem zweiten Eingang 21 der erläutert, den Kondensator 22 der Sägezahnstufe ent- Regelschaltung zugeführten Modulationsspannung gelädt und gleichzeitig durch Lcitendschaltcn eines dem schicht, die als Digital-Signal auf den Eingang der Spei-

dem vorhergehenden Zyklus eine vorgegebene Spannung auf, so daß sich ein auf die Modulation und damit auf die erzeugte systematische Laufunruhe zurückzuführender Differenzstrom ergibt, der über den Kondensator 26 fließt, der dem Operationsverstärker 27 des ersten Differenzieren! 15 parallel geschaltet ist. Anders ausgedrückt differenziert die Reihenschaltung des Kondensators 25 und des nachgeschalteten Widerstandes

Integral über den fließenden Strom dem differenzierten Spannungsimpuls proportional ist. Die Verstärkung der jeweils verwendeten Operationsverstärker wird als ausreichend groß angenommen.

Wie man dem Impulsdiagramm der Fig.5 entnehmen kann, ist ein parallel zum Kondensator 26 liegender Feldeffekt-Transistor 29 während der Zeit des Auftretens der A- und B-Impulse gesperrt, so daß die Ladung

cherschaltung 39 gelangt und deren Pegel die zeitliche Abfolge der »mageren« bzw. »fetten« Arbeits-Zylinder kennzeichnet. Bei der am Eingang 21 zugeführten Spannung handelt es sich daher um eine altanicrendc Signalfolge mit der Periodendauer 2 · T, d. h. mit einer Fre- ■> quenz von der halben Drehzahl und kann auf verschiedene Weise gewonnen werden, beispielsweise aus der Zündspannung oder aus einer systemeigenen Spannung, wenn beispielsweise ohnehin eine elektronisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzung vorliegt. In F i g. 3 ist dies allgemein mit dem Bezugszeichen 4t gekennzeichnet.

Die gleichzeitige Zuführung der an diesen beiden Eingängen 20 und 21 anliegenden Signalspannungen erfolgt durch Zuführung der Impulsfolge E an die beiden Setzeingänge der Speicher 38 und 39, diese Impulsfolge E liegt ohnehin als Ausgang des zweiten rnonostabiien Multivibrators 11 der Steuerschaltung 5 vor.

Wie man sieht, wird dadurch das Signal des Kondensators 35 über die Vergleichsschaltung 17 auf den Speicher 38 übernommen, bevor der Feldeffekt-Transistor 36 von der D-Impulsfolge wieder hohes Potential zum Leitendwerden zugeführt bekommt.

Der Digital-Multiplizierer 40, der beim dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem exklusiven ODER-Gatter besteht, liefert am Ausgang des Multiplizierers 40 »Null«, wenn beide Eingänge gleich sind und »Eins«, wenn diese unterschiedlich sind, im vorliegenden Fall bedeutet eine »Null« einen Betriebspunkt links (rechts) vom Leistungsoptimum und »Eins« einen Betriebspunkt rechts (links) vom Leistungsoptimum. Dieses Signal jo wird in einem nachgcschaltetcn Integrator 41 dann noch integriert, so daß der Integrator den Befehl »Anfetten« oder je nachdem »Abmagern« entsprechend der Häufigkeit der auftretenden Signale liefert. Die Ausgangsspannung des Integrators 41 wird nur dann im wcsentlichen »Null« sein, sofern, wenn man zur Darstellung der Fig.2 zurückkehrt, die Modulation mit einem Δπμ. durchgeführt wird, welches um gleiche Beträge rechts und links vom Leistungs-Maximum liegt, so daß ΔΜ = 0 ist. Das Ausgangssignal des Integrators 41 kann in entsprechender Weise in die Multiplizierstufe einer elektronischen Benzineinspritzung eingreifen, es kann aber auch in anderer üblicher Weise einem Stellglied zur Durchführung der weiter vorn schon erwähnten Befehle zugeführt werden.

