DE2715408A1

DE2715408A1 - Regeleinrichtung fuer waehlbare drehzahlen bei brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2715408A1
Application number: DE19772715408
Authority: DE
Inventors: Helmut Domann; Johannes Ing Grad Locher
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1977-04-06
Filing date: 1977-04-06
Publication date: 1978-10-19
Also published as: US4219000A; FR2386688A1; DE2715408C2; GB1593450A; FR2386688B1

Description

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31.3.1977 Mü/Kö

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1

Regeleinrichtung für wählbare Drehzahlen bei Brennkraftmaschinen

Zusammenfassung

Es wird eine Regeleinrichtung für Brennkraftmaschinen vorgeschlagen, die dem Konstanthalten wählbarer Drehzahlen dient. Die Regeleinrichtung umfaßt eine Ist-Sollwert-Vergleichsstufe für die Drehzahl, weist wenigstens ein Integrator-Verhalten auf, sowie einen Speicher für den Integratorwert. In einem wählbaren Drehzahlbereich soll die Drehzahleinrichtung funktionsgemäß arbeiten. Außerhalb des Drehzahlbereichs, insbesondere bei höheren Drehzahlen soll der Integratorwert abgespeichert werden, um beim Wiedereintritt der Drehzahl in den bestimmten Drehzahlbereich als Ausgangspunkt des neuerlichen Regelvorganges zu dienen. Auf diese Weise wird neben einer exakten Regelung innerhalb des Bereichs eine schnelle Regelung bei jedem Wiedereintritt in den Regelbereich sichergestellt.

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Stand der Technik

Die heute gebräuchlichen Leerlaufregler, insbesondere bei Dieselmotoren, regeln die Leerlaufdrehzahl mit einem Proportionalregler, d.h. bei zu großer Drehzahl wird weniger Kraftstoff eingespritzt, was eine Drehmoment-Verringerung bewirkt, und bei zu kleiner Drehzahl wird mehr Kraftstoff eingespritzt zur Drehmomenterhöhung. Infolge unterschiedlicher Reibmomente bei kaltem und warmem Motor, sowie unterschiedlicher Momentabgabe im Leerlauf beim Antrieb von Nebenaggregaten (z.B. Klimaanlage) ändert sich die Leerlaufdrehzahl, da eine Drehmomentsänderung auch immer eine Drehzahländerung zur Folge hat. Es sind nun Vorsteuerungen in Verbindung mit Regelungen bekannt, die z.B. abhängig von der Motortemperatur eine Verstärkung über der Drehzahl verändern, was jedoch keine konstante Leerlaufdrehzahl zur Folge hat, zumal Proportionalregler immer gewisse Regelabweichungen aufweisen. Aus der Regerlungstechnik ist nun bekannt, diese Regelabweichungen dadurch zu beseitigen, indem man dem Regler ein Integral-Proportional-Verhalten gibt. Bei geschlossenem Regelkreis stellt der Integralteil des Reglers die Stellgröße so lange nach, bis die Ist-Drehzahl gleich der Soll-Drehzahl, d.h. die Regelabweichung zu Null gemacht ist.

Diese Lösung als solche ist beim Leerlaufregler jedoch nicht anwendbar, da während des Fahrbetriebes die momentane Drehzahl höher liegt als die Soll-Leerlaufdrehzahl des Leerlaufregelkreises. Der Integralregler hätte zur Folge, daß die beim Fahrbetrieb gewünschten Abweichungen von der Leerlaufdrehzahl laufend aufsummiert werden würden, was beim erneuten Eintritt in den Leerlaufregelbereich ein momentanes Einregeln auf eine zu niedrige Leerlaufdrehzahl bewirken würde. Ein Stehenbleiben der Brennkraftmaschine könnte die Folge sein.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung mit den kennzeichnenden

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Merkmalen des Hauptanspruchs hat dagegen den Vorteil, daß für die Leerlaufregelung die Vorteile eines Integralreglers ausgenützt werden können, er jedoch während des Fahrbetriebs nicht stört.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Regeleinrichtung möglich. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der Integratorwert außerhalb der gewählten Drehzahlbereiche abgespeichert wird und bei Wiedereintritt der Drehzahlen in den gewählten Bereich dieser abgespeicherte Integratorwert zum Ausgangspunkt der neuerlichen Drehzahlregelung gemacht wird. Dieser neue Ausgangspunkt der Drehzahlregelung bewirkt dann ein schnelleres Einregeln auf die gewünschte Drehzahl.