Durch entsprechende elektronische Manipulationen an c'er Schaltung ist es möglich, auch andere als die leistungs- oder verbrauchsoptimalen Betriebspunkte zu regeln, beispielsweise wenn Abgasforderungen erfüllt werden müssen. Es sind auch Kombinationen von Regelverfahren für die alternative Regelung der Betriebspunkte A und S entsprechend F i g. i denkbar.

Eine Variante entsprechend den weiter vorn schon erläuterten Kriterien zur leistungsoptimalen Regelung weise 4 — 8" KW betragen kann; mit Hilfe der weiter vorn schon im grundsätzlichen erläuterten Extremwertregelung erzielt man dann einen leistungsmaximalen und gleichzeitig kraftstoffverbrauchsminimalen Zündwinkel. Man berücksichtig! mil einem solchen Regelverfahren die Abhängigkeit des optimalen Zündwinkels von Drehzahl, Saugrohrdruck, Motortemperatur und weiteren niolortechnischen Gegebenheiten. Unterschiedlich zur weiter vorn besprochenen Regelung zum leistungsoptimalen Betrieb durch Verändern der zugeführten Luft- oder Kraftstoffmenge ist bei der Zündwinkeloptimierung lediglich, daß die Modulationsfrequenz f_m der allgemeinen Funktion

4/*

folgt, die im übrigen in dieser allgemeinen Form auch mit der Zahl 2 anstelle von 4 im Nenner für das weiter vorn angegebene Regelverfahren Gültigkeit besitzt. Diese Fassung der Modulationsfrequenz, bei der π eine ganze Zahl ist, kann, besonders bei Unsymmetrie!!, die beim Betrieb einer Brennkraftmaschine auftreten, beispielsweise ungleichmäßige Füllung einzelner Motorzylinder, angewendet werden, um diese zu unterdrücken.

Da bei einem Vierzylindermotor sämtliche Zündkerzen erst nach Vollendung von zwei Kurbelwellenumdrehungen gezündet haben, wird zur Gewinnung der Modulationsfrequenz die Drehzahlfrequenz (fonhi. ■= n/60), wenn man von η — 1 ausgeht, um den Faktor 4 herabgesetzt, so daß man zu einer Modulationsfrequenz von f„, = n/240 gelangt. Es versteht sich, daß hier jede beliebige Anpassung möglich ist.

Die Darstellung der Fig.9 stellt die Steuerlogik für den Fall der Zündwinkeloptimierung dar, man erkennt sofort, daß wesentliche Teile der Schaltung der Fig. 3 bzw. der nachfolgenden F i g. 4 bis 7 ebenfalls vorhanden sind, sie sind auch mit dem gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Unterschiedlich ist lediglich, daß zur Herabsetzung auf die hier im speziellen Fall benötigte Modulationsfrequenz zwei zusätzliche bistabile Kippstufen 45 und 46 vorgesehen sind und das Ausgangssignal des Integrators 41 der Regelschaltung 8 sowohl den Modulations- als auch den Korrekturanteil enthält und direkt in eine elektronische Zündverstelleinrichtung eingreift, also die gesamte Information für den Zündwinkel liefert.

Das System der F i g. 9 ist in sich geschlossen, denn über die zweite Untersetzerstufe des bistabilen Multivibrators oder der bistabilen Kippstufe 46 wird über die Verbindungsleitung 47 und den Widerstand 48 dem einen Eingang des als Integrator geschalteten Operationsverstärkers am Ausgang der Regelschaltung das Modulationssignal zugeführt, das Korrektursignal wird

durch Verstellung des Zündwinkels ist schließlich noch 55 dem Intergrator durch den in F i g. 9 unten dargestellten i d i f f d Fki d

in den F i g. 8 und 9 dargestellt

Die F i g. 8 zeigt ein zur Darstellung der F i g. 2 analoges Diagramm einer Drehmomentkurve bei konstanter Drehzahl in Abhängigkeit von einer Änderung des Zündwinkels acz. Aufgrund der vorherigen Ausführungen ist die Darstellung der F i g. 8 ohne weiteres verständlich; regelt man in einem Zündwinkelbereich mit einem Zündwinkel-Modulationshub von Δα'χ, ergibt sich ein entsprechendes ΔM; moduliert man Δ ecz, dann ist Ma — Mb und der Zündwinkel a? ist leistungsoptimal.

Auch hier liegt also eine systematische Modulation des Zündwinkels um einen Wert A xz vor, der beispiels-Schaltungsteil zugeführt, auf deren Funktion und Aufbau im einzelnen nicht eingegangen zu werden braucht, da dieser im wesentlichen identisch mit dem weiter vorn schon beschriebenen ist.

Geringfügig unterschiedlich ist lediglich, daß die die Auswerteschaltung steuernden Impulsfolgen zwar ebenfalls durch die Reihenschaltung zweier monostabiler Multivibratoren 10 und 11 aus der einen Ausgangsimpulsfolge der ersten zusätzlichen bistabilen Kippstufe 45 gewonnen werden, hier jedoch in etwas anderer Kombination, wobei lediglich wesentlich ist, daß die Ansteuerung der den Inhalt der Kondensatoren 26 und jeweils löschenden Feldeffekt-Transistoren M»nH ic:~.

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Gegentakt zu den das Signal weiterleitenden Feldeffekt-Transistoren 24 und 3! geschieht Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig.9 wird auch noch der komplementäre Ausgang des letzten monostabilen Multivibrators 11 ausgenutzt, daher kann hier auf eines der Nor- s Gatter der Steuerschaltung der Fig.4 verzichtet werden und man kommt mit einem einzigen Nor-Gatter 50 aus.

Eine Modulation des Zündwinkels kann andererseits aber auch erfolgen durch eine gewoüte Unsymmetrie des Nockens des Zfindverteilers, durch einen Eingriff auf die Grundeinstellung des Zündverteilers, beispielsweise durch ein Schrittschaltwerk, durch einen Linearmagneten bei mechanischem Zündverteiler oder durch Einwirkung auf ein elektrisch arbeitendes Verstellsy- is stem.

Ergänzend sei im ganzen noch darauf hingewiesen, daß im Falle das π > 1 ist, gegebenenfalls ein besonderer Eingriff für die Modulation erforderlich ist Bei der Möglichkeit der elektrischen Realisierung eines solchen Eingriffs, beispielsweise bei elektrischer Zündverstellung oder bei elektrischer Kraftstoffeinspritzung zur Kraftstoffmengenveränderung ist dies einfacher als bei notwendig werdenden mechanischen Eingriffen, beispielsweise wenn die zugeführte Luftmenge verändert werden soll, was man jedoch gegebenenfalls mit Hilfe eines Magnetventils parallel zur Drosselklappe erzielen könnte.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Regelung einer Brennkraftmaschine auf unter den jeweils gegebenen Betriebsbe- dingungen maximale Leistung bzw. minimalen Kraftstoffverbrauch und/oder optimalen Zündwinkel (Optimierungsverfahren) durch oszillierendes Verändern von Maschinenvariablen (zugeführte Kraftstoffmenge, Zündwinkel, zugeführte Luftmenge ο. dgl.) und Abtastung der sich dadurch ergebenden, relativen Veränderung von Maschinenfunklionen, beispielsweise der Kurbelwellenumdrehungsgeschwindigkeit, und entsprechendes Nachführen des Schwingungsmittelpunktes der Maschinenvari- is ablen in Abhängigkeit zu einem durchgeführten Vergleich, dadurch gekennzeichnet, daß die oszillierende Veränderung der jeweiligen Maschinenvariablen mit zur Maschinendrehzahl synchronen Modulationsfrequenz

erfolgt und zur optimalen Einstellung der Maschinenvariablen die Kurbelwellenbeschleunigungsänderung ausgewertet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschinenfunktion induktiv an der Kurbelwelle abgetastet und zur Eliminicrung von jo Störeinflüssen zweimal differenziert und das hierdurch gewonnene Signal einem Phasenvergleich mit dem Modulationssignal zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sich aufgrund der vorgenom- menen Modulation ändernde Umlaufzeit der Kurbelwelle durch eine Marke an dieser induktiv erfaßt und das so gewonnene Impulssignal im Takt der Drehzahlfrequenz unter Differenzwirkung in einer Kondensatoren enthaltenden Schaltungskcttc weitergeschoben und dabei jeweils mit dem aus der vorhergehenden Kurbelwellenumdrehung gewonnenen Signalinhalt verglichen wird.

4. Vorrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine auf unter den jeweils gegebenen Betriebsbe- dingungen maximale Leistung bzw. minimalen Kraftstoffverbrauch und/oder optimalen Zündwinkel durch oszillierendes Verändern von Maschinenvariablen (zugeführte Kraftstoffmenge, Zündwinkel, zugeführte Luftmenge u.dgl.) und Abtastung der sich dadurch ergebenden, relativen Veränderung von Maschinenfunktionen, beispielsweise der Kurbelwellenumdrehungsgeschwindigkeit, und entsprechendes Nachführen des Schwingungsmittelpunktes der Maschinenvariablen in Abhängigkeit zu einem durchgeführten Vergleich, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerschaltung (5) vorgesehen ist, die ein drehzahlsynchrones, vorzugsweise durch Abtastung der Kurbelwellenumlaufzeit gewonnenes Signal in eine Anzahl von zueinander phasenverschobener Signalfolgen (A, B, C, D, E) aufteilt und einer Auswerteschaltung (6) zuführt, der eine Regelschaltung(8) nachgeschaltet ist, die außerdem das Modulationssignal zugeführt erhält. t>^r>

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abtastung einer Marke (2) der Kurbelwelle (3) ein induktiver Geber (!) vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal über eine Impulsformerstufe (4) dem Eingang der Steuerschaltung (5) zugeführt ist

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (5) aus mindestens zwei hintereinandergeschalteten monostabilen MuI-tivibratoren (10, U) besteht, deren jeweilige, gegebenenfalls an komplementären Ausgängen gewonnene Impulsfolgen (A, B, C, D₁ E) zur Ansteuerung der nachgeschalteten Auswerteschaltung (6) dienen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei der von der Steuerschaltung (5) gelieferten Impulsfolgen (Q D) zu den anderen Impulsfolgen komplementär verlaufen bzw. im Gegentakt arbeiten.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei im Gegentakt schaltenden Impulsfolgen (Q D) Speicherkondensatoren (26.35) der Auswerteschaltung (6) parallel geschalteten Schaltern (Feldeffekt-Transistoren 29,36) zugeführt sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der mindestens zwei im Gegentakt schahenden Impulsfolgen (Q D) jeweils Eingang und Ausgang je eines der monostabilen Kippstufen (10,11) der Steuerschaltung (S) ein NOR-Gatter (12, 13) beaufschlagen, an dessen negierten Ausgang die Impulsfolgen (C. D) gebildet sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines Ausgangswertes, dessen Vorzeichen jeweils der Änderung zweier aufeinanderfolgender Umlaufzeiten der Kurbelwelle (3) entspricht, die Auswerteschaltung aus einer Sägezahnstufe (14) besteht, in welcher ein Kondensator (22) proportional zur Umlaufzeit aufgeladen wird und der zwei Differenzierstufen (15, 16) nachgeschaltct sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (22) der Sägezahnstufc (14) über einen Widerstand an einer Ladespannungsquelle liegt und parallel zu ihm ein von einer der Impulsfolgen (B) der Steuerschaltung (5) in den Abständen der Umlaufzeiten der Kurbelwelle leitend gesteuertes Halbleiterschaltelement, bevorzugt Feldeffekt-Transistor (23) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder U, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (22) der Sägczahnstufe (14) über ein weiteres, von einer zur ersten Impulsfolge (B)zeitlich verschobenen Impulsfolge ^gesteuertes Halbleiterschaltelement (Feldeffekt-Transistor 24) an die differenzierende Reihenschaltung eines weiteren Kondensators (25) und eines Widerstandes (28) schaltbar ist, der eine löschbare Speicherschaltung nachgeschaltet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die löschbare Speicherschaltung aus einem Kondensator (26) parallel zu einem von einer dritten Impulsfolge (C)gesteuerten Halbleiterschaltelement (Feldeffekt-Transistor 29) besteht, wobei zum Kondensator (26) ein Operationsverstärker (27) parallel geschaltet ist, derart, daß ein sich durch die Verbindung der beiden Kondensatoren (22 und 25) ergebender Differenzsirom als Spannung im .Speicherkondensator (26) abbildbar ist.