Während das Vorzeichen der Soll-Ist-Abweichung der Drehzahlen die Integrationsrichtung bestimmt, kann der Integrationsvorgang als solcher abhängig von der Fahrpedalstellung und/oder einer Drehzahlschwelle gewählt werden.

Realisiert werden kann die Regeleinrichtung auf die vielfältigste Art und Weise. Besonders vorteilhaft ist, wenn als Integrator ein Impuls-Vor-Rückwärtszähler Verwendung findet, da er gleichzeitig als Speicher für den Integratorwert dienen kann. Daneben sind jedoch auch analoge elektrische 3p<;;ichermittel, wie z.B. ein Kondensator als Integrator möglich, nur muß dann auf die Speicherung ein besonderes Augenmerk gelegt werden. Schließlich sind auch hydraulische oder pneumatische Integratoren möglich, sowie elektromechanische z.B. mit Hilfe von Stellmotoren.

Das Regelverhalten der Regeleinrichtung kann ebenfalls unterschiedlicher Natur sein. So ist im Grunde genommen ein reiner Integralregler denkbar oder aber ein Proportional-Intogral-

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Regler, der den Vorteil einer weicheren Regelung aufweist. darüber hinaus können jedoch auch P-I-D-Regler Verwendung finden.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein grobes Übersichts-Blockschaltbild für die Regelung einer selbstzündenden Brennkraftmaschine, und Figur ein ausführlicheres Blockschaltbild einer Regelungseinrichtung.

Beschreibung der Erfindung

In Figur 1 ist mit 10 eine Brennkraftmaschine dargestellt, mit 11 ein allgemeiner Drehzahlregler, der unter anderem über einen Eingang 12 ein Signal von einem Fahrpedal 13 erhält. Ein Ausgang I¹J des Drehzahlreglers 11 ist mit einer Einspritzpumpe verbunden, die wiederum der Brennkraftmaschine 10 den Kraftstoff zuführt.

Wesentlichste Teile von Figur 2 sind eine Drehzahl-Soll-Istwert-Vergleichsstufe 20, ein Integrator 21, sowie ein Spannungs-Weg-Umsetzer ί|0, der ausgangsseitig mit einer Regelstange *tl der Einspritzpumpe 15 gekuppelt ist. Im einzelnen ergibt sich folgender Schaltungsaufbau. Der Drehzahl-Ist-Sollwert-Vergleichsstufe 20 werden über ihre beiden Eingänge 23 und 24 Ist- und Sollwert der Drehzahl zugeführt. Ausgangsseitig (25) steht die Drehzahl-Ist-Sollwert-Vergleichsstufe mit einem Integrationsrichtungseingang 26 des Integrators 21 in Verbindung, der einen weiteren Eingang 27 für eine Zählfrequenz fz aufweist, sowie einen Start-Stop-Eingang 28. An diesen Start-Stop-Eingang 28 des Integrators 21 kann nun einmal ein Signal

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abhängig von der Fahrpedalstellung durch einen Schalter 29 angelegt werden, oder aber ein Signal einer Vergleichsstufe der Istdrehzahl mit einer vorwählbaren Drehzahl no. Die Wahlmöglichkeit wird durch einen Wechselschalter 30 dargestellt. Dem Integrator 21 selbst ist ein Zahlen-Spannungs-Wandler 32 nachgeschaltet, dessen Ausgang 33 hier zu einem Schalter 34 führt. In der gezeichneten Schaltstellung ist der Ausgang 33 des Zahlen-Spannungs-Wandlers 32 direkt mit dem Spannungs-Weg-Umsetzer 40 gekuppelt, wodurch die Regeleinrichtung ein reines Integral-Verhalten aufweist.

Befindet sich der Schalter 34 in der gestrichelt gezeichneten Stellung, so weist die Regeleinrichtung ein P-I-Verhalten auf, da dann zusätzlich zum Integrator ein Proportionalregler 36 mit einem Verstärker 37 in die Regeleinrichtung einbezogen ist.

Die Regeleinrichtung arbeitet nun wie folgt: Der Schalter 29 soll z.B. im Leerlauf geschlossen sein. In der gezeichneten Schalterstellung des Schalters 30 liegt dann am Start-Stop-Eingang 28 des Integrators 21 ein Null-Signal an, was den Integrator 21 in Betrieb setzten soll. Je nach Vorzeichen der Drehzahl-Ist-Soll-Abweichung erscheint am Integrations-Richtungseingang 26 des Integrators 21 ein positives oder negatives Signal, wodurch der Integrator 21 mit einer von der Zählfrequenz fz abhängigen Zählfrequenz aufwärts- oder abwärts zählt bzw. integriert. Entsprechend ändert sich der Spannungswert am Ausgang 33 des Zahlen-Spannungs-Wandlers 32 und damit auch die Stellung der Regelstange 41 über den Spannungs-Weg-Umsetzer 40.

Bei Änderung der Pedalstellung öffnet der Schalter 29 und stoppt dadurch den Integrationsvorgang im Integrator 21. Sein Zahlenwert soll jedoch gespeichert bleiben. Dadurch bleibt die Position eines Regelgliedes am Ausgang des Spannungs-Weg-Umsetzers 40 erhalten, die Regelstange 4l selbst kann nun über eine Wirk-

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verbindung 38 mit dem Fahrpedal 13 beliebig verstellt werden.

Die andere mittels des Schalters 30 mögliche Steuerungsart ermöglicht eine Start-Stop-Steuerung des Integrators 21 abhängig von der Ist-Drehzahl im Vergleich zu einer frei wählbaren Drehzahl no. Die Wirkungsweise der Regeleinrichtung ändert sich dadurch nicht. Möglich ist auch eine Kombination von Drehzahlschwelle und Fahrpedalstellung bei der Bildung eines Start-Stop-Signals für den Integrator.

Liegen die Schalter J>k und 35 in der gestrichelt gezeichneten Stellung, so kommt zum Integralverhalten der Regeleinrichtung ein Proportionalanteil über den Proportionalregler 36 hinzu. Auf das Integrationsverhalten des Integrators 21 und auf die Integrator-Wert-Speicherung hat diese Änderung des Regelverhaltens keinen Einfluß.

Neben die gezeichneten Bauteilgruppen kann nun noch zur Realisierung eines P-I-D-Reglers eine weitere Bausteingruppe treten zur Bildung des D-Anteils.

Die vorstehend beschriebene Figur 2 arbeitet rein elektrisch. Zur Bildung von hydraulischen, pneumatischen oder elektromechanischen Systemen bedarf es nur eines Ersatzes der jeweiligen Bausteingruppen durch in der Funktion gleichwirkende Bauelemente.

Aus Stabilitätsgründen muß die Nachstellzeit des Integralreglers groß gegen andere Zeitglieder im Regelkreis sein. Damit wird die Ausregelzeit ebenfalls lange. Durch die Speicherung der bisher richtigen Stellgröße steht diese immer in der Nähe des richtigen Wertes, auch dann, wenn der Regler wie z.B. beim Fahrbetrieb, keinen Abgleich finden kann.

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Claims

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Ansprüche

il.) Regeleinrichtung für Brennkraftmaschinen zum Konstanthalten wählbarer Drehzahlen, insbesondere der Leerlaufdrehzahl, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung wenigstens ein Integratorverhalten (mit dem Baustein 21) aufweist und bei Drehzahlen außerhalb eines gewählten Drehzahlbereichs die Integration ausschaltbar ist.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Integratorwert außerhalb des gewählten Drehsahlbereichs abspeicherbar ist und bei Wiedereintritt der Drehzahl in den gewählten Bereich der abgespeichterte Integratorwert Ausgangspunkt der neuerlichen Drehzahlregelung ist.

3· Regeleinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorzeichen der Drehzahl-Ist-Sollwert-Abweichung die Integrationsrichtung eines Integrators (?1) bestimmt und der Integrationsvorgang abhängig ist von der Fahrpedalstellung (13» 29) und/oder einer Drehzahlschwellt; n₉ ,

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k. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 biö 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Integrator (21) und als Speicher eine abschaltbare Vor-Rückwärts-Zähleinrichtung vorgesehen ist.

5. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß als Integrator (21) und Speicher ein Kondensator vorgesehen ist.

6. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Regelglieder hydraulische oder pneumatische oder elektromechanische Systeme vorgesehen sind.

7· Regeleinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung neben einem Integralverhalten auch ein Proportional- und/oder Differentialverhalten aufweist.

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