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der ersten Differenzierstufe (15) eine zweite identi-

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sehe Differenzierstufe zur Eliminierung auch von auf lung einer Brennkraftmaschine ist gemeinsam, daß eine gleichförmige Beschleunigungen zurückgehende Maschinenvariable, die beispielsweise der Zündzeit-Laufzeitunterschiede nachgeschaltet ist, deren Spei- punkt, der Einspritzzeitpunkt, das Kraftstoffluftverhältcherkondensator (35) von einer vierten Impulsfolge nis, die Kompressionshöhe oder dergleichen sein kann, (D) zur Löschung über einen Feldeffekt-Transistor s durch eine oszillierende Verstellvorrichtung ständig hin (35) ansteuerbar ist und deren Arbeitsfeldeffekt- und her verstellt wird und die sich hieraus ergebende, Transistor (31) zur Weiterleitung des Signals eine positive oder negative Drehzahländerung der Arbeitsder ersten Impulsfolge (B) identische Impulsfcige welle der Brennkraftmaschine jeweüs zur Verstellung zugeführt ist. des Schwingungsmittelpunktes der oszillierenden Ver-

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis io Stellvorrichtung der Maschinenvariablen benutzt wird. 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Hierbei ist wesentlich, daß die bekannten Verfahren und Auswerteschaltung (6) von einer Vergleichsschal- Vorrichtungen zur optimierenden Selbstregelung aus tung (Operationsverstärker 17) gebildet ist, deren der Drehzahländerung der Arbeitswelle in positiver Ausgang lediglich noch ein der Richtung der Lauf- oder negativer Richtung, mit anderen Worten aufgrund zeitänderung proportionales Vorzeichensignal (O 15 von Reschleunigungswerten der Arbeitswelle das Ausoder L) liefert maß der Verstellung des Schwingungsmittelpunktes so-

16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der wie die Richtung dieser Verstellung ermitteln. Gerade Ansprüche 4 bis 15. dadurch gekennzeichnet, daß bei Brennkraftmaschinen aber, die insbesondere zum zur Durchführung eines Phasenvergleich das Aus- Antrieb von Kraftfahrzeugen u. dgl. dienen, lassen sich gangssigna) der Auswerteschaltung (6) und ein der 20 der Maschinenvariablen jeweils aufgezwungene Modu-Modulation proportionales Signal einer Multipli- lationen aus den gemessenen positiven oder negativen zierschaitung (40) zugeführt sind, der zur Integrie- Beschleunigungen nur sehr schlecht herausfiltern bzw. rung der auftretenden Vorzeichen-Häufigkeit ein In- zu diesen in eine Beziehung setzen, denn eine Brenntegrator (41) nachgeschaltet ist, dessen Ausgang auf kraftmaschine ist in ihrem Betrieb nahezu ständig Beein Stellglied zur Bewirkung eines leistungsoptima- 25 schleunigungon oder, in negativer Richtung wirkend, len Betriebs einwirkt. Verzögerungen unterworfen, so daß es durchaus un-

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch ge- möglich ist, lediglich aus der gemessenen Beschleunikennzeichnet, daß der als exklusives Oder-Gatter gung auf die Richtigkeit der jeweils durchgeführten (40) ausgebildeten Multiplizierschaltung zur gleich- Verstellung oder Modulation zu schließen. So kann beizeitigen Beaufschlagung eine aus zwei bistabilen 30 spielsweisc bei einer Brennkraftmaschine durch Brem-Kippstufen (38,39) gebildete Speicherschaltung zu- sen, Gasgeben, Bergabfahren u. dgl. eine bestimmte geordnet ist, wobei das Ausgangssignal der Auswer- Drehzahländerung der Arbeitswelle, also eine Beschleuteschaltung der einen Speicherstufe (38) und das nigung bewirkt werden, die überhaupt nicht auf die os-Modulationssignal der anderen Speicherstufe (39) zillierende Verstellung der Maschinenvariablen zurückzugeführt ist und die Setzeingänge beider Speicher- 35 zuführen ist, die aber notwendigerweise, da sie nämlich stufen von einer der von der Steuerschaltung er- gleichzeitig auftritt, in dieser Richtung ausgewertet zeugten Impulsfolgen f£Jbeaufschlagt sind. werden würde und, dann zufällig eine entsprechende

18. Vorrichtung nach einem oder mehreren der weitere Verstellung bewirkt. Wegen der Zufälligkeit Ansprüche 5 bis 17 zur Zündwinkeloptimierung, da- kann hierdurch aber sogar eine Verstellung bis zu einer durch gekennzeichnet, daß der Impulsformerstufe 40 unwirtschaftlichen Extremwertlage erfolgen, bevor das (4) zur Teilung der Drehzahlfrequenz zwei weitere System überhaupt merkt, daß hier Werte miteinander in bistabile Kippstufen (45,46) nachgeschaltet sind, wo- Beziehung gesetzt worden sind, die in keinem ursächlibei das Ausgangssignal der ersten weiteren bistabi- chen Zusammenhang miteinander stehen.

len Kippstufe (45) der Steuerschaltung (5) zugeführt Nachteilig ist bei dem bekannten Verfahren ferner,

ist. 45 daß der die Maschinenvariable ständig und relativ lang-

19. Vorrichtung nach Anspruch 16 und 18, dadurch sam innerhalb enger Grenzen verändernde Mechanisgekennzeichnet, daß dem der Multiplizierschaltung mus diese Veränderung nicht mit einer zur Maschinen-(40) nachgeschaiteten Integrator (41) das Ausgangs- drehzahl synchronen Modulationsfrequenz durchführt, signal der zweiten weiteren bistabilen Kippstufe (46) so daß eine Bezugnahme der bewirkenden Ursache auf an dessen einem Eingang zugeführt ist, derart, daß 50 die sich ergebende Folge sowie eine entsprechende der Ausgang der Integratorstufe (41) sowohl den schnelle Regelung nicht möglich sind. Modulations- als auch den Korrekturanteil unmittel- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der bar enthält. Regelung einer Brennkraftmaschine in ihrem optimalen

Arbeitsbereich sicherzustellen, daß lediglich solche Ein-55 flüsse auf die jeweils erfaßte Maschinenfunktion, also

beispielsweise Beeinflussung der Kurbelwellendrehzahl,

zur Regelung ausgewertet werden, die tatsächlich zu-

Stand der Technik rückzuführen sind auf die oszillierende Veränderung

der jeweiligen Maschinen variablen.

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der ω

Gattung des Hauptanspruchs bzw. einer Vorrichtung Vorteile der Erfindung des ersten Vorrichtungsanspruchs. Optimierungsverfahren, die beispielsweise zur Selbstregelung von Brenn- Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungskrafimaschinen auf die unter den zeitweiligen Betriebs- gemäße Vorrichtung lösen diese Aufgabe mit den kennbedingungen höchste Leistung eingesetzt werden, und b^r> zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs bzw. des entsprechende Regelvorrichtungen sind bekannt (DE- ersten Vorrichiungsanspruchs und haben demgegen-AS 11 25 230, US-PS 28 42 108 und US-PS 31 42 967). über den Vorteil, daß es gelingt, die jeweilige Maschi-Den bekannten Optimierungsverfahren für die Rege- nenvariable tatsächlich in ihren nntimnipn ArkeWck».